活性炭负载催化剂在有机合成中的应用

活性炭负载催化剂在有机合成中的应用

作者：杨荣

来源：《科学与财富》2016年第21期

摘要：为了探讨活性炭负载催化剂在有机合成中的应用，并展望其未来发展前景。故而以二氧化硅负载高氯酸为例，针对其Hantzsch反应、Mannich反应等的催化作用及其与高烯丙基胺的合成等展开分析。结果证实二氧化硅负载高氯酸合成性质稳定，可长时间保持其催化活性，其操作简单、产率较高，在新型化合物制备中能够发挥重要作用，且满足绿色合成标准，将成为未来有机合成的主要方式。

关键词：活性炭；催化剂；有机合成

引言

随着生态理念的不断深化，化学合成领域的绿色发展趋势也逐渐明显，采取环保型催化剂视为未来有机合成的主要方向，二氧化硅负载高氯酸（HCIO4/SiO2）的催化作用强、分离性好、成本较低且制备简单，对环境无污染，可循环[1-3]。其应用领域十分广泛。

一、HCIO4/SiO2的有机合成

1、生物柴油

生物柴油（Biodiesel）是以油料作物和垃圾食用油为原材料，通过热化学工艺所制备出来的人工混合能源，属于生物质能，具有环保、可再生特点和较好的润滑性，含硫较低。在船舶、卡车以及农用机械中得到广泛应用。HCIO4/SiO2以其较强的催化活性，生物柴油的酯交换中发挥重要作用。构成最佳催化反应的条件如下，乙醇及大豆油以8：1的比例调配，以大豆油质量为标准，量取5%的催化剂，同时量取正庚烷30%。以8h时长为标准，控制回流反应，最终可获得高达59.8%的生物柴油。

2、酰胺烷基萘酚

此类化合物一般被用作磺胺类药物的制作，发挥中间体作用，可制备精细药品，而HCIO4/SiO2在其中所发挥的作用则是对β-萘酚以及乙腈等进行催化，催化过程一般采取一锅法，将反应物乙腈同时作为反映的溶剂。因此，乙腈用量需超过标准量。加入硝基苯甲醛后，裔2h时长为标准，对反应时间进行控制，最终可获得89%的产率。

3、α-氨基磷酸酯

此类化合物的性质及分类与氨基酸相近，被广泛运用在药物化学领域以及生物化学领域，HCIO4/SiO2的合成催化作用同样需以一锅法为依托，从而对亚磷酸三烷以及芳香胺等进行催化。通常情况下，以65min时长为标准，对反应时间进行控制，可获得95%的产率。

4、取代咪唑

咪唑官能团具有缓蚀作用，通常在过渡金属领域应用，取自生物分子内部，而通过HCIO4/SiO2的催化，可利用一锅法将其他材料合成，取代咪唑。所合成的材料为甲基苯胺、硝基苯甲醛、二苯乙二酮等，以2min时长为标准，对反应时间进行控制，可获得98%的产率。

5、吲哚衍生物

在一些天然产物中，存在着吲哚衍生物，这种衍生物有着很强的生理活性，通过

HCIO4/SiO2进行催化，可获得高产率的吲哚衍生物。以一锅法合成，将芳香叔胺以及吲哚和甲醛列为三组分，以30min为时长标准，对反应时间加以控制，可获得84%的产品产率。此外值得一提的是，催化剂的重复使用对产品产率的影响不大，有研究观测显示，重复使用5次，其产率也没有低于80%。

二、HCIO4/SiO2在有机合成中的应用

HCIO4/SiO2具有较强的催化活性，通常情况下以室温保存数月而活性不减[4-5]。再加上其本身性质稳定，易于分离且可循环等特点，使其在多种有机合成过程中都得到广泛应用：

1、Hantzsch反应的催化

在诸多化合物种类中，二氢砒啶具有性能多样性及生物活性多样性特点，而这种特点与其内部结构有关。在催化剂的作用下，醋酸铵以及醛和羰化合物等可以化合为多种不同形式，其最佳产率的催化方案为：以20min时长为标准，对乙酸乙酯及苯甲醛进行反应催化，可获得产率为95%。

2、Mannich反应的催化

在精细化学品催化以及药物制备过程中，Mannich反应发挥着重要作用，通常采取一锅法，针对芳香醛、酮以及芳香胺等材料，基于HCIO4/SiO2的催化效果进行催化合成。在HCIO4/SiO2的催化下，可降低催化剂量，不会产生各种相关的副反应。其时长标准为2h，在该时间标准控制下，可获得98%的产率。

3、Hosomi-Sakurai反应的催化

在C-C键的合成过程中，Hosomi-Sakurai反应得到了十分广泛的应用，其操作便捷性好，实用性强，在常规室温下即可完成。可将脂肪族、芐基醇等材料，进行烯丙基反应，最终合成所需化合物。通常其反应时间标准为15min，可获得97%的高产率。

4、环化-氧化反应的催化

喹喔啉的生物活性较强，在杂环化合物中具有十分重要的地位，是医药化学领域的重要化合物，其化合过程同样可采用HCIO4/SiO2催化，可产生喹喔啉。在催化反应过程中，将反应时间控制在15min，其产品产率可达到94%。

5、烷基化反应的催化

有机合成领域，烷基化反应地位十分重要，通过这种反应形式，能够获得诸多药用领域的化学分子，采用HCIO4/SiO2催化，相比其他催化方法，环保性更强，反应速度更快，且操作相对简单。将酰胺和脂肪醇等进行烷基化合，以2h为标准，控制化合催化时间，可获得高达98%的产率。

总结：

综上所述，二氧化硅负载高氯酸合成性质稳定，可长时间保持其催化活性，其操作简单、产率较高。可用于新型化合物制备，而且具有可重复性、环保型优势，在今后的化学有机合成领域，将得到广泛应用。

参考文献：

[1]胡华国，王玉萍，顾凌燕，彭盘英.活性炭负载N掺杂TiO_2光催化剂的制备及其可见光催化活性研究[J].南京师大学报（自然科学版），2010，01：52-58.

[2]黄国文，滕茂林，黄友群，李青，彭旭红，帅梅，全学军.活性炭负载TiO_2光催化剂对苯酚的催化降解[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2010，08：27-31.

[3]冒爱琴，王华，谈玲华，蔺向阳，潘仁明.酸处理活性炭对其负载的RbNO_3-KF催化剂气相合成C_2F_5I反应性能的影响[J].催化学报，2011，06：1011-1016.

[4]陈伟，郑允民，廖卫平，金明善，索掌怀.活性炭负载Pt_m^Au催化剂的制备与甲醇电催化氧化反应活性[J].烟台大学学报（自然科学与工程版），2012，04：265-268.

[5]李石擎，高晓燕，曹青喜，訾言勤，王广健.微波辅助活性炭负载氧化亚铜可见光催化剂制备及应用[J].淮北师范大学学报（自然科学版），2015，02：34-40.

作者简介：