绿色催化
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绿色催化技术及其应用绿色催化技术是一种环保和高效的新型催化技术,得到了越来越多的关注和应用。
在传统催化技术的基础上,绿色催化技术通过使用环保低毒、低能耗、高选择性的催化剂,实现了反应条件的温和化和产品质量的提高。
本文将从绿色催化技术的概念、原理、优势以及应用方面进行介绍,并探究其未来发展趋势。
一、绿色催化技术的概念和原理绿色催化技术是通过使用环保催化剂,实现化学反应能量的降低,从而达到更加高效、快速、可持续发展的催化反应技术。
环保催化剂包括天然产物、生物催化剂、金属催化剂等,这些催化剂在反应中不会污染环境,有利于保护生态环境。
绿色催化技术的原理是通过催化剂的作用,降低反应活化能,加速反应的进行。
传统的化学反应需要高温高压等条件,反应时间长,而绿色催化技术可以在常温常压下进行反应,反应速度大大提高。
另外,绿色催化技术还可以提高产物的纯度和选择性,减少不必要的副反应。
1. 应用广泛绿色催化技术可以应用于有机合成、生物制药、精细化工等领域。
其中,在有机合成领域,绿色催化技术已逐渐代替了传统的方法,成为了一种新型的有机合成技术。
2. 环保节能绿色催化技术所使用的催化剂大多为天然产物或者是可再生资源,这些催化剂在反应过程中不会产生二次污染,而且反应条件温和,能够大大减少产品能耗和废气废水的产生。
3. 可持续发展绿色催化技术是一种可持续发展的技术,它推进了绿色化生产、绿色化产品、绿色化工艺的发展。
绿色催化技术的发展将对全球环境保护做出积极贡献。
1. 催化剂在有机合成中的应用有机合成中的催化剂是绿色催化技术的重要应用领域之一。
有机合成中的催化剂可以利用芳香基锡和铜作为催化剂,较低温下催化复杂有机分子的合成。
2. 催化剂在生物制药中的应用绿色催化技术在生物制药中有着广泛的应用,例如,使用酶催化合成药物,可提高产物纯度,并减少传统合成方法中产生的废弃物。
3. 催化剂在精细化工中的应用绿色催化技术在精细化工中也有着广泛的应用。
有机合成反应的绿色催化有机合成反应是化学研究中的重要内容,通过有机合成反应可以合成各种有机化合物,为药物研发、新材料合成等领域提供有力支持。
然而,传统的有机合成方法通常需要大量的溶剂和高温条件,不可避免地会产生许多环境污染物和废弃物,对环境造成严重的危害。
因此,绿色合成技术的研究与发展成为当今有机合成领域的热点之一。
本文将重点介绍有机合成反应中的绿色催化方法。
1. 绿色催化的定义和原理绿色催化是指在有机合成反应中使用无毒、高效的催化剂,在温和条件下实现高选择性和高转化率的反应。
绿色催化的原理主要包括:1)高效催化:绿色催化剂具有良好的反应活性和选择性,可以降低反应能垒,促进反应的进行。
2)温和条件:绿色催化反应通常在室温或接近室温的条件下进行,减少能量消耗和废弃物产生。
3)底物选择性:绿色催化剂可以实现底物的高选择性转化,使得反应产物纯度高,减少废弃物的生成。
2. 绿色催化的应用绿色催化方法在有机合成反应中具有广泛的应用,以下以几个典型例子进行介绍:1)金属有机催化:金属有机催化剂如钯、铜等可广泛应用于有机合成反应中,如C-C偶联反应、氢化反应等。
金属有机催化剂具有高活性和高选择性,可以实现底物之间的碳-碳键或碳-氢键的形成和断裂。
由于金属有机催化剂用量少,催化剂可循环利用,反应过程中产生的废弃物少,因此具有绿色合成的优点。
2)生物催化:生物催化是利用酶或细胞作为催化剂,实现有机合成反应的绿色方法。
