張 嚴(yán)，費(fèi) 莎，段曉曉，尹大學(xué)

（青海師范大學(xué)化學(xué)系，青海西寧 810008）

專題論述

連續(xù)催化在有機(jī)合成中的應(yīng)用

張 嚴(yán)，費(fèi) 莎，段曉曉，尹大學(xué)*

（青海師范大學(xué)化學(xué)系，青海西寧 810008）

總結(jié)連續(xù)催化法在有機(jī)合成常見(jiàn)反應(yīng)類型中的研究進(jìn)展和應(yīng)用，例如取代反應(yīng)、消除反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)以及縮合反應(yīng)等。分析比較連續(xù)催化工藝相對(duì)于傳統(tǒng)的濃硫酸催化工藝的優(yōu)點(diǎn)，并指出連續(xù)催化工藝在國(guó)內(nèi)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中的不足之處。

連續(xù)催化法 取代反應(yīng) 消除反應(yīng) 氧化還原反應(yīng) 縮合反應(yīng)

催化劑是有機(jī)合成中常用的物質(zhì)。目前，很多催化劑應(yīng)用于某些有機(jī)合成反應(yīng)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)催化劑單次使用的問(wèn)題。不僅造成了催化劑的浪費(fèi)，而且可能為后續(xù)產(chǎn)物的處理帶來(lái)一些不必要的麻煩，使很多重要的有機(jī)合成反應(yīng)只能局限于實(shí)驗(yàn)室中的小規(guī)模反應(yīng)，不能適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中。因此，提高催化劑的使用次數(shù)和保持催化劑的高效性以及穩(wěn)定性是一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)的工作。

連續(xù)催化，是一種在原有機(jī)合成反應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，使用新型催化劑和新型反應(yīng)裝置于反應(yīng)中，保證催化劑高效性和穩(wěn)定性的同時(shí)，提高催化劑的使用次數(shù)，提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的可連續(xù)性操作，應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。查閱大量國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，連續(xù)催化在國(guó)內(nèi)有機(jī)合成中的應(yīng)用也僅處在起步階段，系統(tǒng)性介紹連續(xù)催化的文獻(xiàn)較少。筆者對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)加以分類，總結(jié)出連續(xù)催化在有機(jī)合成中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 連續(xù)催化在取代反應(yīng)中的應(yīng)用

取代反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)中最常見(jiàn)的一種反應(yīng)類型。近年來(lái)，連續(xù)催化在取代反應(yīng)中的應(yīng)用日益增多。筆者根據(jù)不同的反應(yīng)類型進(jìn)行分類，主要分成連續(xù)催化酯化反應(yīng)、連續(xù)催化水解反應(yīng)、連續(xù)催化氨化反應(yīng)以及連續(xù)催化烷基化反應(yīng)等。

1.1 連續(xù)催化酯化反應(yīng)

馮耀輝等［1］以NKC-9型陽(yáng)離子交換樹脂作為非均相固體酸催化劑，在填充固定床反應(yīng)器中連續(xù)催化酯化廢棄酸化油制備生物柴油。研究表明反應(yīng)的最佳工藝條件：甲醇和油酸的摩爾比為2.8∶1，催化床層高為44.0 cm，進(jìn)料流速為0.62 m L／min，反應(yīng)溫度為65℃。在該條件下，反應(yīng)500 h，轉(zhuǎn)化率始終保持在98.0%以上，并且NKC-9型陽(yáng)離子交換樹脂也未出現(xiàn)磺酸基流失的現(xiàn)象。生物柴油作為能源的一種替代物，早在20世紀(jì)80年代，上海內(nèi)燃機(jī)研究所和貴州山地農(nóng)機(jī)所承擔(dān)此課題的研究，近些年，更加受到國(guó)內(nèi)各大高校研究機(jī)構(gòu)的重視。目前，海南正和生物制藥有限公司，建成1 kt／a的生物柴油試驗(yàn)場(chǎng)，其技術(shù)和產(chǎn)品已于2002年10月通過(guò)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委新產(chǎn)品技術(shù)的鑒定；四川古杉油料廠已經(jīng)建成生物柴油的生產(chǎn)裝置，并投入運(yùn)營(yíng)。不久的將來(lái)，生物柴油可以更好地發(fā)揮能源替代物的作用。

盛梅等［2］以交聯(lián)烯丙烯丙基葡聚糖凝膠（CADB）為載體，以對(duì)-β-硫酸酯乙砜基苯胺（SESA，結(jié)構(gòu)式如圖1）為偶聯(lián)活性劑，共價(jià)固定工業(yè)脂肪酶，將油酸與十二醇發(fā)生酯化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：固定化酶采用間歇催化，每次24 h，重復(fù)使用30次，酯化率從93.5%降至47.0%；固定化填充在柱式固定床反應(yīng)器中，采用連續(xù)催化，運(yùn)行50 d，酯化率仍高達(dá)73%，提高了固定化酶的酶活率，繼續(xù)改進(jìn)，有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模的生產(chǎn)。

