非金屬有機催化劑及其在有機化學反應中的應用

黃 卓

(湖北第二師范學院，湖北 武漢 430205)

1 簡介非金屬有機催化劑

1.1 非金屬有機催化劑的含義及分類

非金屬有機催化劑是指具有基本的催化屬性且不含有金屬離子的一類催化劑，非金屬有機催化劑通常可以分為有機胺類催化劑、有機磷類催化劑以及手性醇類質子催化劑。

1.2 非金屬有機催化劑的特征

與金屬有機催化劑相比，非金屬有機催化劑具有以下幾方面的特征：一是非金屬有機催化劑與金屬有機催化劑相比毒性較小，在金屬有機催化劑中含有的某些金屬離子具有毒性，在使用過程中可能對周圍生態環境造成破壞，而非金屬有機催化劑中則不含有這樣的物質；二是非金屬有機催化劑制造的成本較低，且易于保存；三是非金屬有機催化劑相比而言對化學反應過程中周圍環境的要求較低；四是非金屬有機催化劑分離比較簡單，能夠循環使用，節約資源。正是基于非金屬有機催化劑以上優勢，如今越來越多的非金屬有機催化劑正在取代市面上的金屬有機催化劑以及部分其他類型的催化劑。

2 非金屬有機催化劑在化學反應中的應用

2.1 重排反應

重排反應指的是在具備了一定的反應條件的基礎上，分子內部或者不同分子之間的一些基團進行重新排列組合的一系列過程。在重排反應過程中，隨著基團位置的變化，分子結構也隨之發生變化，基于此，原有的分子消失，生成了新的分子，而在這一過程中非金屬有機催化劑的結構以及構成的元素并不發生改變。

2.2 環加成反應

環加成反應過程中，熱反應或光反應會使分子被激發，從而為反應過程中提供需要的能量，在這一過程中活化中間體的價電子將進行重組。促成環加成反應的主要是以下兩類非金屬有機有機催化劑：一類是原有的烯結構，另一類則是醛加成形成環加成產物。

2.3 縮合反應

縮合反應是指在在非金屬有機催化劑的作用下，有機分子以共價鍵結合，形成一個較大的分子，在較大分子生成的過程中，會失去類似HCL或者H2O等小分子。常見的縮合反應有：克萊森縮合反應以及珀金縮合反應等。

2.4 共軛加成反應

共軛加成反應是指在非金屬有機催化劑的作用下，共軛體系中的雙鍵會斷開，在斷開的雙鍵處會進行加成，從而形成新的物質，共軛體系的雙鍵大多位于結構的兩端。

2.5 氫氰化反應

大多數時候是采用氰酶作為氫氰化反應的催化劑，由于非金屬催化劑相比而言，結構簡單、易于保存且生產成本較低，如今氰酶已經逐漸被非金屬有機催化劑取代。

2.6 烷基化反應

烷基化反應是指在反應過程中，有機化合物中連在C、O等上的氫原子被烷基取代形成新的物質，常見的烷基化反應包括：碳原子上的烷基化以及在催化劑的作用下兩個活性基團之間的亞甲基烷基化。

3 展望未來非金屬有機催化劑的發展前景

在未來非金屬有機催化劑將在以下幾方面發揮著重要的作用：一是非金屬有機催化劑的生產成本較為低廉，且非金屬催化劑的催化作用較好，因此使用非金屬有機催化劑將會幫助化學化工企業在降低生產成本的同時，提升化學化工企業的生產效率；二是非金屬有機催化劑分離比較簡單且成本較為低廉，因此在化學工業生產過程中，非金屬有機催化劑能夠被重復使用，這對于節約成本和保護環境而言均具有重要的意義；三是非金屬催化劑對于反應發生的環境要求較低，能夠在相對簡陋的環境下進行化學工業生產；四是非金屬有機催化劑具有進一步發展的前景，其發生化學反應的效率將會進一步提高，因此在化學工業生產中所需要的劑量將會大幅減少；五是當前非金屬有機催化劑的種類并不豐富，部分化學反應還未能匹配到恰當的催化劑，在未來非金屬有機催化劑的種類將更加豐富；六是在未來非金屬有機催化劑將更加溫和和無害，更加有利于環境保護。

4 總結

當前非金屬有機催化劑的部分理論目前而言還處于設想狀態，并未在實際過程中應用。因此，相關研究人員應該加強對于非金屬有機催化劑的研究和使用，在非金屬有機催化劑的研究方面取得更多成果，從而推動我國化學工業的發展和進步。