生物催化具有高选择性和高效率的特点,且底物范围广泛。
通过优化酶的催化活性和稳定性,可以实现底物的高效转化,减少废弃物的生成。
3)非金属有机催化:除了金属有机催化剂外,一些非金属有机催化剂如有机小分子、离子液体等也具有很高的催化活性和选择性。
这些非金属有机催化剂通常具有良好的可再生性和可回收性,有助于减少催化剂的浪费和环境污染。
3. 绿色催化发展的挑战与机遇绿色催化方法在有机合成领域的应用发展迅速,但仍面临一些挑战。
绿色催化剂的研究和应用绿色催化剂是近年来催化化学领域的研究热点之一。
随着全球环境问题的日益严峻,绿色化学理念越来越广泛地应用于化学合成过程中,绿色催化剂作为绿色化学的重要组成部分,呈现出越来越广阔的应用前景。
一、绿色催化剂的概念和特点绿色催化剂是指那些对环境友好、耗能低、催化活性高、易于制备、有机、无机和生物多样的催化剂。
与传统催化剂相比,绿色催化剂具有以下特点:1、环境友好:绿色催化剂可以在温和的条件下,实现高效的催化反应,降低催化剂酸度、毒性和生成的垃圾等有害物质对环境的影响。
2、高效能:绿色催化剂具有高效的催化活性和选择性,加速催化反应的速度,提高产物得率,并降低反应的副产物以及有害中间体的产生。
3、易于制备:绿色催化剂的制备方法简单,不需要复杂的步骤,且催化剂可以有效地被再生和循环使用,从而减少催化剂的浪费,保护资源和环境。
4、多功能性:绿色催化剂不仅具有催化效果,还可以起到分子识别、逆转催化和金属离子探测等作用,并且可以根据不同催化体系的需要而被设计为具有不同的功能。
二、绿色催化剂的应用绿色催化剂可以应用于有机合成、无机合成、环保工业、能源领域等许多领域,以下列举其中几种应用方式:1、有机合成领域绿色催化剂在有机合成领域中的应用具有广泛的应用前景,可用于不同化学反应的催化剂、解析、氧化和加氢反应,反应时间短,产率高,催化效果显著。
就催化剂本身而言,绿色催化剂通常采用温和的条件进行合成,具有易于制备、高效、环境友好的特点。
例如,杂多酸基绿色催化剂是近年来催化化学领域中的一大研究热点,具有高催化活性和高质子迁移能力。
另外,不同类型的绿色催化剂,如Mn(Ⅲ)和Co(Ⅱ)络合物,单质硼,酚络合物等,也呈现出利于大规模应用的性质,促进了有机合成领域的发展。
2、无机合成领域绿色催化剂在无机合成领域中的应用范围也非常广泛,在催化剂的制备、纳米材料的制备、氧化还原、金属腐蚀等许多方面展现出独特的催化效果。
绿色催化技术的发展与应用近年来,绿色化学一直备受关注,其中绿色催化技术是一个备受关注的领域。
随着反应速率、选择性以及催化剂生命周期等需求的日益增大,绿色催化技术的发展与应用越来越受到人们的关注。
一、绿色催化技术的基本概念绿色催化技术是指在催化化学反应中,利用高效催化剂,通过减少催化剂的使用量、改进反应条件、降低催化剂的污染物排放以及促使反应中废物的转化为可再利用的产品等,来实现反应增效、环保、高效等目标的催化技术。
绿色催化技术具有如下特点:1. 环保性高:在反应中,采用的催化剂较为环保,并且废物的排放量明显降低,减少了对环境的污染。
2. 价格低廉:绿色催化技术中的催化剂使用量少,且反应不需要大量的催化剂,因此其成本较低。
3. 选择性高:绿色催化技术中,催化剂通过晶面和结构的特殊性质来影响反应过程,从而提高反应的选择性。
4. 应用广泛:在石油化工、生物医药工业、精细化学品和环境治理等诸多领域均有着广泛的应用。
二、绿色催化技术的发展现状绿色催化技术的发展历程较为漫长。
