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前言

現(xiàn)代有機(jī)合成工業(yè)不斷的發(fā)展，其化工產(chǎn)品制造過程中的催化劑種類也不斷增多。其中非金屬有機(jī)催化劑是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中十分重要的一種催化劑，其工藝的成熟引起了有機(jī)化學(xué)的一場(chǎng)重要的變革。由于非金屬有機(jī)催化劑的催化性能比較好，逐漸取代了其他的催化劑，成為有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中催化劑的主流。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，不同種類的非金屬有機(jī)催化劑也不斷被研發(fā)出來，不斷地革新有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的催化劑使用，成為了現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)的前沿研究領(lǐng)域。

一、非金屬有機(jī)催化劑

非金屬有機(jī)催化劑指的是具有催化劑的基本性能，但元素中不含有金屬離子的有機(jī)化合物。其催化的原理是通過分子中含有的氮、磷等元素與被反應(yīng)物的化學(xué)鍵結(jié)合從而形成活化的中間體，隨后利用自身的結(jié)構(gòu)來控制形成不同產(chǎn)物。目前非金屬有機(jī)催化劑主要有三大類，一類是有機(jī)胺類、一類是有機(jī)磷類、一類是手性醇類質(zhì)子催化劑。相比較于金屬有機(jī)催化劑，非金屬有機(jī)催化劑有更好的催化性，在尤其是當(dāng)應(yīng)用與不對(duì)稱合成的時(shí)候，經(jīng)其催化的反應(yīng)大都有很好的收率和對(duì)映選擇性。另一方面，非金屬有機(jī)催化劑具有成本比較低廉、更容易制造、更容易保存等優(yōu)勢(shì)，使得其不斷替代金屬有機(jī)催化劑，成為有機(jī)催化劑的主流。目前，我國(guó)對(duì)于非金屬有機(jī)催化劑的利用還是剛剛起步階段，對(duì)于非金屬有機(jī)催化劑的理論研究比較多，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然不多，許多化學(xué)反應(yīng)還仍然未找到合適的非金屬有機(jī)催化劑，只能夠使用金屬有機(jī)催化劑，因此，對(duì)于非金屬有機(jī)催化劑的各個(gè)方面的研究實(shí)驗(yàn)還是十分必要的。本文就目前已經(jīng)有的非金屬有機(jī)催化劑的利用原理做一個(gè)簡(jiǎn)單的匯總，對(duì)于一些新的非金屬有機(jī)催化劑的利用做一個(gè)簡(jiǎn)單的展望。

二、非金屬有機(jī)催化劑在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用

1、重新排列分子結(jié)構(gòu)反應(yīng)

重新排列分子結(jié)構(gòu)指的是對(duì)于分子中的碳骨架進(jìn)行重新排列，從而發(fā)生結(jié)構(gòu)的異化，其模式是一個(gè)取代基從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子中，在非金屬有機(jī)催化劑的催化過程中，使用的是類似的原理，使用有機(jī)叔磷作為催化劑，在化學(xué)反應(yīng)過程中使得叔磷和三建發(fā)生加成反應(yīng)，三苯基膦脫除后又與三苯基膦進(jìn)行加成，從而生成共軛二烯酮。一個(gè)催化反應(yīng)就完成了，這樣一個(gè)反應(yīng)的效率比較高，而且比較簡(jiǎn)單，在大生產(chǎn)中能夠直接用于生成中間體。

2、環(huán)加成反應(yīng)

環(huán)加成反應(yīng)指的是兩個(gè)共軛體系的分子結(jié)合成一個(gè)環(huán)狀分子的反應(yīng)，是使得兩個(gè)小分子結(jié)合形成一個(gè)比較大的環(huán)狀分子的過程。像是利用丁二烯酸酯和貧電子烯烴在非金屬有機(jī)催化劑的催化作用下發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)，形成了環(huán)戊烯，或者是通過非金屬有機(jī)催化劑的催化作用，使得丁二烯酸甲酯和芳環(huán)發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)生成相應(yīng)的環(huán)加成產(chǎn)物，兩種反應(yīng)都是通過原有物質(zhì)中的烯的結(jié)構(gòu)，在非金屬有機(jī)催化劑的催化作用下，生成偶極子，再通過加成的方式形成了大型環(huán)狀分子；另外一種環(huán)加成的方式是利用反應(yīng)的過程中生成的中間體，利用非金屬有機(jī)催化劑的催化作用使得醛逐漸加成形成環(huán)加成的產(chǎn)物，像是乙烯酮和三氯乙醛的加成反應(yīng)；此外，環(huán)加成的原理還包括不對(duì)稱的環(huán)加成反應(yīng)，Diels-Alder反應(yīng)等等不同的方式。

3、縮合反應(yīng)

縮合反應(yīng)是指一個(gè)以上的有機(jī)分子在催化劑的作用下形成一個(gè)大分子的反應(yīng)，在這一過程中往往會(huì)失去比較小的分子像是水分子或者是一些結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的分子。在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，縮合反應(yīng)包括羥醛縮合反應(yīng)即烯胺上的氮原子與羧基上的氧原子以及醛羰基上的氧原子共享同一個(gè)氫原子從而發(fā)生縮合反應(yīng)，也包括米希爾加成、羅賓森環(huán)化反應(yīng)等等。

4、共軛加成

共軛加成是指共軛體系的兩側(cè)或者是中間的原子發(fā)生加成從而形成共軛加成反應(yīng)體。共軛加成包括硫醇的共軛加成、多氮化合物的共軛加成。其原理都是在非金屬有機(jī)催化劑的作用下，共軛體系中的兩個(gè)原子發(fā)生了加成反應(yīng)形成新的物質(zhì)，其反應(yīng)的對(duì)映選擇性比較高，因此反應(yīng)的效果比較好。5、氫氰化反應(yīng)氫氰化反應(yīng)通過醛和氰化氫在非金屬有機(jī)催化劑的催化作用下生成手性氰醇，作為一種十分重要的反應(yīng)中間體。原本手性氰醇的生成比較復(fù)雜需要使用氰酶進(jìn)行催化，但由于非金屬有機(jī)催化劑的使用，同樣能實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過程中的高轉(zhuǎn)化率和高對(duì)映性，因此極大的提高了手性氰醇的生產(chǎn)效率。另外一種是亞胺的氫氰化，其原理與手性氰醇生成的原理是類似的。

6、烷基化反應(yīng)

烷基化反應(yīng)是指有機(jī)化合物中的碳氮氧中的氫原子被烷基替代，從而形成新的烷基化產(chǎn)物。其包括了不飽和雙鍵烯丙基化等不同種類的烷基化反應(yīng)。

三、結(jié)語

無論是哪一種反應(yīng)，非金屬有機(jī)催化劑都能夠起到很好的催化作用，能夠很好地控制化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境，各個(gè)原子加成、縮合的對(duì)映性，從而提高現(xiàn)產(chǎn)物的反應(yīng)效力，而且大部分的研發(fā)成功的非金屬有機(jī)催化劑的成本都比較低，產(chǎn)品制造業(yè)比較容易，因此能夠進(jìn)行擴(kuò)大化生產(chǎn)，從而極大的提高整個(gè)現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率。另一方面，目前我國(guó)研發(fā)成果的非金屬有機(jī)催化劑應(yīng)用的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)仍然比較少，應(yīng)該不斷的進(jìn)行研發(fā)，為每一種新的化工產(chǎn)品尋找到最優(yōu)的催化劑。

作者；吳仙花 單位：長(zhǎng)春工程學(xué)院