非金属有机催化剂及其在有机化学反应中的应用

黄 卓

(湖北第二师范学院，湖北 武汉 430205)

1 简介非金属有机催化剂

1.1 非金属有机催化剂的含义及分类

非金属有机催化剂是指具有基本的催化属性且不含有金属离子的一类催化剂，非金属有机催化剂通常可以分为有机胺类催化剂、有机磷类催化剂以及手性醇类质子催化剂。

1.2 非金属有机催化剂的特征

与金属有机催化剂相比，非金属有机催化剂具有以下几方面的特征：一是非金属有机催化剂与金属有机催化剂相比毒性较小，在金属有机催化剂中含有的某些金属离子具有毒性，在使用过程中可能对周围生态环境造成破坏，而非金属有机催化剂中则不含有这样的物质；二是非金属有机催化剂制造的成本较低，且易于保存；三是非金属有机催化剂相比而言对化学反应过程中周围环境的要求较低；四是非金属有机催化剂分离比较简单，能够循环使用，节约资源。正是基于非金属有机催化剂以上优势，如今越来越多的非金属有机催化剂正在取代市面上的金属有机催化剂以及部分其他类型的催化剂。

2 非金属有机催化剂在化学反应中的应用

2.1 重排反应

重排反应指的是在具备了一定的反应条件的基础上，分子内部或者不同分子之间的一些基团进行重新排列组合的一系列过程。在重排反应过程中，随着基团位置的变化，分子结构也随之发生变化，基于此，原有的分子消失，生成了新的分子，而在这一过程中非金属有机催化剂的结构以及构成的元素并不发生改变。

2.2 环加成反应

环加成反应过程中，热反应或光反应会使分子被激发，从而为反应过程中提供需要的能量，在这一过程中活化中间体的价电子将进行重组。促成环加成反应的主要是以下两类非金属有机有机催化剂：一类是原有的烯结构，另一类则是醛加成形成环加成产物。

2.3 缩合反应

缩合反应是指在在非金属有机催化剂的作用下，有机分子以共价键结合，形成一个较大的分子，在较大分子生成的过程中，会失去类似HCL或者H2O等小分子。常见的缩合反应有：克莱森缩合反应以及珀金缩合反应等。

2.4 共轭加成反应

共轭加成反应是指在非金属有机催化剂的作用下，共轭体系中的双键会断开，在断开的双键处会进行加成，从而形成新的物质，共轭体系的双键大多位于结构的两端。

2.5 氢氰化反应

大多数时候是采用氰酶作为氢氰化反应的催化剂，由于非金属催化剂相比而言，结构简单、易于保存且生产成本较低，如今氰酶已经逐渐被非金属有机催化剂取代。

2.6 烷基化反应

烷基化反应是指在反应过程中，有机化合物中连在C、O等上的氢原子被烷基取代形成新的物质，常见的烷基化反应包括：碳原子上的烷基化以及在催化剂的作用下两个活性基团之间的亚甲基烷基化。

3 展望未来非金属有机催化剂的发展前景

在未来非金属有机催化剂将在以下几方面发挥着重要的作用：一是非金属有机催化剂的生产成本较为低廉，且非金属催化剂的催化作用较好，因此使用非金属有机催化剂将会帮助化学化工企业在降低生产成本的同时，提升化学化工企业的生产效率；二是非金属有机催化剂分离比较简单且成本较为低廉，因此在化学工业生产过程中，非金属有机催化剂能够被重复使用，这对于节约成本和保护环境而言均具有重要的意义；三是非金属催化剂对于反应发生的环境要求较低，能够在相对简陋的环境下进行化学工业生产；四是非金属有机催化剂具有进一步发展的前景，其发生化学反应的效率将会进一步提高，因此在化学工业生产中所需要的剂量将会大幅减少；五是当前非金属有机催化剂的种类并不丰富，部分化学反应还未能匹配到恰当的催化剂，在未来非金属有机催化剂的种类将更加丰富；六是在未来非金属有机催化剂将更加温和和无害，更加有利于环境保护。

4 总结

当前非金属有机催化剂的部分理论目前而言还处于设想状态，并未在实际过程中应用。因此，相关研究人员应该加强对于非金属有机催化剂的研究和使用，在非金属有机催化剂的研究方面取得更多成果，从而推动我国化学工业的发展和进步。