早期催化技术中,大部分是利用金属进行催化反应,这种催化反应具有成本低、反应条件温和等特点,但却容易受到污染物影响,在反应过程中会产生一些污染废物。
随着对绿色化学社会责任感的增强,绿色催化技术也得到了大力推广,许多绿色催化剂随之涌现。
如:纳米材料、金属有机骨架催化剂、离子液体催化剂和天然产物催化剂等。
这些催化剂使得反应选择性增加、反应废物减少、催化剂使用量减少,同时提高反应的效率。
三、绿色催化技术的应用案例1. 离子液体催化剂在合成化学品中的应用离子液体催化剂具有无机盐和有机分子所没有的高度活性,因而在合成化学品中得到了广泛的应用。
例如,在绿色催化技术中,利用离子液体催化剂,可以将丙烯酰胺及一元醇进行合成,反应时不需要高温高压,反应条件温和,而且反应物与产物的分离也较为容易。
2. 生物催化技术在酶催化反应中的应用生物催化技术可用微生物或酶等生物体在不同条件下催化化学反应,能够提高反应选择性、降低形成的催化废物。
绿色催化反应的特点及机理研究绿色催化反应是一种绿色、高效、环保的反应方式。
相比传统催化反应,绿色催化反应在催化剂的选择、反应溶剂的选择以及反应条件等方面有很多不同之处。
本文将介绍绿色催化反应的特点,以及机理研究的进展。
一、绿色催化反应的特点1. 催化剂的选择绿色催化反应注重使用环境友好的催化剂。
很多传统催化剂都会产生毒性气体或有害废物,而绿色催化剂则采用天然材料或设计新的催化剂,以替代这些有毒有害的物质。
例如,ZnO催化剂作用于甲酸和氧,可以得到CO2和水的无毒无害反应。
2. 反应溶剂的选择传统催化反应中使用的有机溶剂往往对环境造成污染。
而绿色催化反应则会选择环保的溶剂,例如水或其他非有机化合物。
这些环保的溶剂能够减少废弃物产生,比如酰胺水解反应,利用水当做溶剂,可避免产生有机溶剂污染。
3. 反应条件的改进传统催化反应对反应条件非常敏感,需要较高的温度和压力才能进行,从而导致能源和固废浪费。
而绿色催化反应则可以在低温和常压下进行,节省了大量能量和资源。
二、绿色催化反应的机理研究绿色催化反应的机理研究是对反应过程的解析。
通过对反应物、催化剂和反应条件的研究,可以深入了解反应过程的原理,并为反应的优化提供指导。
1. 催化剂的研究催化剂是绿色催化反应中最重要的组成部分。
研究催化剂的反应机理可以更好地理解反应,进而调整和优化催化剂。
例如,过渡金属催化剂在很多反应中都扮演着重要的角色,其反应机理受到广泛关注。
近年来,人们还发掘了许多新颖催化剂并研究了它们的反应机理。
2. 反应介质的研究反应介质是反应过程中的重要组成部分。
研究不同反应介质对反应的影响,可以了解反应机理。
研究表明,水溶液中的反应速率较慢,但有机溶剂中的反应则会变得非常快。
对于绿色催化反应,许多研究者使用无机盐或无机酸等绿色的溶剂,这可以减少对环境的影响。
3. 催化剂的表征催化剂的表征是研究催化反应机理的重要手段。
目前,人们常用的表征手段包括X射线衍射、傅里叶转换红外光谱、扫描电子显微镜等。
绿色催化技术与工艺绿色催化技术与工艺是一种以可持续发展为基础,旨在减少环境污染和资源浪费的催化技术和工艺。
它通过使用高效的催化剂和优化的反应条件,实现废弃物的降解、有机化合物的合成以及能源转化等过程。
下文将重点介绍绿色催化技术的原理和应用。
一、绿色催化技术的原理绿色催化技术的原理可以概括为以下几点:1. 使用高效催化剂:绿色催化技术使用高效催化剂来提高反应的速率和选择性。
这些催化剂通常具有高催化活性、良好的稳定性和循环使用能力。
2. 优化反应条件:绿色催化技术通过优化反应条件,如温度、压力和反应物比例,以提高反应效率和产物选择性。
