非金属有机催化剂在有机化学反应中的应用

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前言

现代有机合成工业不断的发展，其化工产品制造过程中的催化剂种类也不断增多。其中非金属有机催化剂是有机化学反应中十分重要的一种催化剂，其工艺的成熟引起了有机化学的一场重要的变革。由于非金属有机催化剂的催化性能比较好，逐渐取代了其他的催化剂，成为有机化学反应中催化剂的主流。随着科学技术的不断发展，不同种类的非金属有机催化剂也不断被研发出来，不断地革新有机化学反应的催化剂使用，成为了现代有机化学的前沿研究领域。

一、非金属有机催化剂

非金属有机催化剂指的是具有催化剂的基本性能，但元素中不含有金属离子的有机化合物。其催化的原理是通过分子中含有的氮、磷等元素与被反应物的化学键结合从而形成活化的中间体，随后利用自身的结构来控制形成不同产物。目前非金属有机催化剂主要有三大类，一类是有机胺类、一类是有机磷类、一类是手性醇类质子催化剂。相比较于金属有机催化剂，非金属有机催化剂有更好的催化性，在尤其是当应用与不对称合成的时候，经其催化的反应大都有很好的收率和对映选择性。另一方面，非金属有机催化剂具有成本比较低廉、更容易制造、更容易保存等优势，使得其不断替代金属有机催化剂，成为有机催化剂的主流。目前，我国对于非金属有机催化剂的利用还是刚刚起步阶段，对于非金属有机催化剂的理论研究比较多，但在实际应用中仍然不多，许多化学反应还仍然未找到合适的非金属有机催化剂，只能够使用金属有机催化剂，因此，对于非金属有机催化剂的各个方面的研究实验还是十分必要的。本文就目前已经有的非金属有机催化剂的利用原理做一个简单的汇总，对于一些新的非金属有机催化剂的利用做一个简单的展望。

二、非金属有机催化剂在有机化学反应中的应用

1、重新排列分子结构反应

重新排列分子结构指的是对于分子中的碳骨架进行重新排列，从而发生结构的异化，其模式是一个取代基从一个原子转移到另一个原子中，在非金属有机催化剂的催化过程中，使用的是类似的原理，使用有机叔磷作为催化剂，在化学反应过程中使得叔磷和三建发生加成反应，三苯基膦脱除后又与三苯基膦进行加成，从而生成共轭二烯酮。一个催化反应就完成了，这样一个反应的效率比较高，而且比较简单，在大生产中能够直接用于生成中间体。

2、环加成反应

环加成反应指的是两个共轭体系的分子结合成一个环状分子的反应，是使得两个小分子结合形成一个比较大的环状分子的过程。像是利用丁二烯酸酯和贫电子烯烃在非金属有机催化剂的催化作用下发生环加成反应，形成了环戊烯，或者是通过非金属有机催化剂的催化作用，使得丁二烯酸甲酯和芳环发生环加成反应生成相应的环加成产物，两种反应都是通过原有物质中的烯的结构，在非金属有机催化剂的催化作用下，生成偶极子，再通过加成的方式形成了大型环状分子；另外一种环加成的方式是利用反应的过程中生成的中间体，利用非金属有机催化剂的催化作用使得醛逐渐加成形成环加成的产物，像是乙烯酮和三氯乙醛的加成反应；此外，环加成的原理还包括不对称的环加成反应，Diels-Alder反应等等不同的方式。

3、缩合反应

缩合反应是指一个以上的有机分子在催化剂的作用下形成一个大分子的反应，在这一过程中往往会失去比较小的分子像是水分子或者是一些结构比较简单的分子。在有机化学反应中，缩合反应包括羟醛缩合反应即烯胺上的氮原子与羧基上的氧原子以及醛羰基上的氧原子共享同一个氢原子从而发生缩合反应，也包括米希尔加成、罗宾森环化反应等等。

4、共轭加成

共轭加成是指共轭体系的两侧或者是中间的原子发生加成从而形成共轭加成反应体。共轭加成包括硫醇的共轭加成、多氮化合物的共轭加成。其原理都是在非金属有机催化剂的作用下，共轭体系中的两个原子发生了加成反应形成新的物质，其反应的对映选择性比较高，因此反应的效果比较好。5、氢氰化反应氢氰化反应通过醛和氰化氢在非金属有机催化剂的催化作用下生成手性氰醇，作为一种十分重要的反应中间体。原本手性氰醇的生成比较复杂需要使用氰酶进行催化，但由于非金属有机催化剂的使用，同样能实现反应过程中的高转化率和高对映性，因此极大的提高了手性氰醇的生产效率。另外一种是亚胺的氢氰化，其原理与手性氰醇生成的原理是类似的。

6、烷基化反应

烷基化反应是指有机化合物中的碳氮氧中的氢原子被烷基替代，从而形成新的烷基化产物。其包括了不饱和双键烯丙基化等不同种类的烷基化反应。

三、结语

无论是哪一种反应，非金属有机催化剂都能够起到很好的催化作用，能够很好地控制化学反应的环境，各个原子加成、缩合的对映性，从而提高现产物的反应效力，而且大部分的研发成功的非金属有机催化剂的成本都比较低，产品制造业比较容易，因此能够进行扩大化生产，从而极大的提高整个现代化工产业的生产效率。另一方面，目前我国研发成果的非金属有机催化剂应用的有机化学反应仍然比较少，应该不断的进行研发，为每一种新的化工产品寻找到最优的催化剂。

作者；吴仙花 单位：长春工程学院