聚苯胺负载钯催化的交叉偶联反应管窥

聚苯胺负载钯催化的交叉偶联反应管窥

在碳-碳键的有机合成过程中，利用过渡金属元素催化的交叉偶联反应是个重要手段，这也是从事有机化学相关研究的学者最感兴趣的，很多经典的反应实验也由此诞生，如Suzuki反应，Heck反应，Stille反应等。但利用过渡金属充当催化剂完成的反应也存在许多问题。本文就主要以聚苯胺负载钯为催化剂情况的Suzuki交叉偶联反应进行简述。

标签：有机化学；过渡金属催化；交叉偶联反应；聚苯胺

1 基础知识概述

1.1 钯金属及其催化作用简介

与一般催化剂相同，过渡金属催化的有机反应也只是改变了化学反应的速度，降低了反应的活化能，使原来难于发生的反应变得容易进行。

1.2 聚苯胺简介

作为一种常见的导电高分子，聚苯胺（Polyaniline，PANI）的形貌丰富，具有纳米多孔的形状结构，外表面积大，具有可观的电导率以及优秀的复合能力，因此利于金屬颗粒进行负载，是一种拥有良好前景的电催化剂载体材料。

1.3 交叉偶联反应简介

交叉偶联反应是指有机亲电试剂与有机亲核试剂在过渡金属催化下构建有机化合物中含碳化学键的反应，如碳-氧键，碳-硫键，碳-氮键等。过渡金属的优势在于其本身结构组成中具有未填满的d轨道，因此能同不饱和型化学键进行络合配位，并为电子提供参与配件，即既可接收电子同时又能提供电子。作为最常见的过渡金属催化剂的钯金属的电子排列为4d105s0，因而更易形成配位化合物，进而催化有机反应，钯催化的偶联反应具有高选择性和高活性的优点。由钯充当催化剂参与的经典偶联反应有Suzuki反应，Heck反应，Kumada反应，Sonogashira 反应，Stille反应等。

2 聚苯胺负载的纳米催化剂

自上世纪九十年代起，纳米技术便逐渐兴起，作为一种新型材料，纳米材料已经成为有机化学研究者的关注重点。负载型纳米金属催化剂的优势在于其易从反应体系中进行回收再利用，减少材料浪费，同时还符合有机化学的绿色环保的要求，可同于水、乙醇等常见的无毒害溶剂中，因此其在工业生产中逐渐得到广泛的应用。在所有负载型纳米钯催化剂中，聚苯胺负载钯催化剂的性能优势最为突出而受到关注。其中，聚苯胺本身是一种有毒物质，但是其制作过程较为简单而且可通过人工合成的方法进行改善以降低其单体的毒性。聚苯胺的优点还在于

其同金属元素进行配合的性能强，对金属的固定性强，因此聚苯胺负载的金属催化剂很稳定。

3 常见偶联反应简介——Suzuki偶联反应

负载于载体上的复合催化剂的制备与重复利用有效地降低了较昂贵的钯的使用成本。

4 聚苯胺负载纳米催化反应

在利用聚苯胺负载纳米金属的相关研究中，材料的形貌，结构以及物理性能是重要的参考因素，这影响着反应效率。早在2006年，Choudary等人便介绍了包括钯金属在内的多种金属的合成应用，该实验中便以钯负载的聚苯胺作为催化剂对Suzuki偶联反应进行催化，反应示意图如下图1所示；之后，Diaconescu 等人在2007年又研制出一种新型的半非均相聚苯胺负载钯催化剂，其具有网状形貌，同时活性也有所提升，可在水中对氯代芳烃以及本硼酸的Suzuki偶联反应进行催化；Kantam等人研究出K2CO3溶于水中并加热到100℃的情况下以聚苯胺负载钯做催化剂的本硼酸和溴苯的偶联反应，但其技术手段较为繁琐，反应过程如下图2所示；后续研究过程中，有更多学者针对纳米金负载聚苯胺催化剂进行研究并作出专门报道。如Mallick等人在2011年，便专门发出报道文章介绍了其进行Suzuki偶联反应过程，进而验证了聚苯胺负载钯的催化活性，其在催化剂形成的过程中是先在甲醇溶液对苯胺盐酸盐进行处理，再向其中加入醋酸钯，反应过程示意图如图3所示。

5 结语

有机化学以绿色环保为主要特点，因此为在提高反应速率的基础上加强催化剂的回收利用率，避免材料浪费，节约生产成本，毒害性小，因此聚苯胺负载钯催化剂具有较好的应用前景，值得进行深入研究和大范围普及。

参考文献：

[1]陶凤.钯催化的碳-碳偶联反应研究简介[J].科技创新与应用，2016（15）：61-61.

[2]范竞雄，杨继萍.聚苯胺/钯纳米复合材料的原位还原法制备及表征[J].玻璃钢/复合材料，2013（6）：53-56.