同时,减少或消除有毒和有害物质的使用,从而减少环境污染。
3. 推动能源转化:绿色催化技术利用催化反应实现能源转化,如利用太阳能和可再生能源的催化合成、催化分解和催化转换等。
这种方式有助于减少对传统化石能源的依赖,降低碳排放并实现可持续发展。
二、绿色催化技术的应用绿色催化技术在多个领域都有广泛的应用,以下是其中的几个典型应用:1. 废弃物处理:绿色催化技术可以实现废弃物的有效降解和转化。
例如,通过催化反应将工业废水中的有机污染物转化为无害的物质,从而减少对环境的污染。
2. 有机合成:绿色催化技术在有机合成领域具有重要的应用价值。
通过选择合适的催化剂和反应条件,可以实现高效、选择性和环境友好的有机化合物的合成。
3. 能源转化:绿色催化技术在能源转化领域发挥着重要作用。
例如,利用催化技术将生物质转化为生物燃料,实现能源的可持续转化和利用。
4. 环境保护:绿色催化技术可以通过降低能源消耗和有毒物质的使用,减少对环境的负面影响。
这有助于保护生态环境和提高可持续发展水平。
综上所述,绿色催化技术是一种可持续发展的催化技术和工艺。
通过使用高效催化剂和优化反应条件,它实现废弃物的降解、有机化合物的合成和能源的转化。
绿色催化技术在废弃物处理、有机合成、能源转化和环境保护等领域具有广泛的应用前景。
绿色催化化学的研究与应用绿色催化化学是指利用环境友好、高效、低成本的催化剂,在化学反应中加速反应速率,减少副反应产物的生成以及提高反应产物的选择性。
与传统的化学反应相比,绿色催化化学具有可持续性、经济性、环保性等优势。
一、绿色催化化学原理绿色催化化学是基于催化化学原理而发展的。
催化剂是一种能够加速化学反应过程,并不参与反应本身的物质。
常见的催化反应包括氧化还原反应、酸碱中和反应、还原反应、加成反应等。
催化反应的速率常常比非催化反应快得多,并且需要更低的温度、压力和更简单的反应体系,因此催化化学在实际应用中越来越受到重视。
二、绿色催化化学的应用绿色催化化学已经被广泛应用于有机合成领域。
以绿色催化反应为核心的绿色化学合成已成为有机化学领域的一项重要研究方向。
以下是几个常见的绿色催化化学应用举例:1. 绿色超临界流体催化反应超临界流体是指在高温高压条件下,气体和液体的物理性质同时存在的物质。
超临界流体的溶解能力强、扩散系数大,并且反应速率快,因此显著提高催化反应速率。
超临界流体催化反应在提高产物选择性、减少副反应方面发挥了重要作用。
2. 生物质转化催化反应生物质转化是指将生物质资源转化为化学品或能源的过程。
在化学转化中,催化是促进生物质转化反应的关键因素。
绿色催化化学为生物质转化提供了节能环保的解决方案,可以大大降低生物质转化成本,并提高生物质转化产物的选择性。
3. 催化生物降解过程生物降解通常需要较长时间,并且通常会产生有害气体或废液等。
绿色催化化学在生物降解过程中起到了重要作用,可以加速生物降解过程,减少降解时间,并减少有害废气和废液的生成,为环境保护作出了重要贡献。
4. 有机合成催化反应有机化学合成是有机化学领域的重要分支。
传统的有机合成反应在反应活性、产率、选择性等方面受到很多限制。
绿色催化化学为有机合成提供了更加高效、环保、省能的解决方案,并在卡夫列夫斯基反应、五元环异构化反应等领域中有着广泛的应用。
绿色催化剂的研究与应用催化剂是一种能够促进化学反应的物质。
在工业生产和实验室合成中,催化剂的应用极为普遍。
传统的催化剂通常使用有毒、难以回收和可能会对环境造成危害的物质,因此研究和开发更为环保和可持续的绿色催化剂变得越来越重要。
本文将介绍绿色催化剂的概念、研究和应用现状,并探讨其发展前景。
什么是绿色催化剂?绿色催化剂是指环境友好、高效率和低污染的催化剂。
它们通常通过使用可再生材料、发展新型催化剂、提高催化剂的回收和再利用等方式来实现,旨在最大程度地减少对环境的影响。
此外,绿色催化剂也应具有高效率、稳定性和广泛的适用性,以满足不同的化学反应需求。
研究现状目前,绿色催化剂的研究方向主要包括如下几个方面:1. 离子液体催化剂离子液体是一种具有无色、低毒性和可回收利用的绿色材料。
研究表明,离子液体催化剂在有机合成和催化转化中有着良好的催化效果,并且能够替代传统的有机溶剂和催化剂,为化学反应提供更环保的选择。
2. 生物催化剂生物催化剂是一类生物大分子,如酶和细胞等,它们具有天然、高效的催化活性和极强的选择性,被广泛应用于环境修复、医药制造等领域。
同时,生物催化剂所需的温度和压力较低,能够显著降低能源消耗和碳排放。
3. 金属有机骨架催化剂金属有机骨架催化剂是一种新型同构催化剂。
它们通常由金属离子和有机配体构成,具有高度可调性、良好的活性和催化效率,可应用于气体的吸附、分离、催化反应等各个领域。
应用现状绿色催化剂的应用领域十分广泛,包括有机合成、医药制造、能源转换和环境修复等。
以下为几个典型的应用案例:1. 催化还原CO2制备烃类燃料CO2是一种广泛存在的废气,有效利用和转化有利于降低碳排放并缓解能源危机。
近年来,绿色催化剂被广泛应用于CO2的催化还原反应,其中包括离子液体催化剂、生物催化剂和金属有机骨架催化剂等。
催化还原CO2不仅能够带来经济效益,而且依赖于催化剂本身的环保性,可以大幅降低污染物的排放量。
2. 有机合成有机合成是应用最广泛的领域之一。
绿色催化剂的应用及发展1500字绿色催化剂是指低毒、可再生、可降解的催化剂,目前已成为催化化学领域的重要研究方向。
绿色催化剂具有较高的催化效率和选择性,而且在反应结束后可被循环利用,可以降低催化反应对环境的影响,符合可持续发展的要求。
本文将探讨绿色催化剂的应用及发展。
绿色催化剂的应用1.环境保护领域在环境保护领域中,绿色催化剂被用于净化污染水、废气和固体废物等。
例如利用以铁、铜和钴等金属为活性中心的绿色催化剂降解废水中有机污染物,或催化CO和NOx的还原来减少废气中的有害物质排放。
2.能源领域在能源领域中,绿色催化剂被广泛应用于均相催化和异相催化反应中。
例如利用纳米颗粒银催化;利用布里兰催化剂降解木质素;以及使用zeolite分子筛催化裂化合成燃料等。
3.医药领域在医药领域中,绿色催化剂被应用于药物合成、催化信号分子等方面。
绿色催化剂可减少有害副产物的生成、降低反应温度、提高产物纯度等。
绿色催化剂的发展1.新型绿色催化剂的开发目前,许多新型绿色催化剂的开发正在进行。
新型催化剂通常采用天然低毒源,如生物质、天然氨基酸等,以替代传统的催化剂,更符合绿色环保。
2.使用绿色催化剂的反应量的提高现有的多数绿色催化剂是在实验室中开发出来的,目前绿色催化剂的反应规模远远无法满足商业应用的需求。
因此,需要采用大规模生产技术,使绿色催化剂在工业中得到广泛应用。
3.优化绿色催化剂制备技术和反应机理在绿色催化剂的发展中,制备方法和反应机理是需要优化和完善的。
特别是在新型绿色催化剂制备、催化机理和反应动力学等方面,需要加强研究。
总之,随着各种环保标准的不断提高,绿色催化剂的应用前景十分广阔。
通过合理的研究和应用,绿色催化剂将成为环保、安全、高效的新型催化剂,带动化学领域向绿色环保的方向发展。
有机合成中的绿色催化徐碧蛟100110051摘要:从有机功能小分子催化、高分子负载催化剂、新型过渡路易酸催化、生物质催化、离子液体和超临界流体为介质的催化来介绍有机合成中的一些绿色反应。
关键字:绿色,有机合成,催化前言:化学作为自然科学的一个重要领域,在丰富人类知识宝库,但由于在化学过程中以适当地使用对人类健康和对环境有害的原料和溶剂以及污染性废物的大量排放,一些化学过程也给人类的健康和生活环境带来了严重的不利影响。
为此,人们相继提出了绿色化学理念,其目的是在继续发挥化学的积极作用的同时而将其危害人类健康和人类生存环境的负面影响减少到最小。
有机合成作为化学合成的重要组成部分,在绿色化学中居于举足轻重的地位;在绿色化学及其理念指导下,最终要实现绿色合成。
绿色合成的目标应当是实现符合绿色化学要求的理想合成。
目前,绿色合成方法一般两个方面着手:一方面是变有毒、易燃、易挥发的有机溶剂为不易挥发、低毒甚至无毒的溶剂—水相体系、离子液体介质、超临界流体。
另一方面将昂贵及有毒的催化剂或改为适用于前面提到的绿色溶剂体系的化合物,易实现催化过程的“绿色化”和催化剂/试剂的回收,一些有毒物质固载以后还可以降低气味和毒性,减少废液的排放。
这样,从经济和环境保护两个方面都获益。
而催化在绿色有机合成中占有举足轻重的地位。
正文:由于目前有机合成中所用的原材料、溶剂、催化剂等大部分是有害、有毒、腐蚀性的,给人类及环境造成了危害,不符合现在流行的绿色化学原理,所以,本文要介绍现在有机合成的方向,那就是“绿色”。
主要从以下四个方面阐述。
一.利用有机功能小分子催化的反应从源头解决由应用金属络合物或金属催化剂而带来的污染问题。
二.利用高分子负载的催化剂在有机合成化学的作用,由均相催化剂转为非均相催化剂,这样解决了对产物和反应后处理过程造成污染和催化剂难回收的问题。
三. 利用新型过渡路易酸在水中的稳定性这一性质,以廉价的水为溶剂,符合绿色化学的本质。
四. 利用生物法催化的手性合成,其用微生物或酶催化制备光学活性的化合物是对环境非常友好,其反应条件温和,具有高度的立体选择性。
一.利用有机功能小分子催化的反应从源头解决由应用金属络合物或金属催化剂而带来的污染问题。
近期发展起来的不对称有机催化剂催化立体选择性反应中,这类催化剂均具有很高的催化效率和选择性。
与传统的金属有机催化合成相比,有机小分子催化剂催化的反应不仅条件温和、能够有效地控制分子量及其分布,而且产物中没有难以去除的金属污染物,是目前合成化学的研究热点。
目前有机功能小分子催化主要应用与一些高立体选择性的碳-碳键的形成反应和不饱和烯烃的不对称氧化方面。
但是这类催化剂在适用性和通用性方面都有一定的局限性, 底物范围较窄, 通用性也还不够。
因此, 设计并合成能广泛应用于不对称催化有机小分子催化剂应成为今后的发展趋势。
1.不对称羟醛缩合反应是有机合成中最有效的碳—碳键形成反应之一。
这里面最著名的是醛与酮之间的直接不对称羟醛缩合反应, 它利用有机小分子的不对称催化反应。
这类反应因具有操作简单和原子经济性的显著优点而成为化学家们近年来的研究热点。
并且他易于从产物中分离出来重复利用等特点, 符合当前大力倡导的环境友好的绿色化学要求。
2.不对称[ 4+2] 环加成( Diels -Alder )反应是构建碳-碳键的重要有机反应之一,也是合成众多重要手性砌块和天然产物中间体的有效手段, 可用于立体选择性构建最多含4个连续立体中心的六元环状化合物。
如【2】手性咪唑啉酮的合成,它通过形成亚胺中间体来活化羰基。
不饱和羰基化合物与三乙基氧氟硼酸盐反应得到稳定的乙氧基亚胺中间体,通过形成亚胺得到的活化中间体具有比羰基底物更高的反应活性,从而易与环戊二烯发生加成反应。
二.利用高分子负载的催化剂在有机合成化学的作用,由均相催化剂转为非均相催化剂,这样解决了对产物和反应后处理过程造成污染和催化剂难回收的问题。
高分子负载的催化剂在有机合成化学中的应用也是非常广的。
反应在均相中进行,缩短反应时间;可提高反应活性,产物的光学收率。
,但均相催化反应的催化剂一般来说存在价格昂贵、反应活性低、易流失、较难回收操作等缺点;另一方面,均相催化剂往往要使用重金属离子,这样既会对产物和反应后处理过程造成污染,催化剂又难于回收,总的合成效率也大为降低,因此寻找能够重复使用且回收操作简单的催化剂或配体就成为有机催化反应领域的研究热点之一。
科学家想到用高分子负载的方法,转化均相催化剂为非均相催化剂,使之兼具二者的优点和避免缺点。
高分子载体不仅仅是作为金属活性中心的惰性支持体,由于其特殊的高分子效应,及其与催化中心、反应底物和产物之间的相互作用,可极大地影响催化剂的催化性能,提高反应的活性和选择性【3】。
但他的缺点是:高分子负载催化剂难于制备而且价格昂贵,其次在某些反应条件下( 如强酸、碱介质中) 高分子载体本身稳定性较差,最重要的是催化剂接在高分子上以后,由于催化剂的不溶性而产生的相界面使得分子之间接触的机会大为减少,从而往往伴随着催化活性的降低。
因此,为了克服这些缺点使高分子负载催化剂具有真正的实用价值,继续发展易于制备、稳定性强、催化活性高的高分子负载催化剂仍然需要更大的努力。
例子:酮的硼烷反应中,硼烷对酮的催化不对称反应具有一定程度的缺陷性,具体地说:硼烷价格昂贵、毒性较大、易燃等。
使用高分子催化剂,反应的分离即催化剂与产物易于分离、催化剂易于回收等优点。
【4】赵等为解决这一问题,他们提出NaBH4/BF3·OEt2(Me3SiC1,I 2 or H2SO4 )体系原位产生硼烷在L一脯氨酸衍生的不同交联度的聚苯乙烯手性磺酰胺高分子配体存在下,用于芳香酮或位阻大的酯肪酮以及β-酮基砜含官能团的羰基化合物如α一羰基酯、β一羰基酯及β一羰基腈类等化合物的不对称还原反应。
使用硼烷或廉价的金属硼氧化物与三甲基氯硅烷还原体系在回流的四氢呋喃中进行反应,对α一羰基酯类化合物还原都获得了非常好的产率和高的立体选择性。
三.利用新型过渡路易酸在水中的稳定性这一性质,以廉价的水为溶剂,符合绿色化学的本质新型过渡路易酸被在有机合成化学中应用。
金属路易酸被广泛地应用于有机合成化学中,因为金属路易酸在化学反应表现的反应活性和选择性可以受到同一中心原子的氧化态,配位数,配体性质等多种因素的调控;可以选择不同的金属元素获得具有不同特性的金属路易酸,控底物的反应活性。
因此,近年来以合成化学为目标的金属有机化学得以迅速发展。
然而从绿色化学的角度出发,许多路易斯酸催化的反应尚待改进, 因为传统路易斯酸催化的反应多在绝对无水的条件下进行,许多情况下即使痕量水也足以迅速与路易斯酸反应,使其即刻或渐渐遭到破坏,以致完全失效。
而在反应完成后,却需加水或碱将催化剂与产物形成的中间体破坏。
如此,路易斯酸遭到破坏,不能回收再利用,因为路易斯酸经常等当量地使用,同时也产生了许多废料。
另外,多数有机物在水中的溶解度很小。
除路易斯酸外,许多试剂在水中也很容易分解,所以人们普遍使用有机反应,尤其是传统的路易斯酸催化的有机反应,一般不能在水中进行。
但水因为廉价,来源丰富,无毒,不易燃和易与有机相分离等特点却是绿色化学理想的反应溶剂。
例如,三氯化铟( InC13 )对空气、水稳定,在水性体系甚至纯水中仍然具有良好的催化活性,是一类与水具有相容性的强路易斯酸。
这样,一方面反应不再需要在严格无水的条件下进行,另一方面,反应结束后可实现水-有机相分离,同时催化剂可以从水相中回收。
而且此类催化剂在许多反应中呈现出特殊的活性和选择性,这是它有别于传统路易斯酸的一大特点。
四.利用生物法催化的手性合成,其用微生物或酶催化制备光学活性的化合物是对环境非常友好,其反应条件温和,具有高度的立体选择性。
由于化学反应过程中使用的大量的易挥发、有毒的有机溶剂,如苯、氯代烷烃、醇、酮类等,产生了很大的污染。
因此,多年来人们一直在寻找绿色替代溶剂。
近年来,离子液体作为一种“绿色”溶剂或催化剂在有机合成中发挥了独特的作用,首先,离子液体作为溶剂为化学反应提供了不同于传统分子溶剂的环境,它可以改变反应的机理,使催化剂的活性、稳定性更好,选择性、转化率更高;其次,溶解在离子液体中的催化剂,具有均相催化效率高,多相催化易分离的优点,产物的分离可以用倾析、萃取和蒸馏等方法;再者因离子液体无蒸气压,液相温度范围宽,使得分离易于进行。
但缺点是在离子液体介质中进行的反应一般需要对试剂和共溶剂进行干燥,在惰性气体的保护下进行。
因为离子液体容易吸潮,反应中生成水、酸都与其共溶,使其再利用比较困难。
最后,产物一般需有机溶剂提取。
离子液体已经成功地应用于许多有机合成中,如Friede1-Crafts反应、Diels-Alder反应、氧化反应等等,在催化和分离技术方面表现出优越的性能。
用离子液体作溶剂不仅消除了挥发性有机溶剂对环境的影响,而且催化剂能回收和重复利用。
因此,离子液体的研究与开发必将为绿色有机合成开辟新的道路。
例如:Wittig反应Wittig反应是有机合成中合成烯烃的好办法,因这一反应不发生分子重排,产率高,能在指定的位置形成双键。
但Wittig反应产生大量的三苯基氧化膦( Ph3PO)副产物,把烯烃Ph3PO中分离出来不易,一般要通过色谱和分步结晶分离。
Bo ulaire等利用离子液体[ bmim] [BF4] 来作为wittig反应的溶剂。
反应后,用有机溶剂来萃取,不但实现了回收溶剂的方便,还实现了把副产物Ph 3PO从烯烃中分离出来。
总结与展望(观点)有机合成化学的成就不仅得益于有机合成方法学研究的发展,也不断促进有机合成方法学的研究。
伴随着化学带来的巨大利益,也对生态环境造成了不容忽视的负面影响。
现代有机合成正朝着高选择性、经济、环保的方向发展,发展绿色化学成为热点。
对传统有机合成路线、方法、溶剂、产物等方面进行改进,成为科学探索的重点;另外,将有机合成化学与其他学科交叉发展研究,也成为学者关注的重点。
正如生物催化,随着生物技术,特别是蛋白质工程和酶工程技术的发展和进步,生物催化有望在不久的将来替代化学催化而成为有机合成的主流技术。
分子进化技术可以对酶的结构进行修饰,以获得所需要的活性和选择性。
酶工程技术则可以使酶在非水环境的稳定性和活性得以提高。
生物酶来源的可再生性和生物催化的高效率和高选择性对实现化学过程绿色化、社会发展可持续化具有重要的意义,将产生巨大的经济效益和生态效益。
为解决有机合成中有害物质的生成,必须要实现化学反应的原子经济性,采用催化反应代替化学计量反应等绿色合成方法,如上面所说的有机功能小分子和高分子负载催化,他们从不同的方面解决了化境污染和催化剂回收的问题;采用不易挥发、低毒的甚至无毒的溶剂-水相体系、超临界流体、离子液体介质下的反应替代有毒、易燃、易挥发的有机溶剂的反应,尤其像上面的稀土金属与水的搭配,十分的符合原子经济型。