霍穩(wěn)周等［3］以丁二酸和甲醇為原料，采用自主開(kāi)發(fā)的耐高溫陽(yáng)離子交換樹脂為催化劑，采用無(wú)催化劑連續(xù)預(yù)酯化和連續(xù)催化精餾組合工藝合成丁二酸二甲酯。研究表明反應(yīng)的最佳工藝條件：丁二酸和甲醇的摩爾比為1∶9，丁二酸的進(jìn)料液態(tài)空速為0.7 h，反應(yīng)溫度為110℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，耐高溫陽(yáng)離子交換樹脂催化劑的穩(wěn)定性很好，連續(xù)運(yùn)行2 000 h，丁二酸的平均轉(zhuǎn)化率為99.96%，丁二酸二甲酯的平均選擇性為99.93%。

圖1 對(duì)-β-硫酸酯乙砜基苯胺（SESA）的結(jié)構(gòu)式

王金明等［4］使用負(fù)載雙金屬路易斯酸的樹脂催化劑，采用連續(xù)催化工藝合成檸檬酸三乙酯（TEC，結(jié)構(gòu)式如圖2）。研究表明反應(yīng)的最佳工藝條件：檸檬酸和乙醇的摩爾比為1∶3，空速1 m／（m ·h），反應(yīng)壓力1 MPa，反應(yīng)溫度為80℃，催化劑選用KC124樹脂。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酯化反應(yīng)的產(chǎn)率在90%以上，KC124樹脂催化劑的穩(wěn)定性好，其增塑的聚氯乙烯（PVC）可長(zhǎng)期使用。

圖2 檸檬酸三乙酯（TEC）的結(jié)構(gòu)式

張?jiān)品宓龋?］采用有機(jī)錫（β-甲氧羰乙基三氯化錫，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖3）連續(xù)催化酯化合成乙酸乙酯，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，此法比硫酸催化時(shí)的活性稍低，但使用壽命（115 h）更長(zhǎng)，底物不碳化，催化劑可重復(fù)使用，且酯產(chǎn)率高于硫酸催化法；減少了使用濃硫酸作為催化劑導(dǎo)致的后續(xù)處理困難和對(duì)環(huán)境的危害，符合綠色化學(xué)的理念，有比較可觀的應(yīng)用前景。

圖3 β-甲氧羰乙基三氯化錫的結(jié)構(gòu)式

黃科林等［6］采用GD001固體酸為催化劑，以乙酸與正丙醇為原料合成乙酸正丙酯，研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：乙酸與正丙醇的摩爾比為1∶1.02，進(jìn)料速度為150 m L／h（酸醇混合液），反應(yīng)酸醇的摩爾比為3∶1～4∶1，反應(yīng)溫度為125℃。在該條件下，連續(xù)運(yùn)行300 h后，催化劑仍具有很好的穩(wěn)定性和壽命，酯化率達(dá)96%以上。

毛立新［7］采用硅膠固載硫酸鈦在500℃下焙燒改性后的固體酸為催化劑，連續(xù)催化合成丙酸正丁酯。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：催化劑固載量0.2 g［Ti（SO4）2］／g（SiO2），丙酸和正丁醇的摩爾比為1∶1.4，進(jìn)料量0.12 L／h。該條件下，丙酸正丁酯的收率在95.5%以上。

韋藤幼等［8］采用固體酸為催化劑，替代傳統(tǒng)的硫酸催化劑，以醋酸和丁醇為原料合成醋酸丁酯。反應(yīng)產(chǎn)生的粗酯經(jīng)過(guò)精餾后，生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硫酸法，大大節(jié)省了投資和生產(chǎn)成本，粗產(chǎn)物中的醋酸丁酯的含量在96%以上，而且無(wú)副反應(yīng)。

曾哲靈等［9］研究了濃硫酸連續(xù)催化樟樹籽油酯化酯交換的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明該工藝的最佳條件：甲醇和總脂肪酸（以癸酸和月桂酸為主）的摩爾比為5∶1，濃硫酸和總脂肪酸的摩爾比為0.6∶1，反應(yīng)時(shí)間為7 h，反應(yīng)溫度為65℃。在該條件下，酯化反應(yīng)酯交換率為91.12%。

孟祥河等［10］在無(wú)溶劑條件下，利用Lipozyme RM IM催化劑催化亞油酸和甘油連續(xù)合成1，3-甘油二酯（1，3-DAG，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖4）。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：固定化酶填充柱長(zhǎng)徑比為7.8，亞油酸和甘油的摩爾比為1∶2，進(jìn)料速度1.2 m L／min，反應(yīng)溫度65℃。在該條件下，過(guò)量的甘油可以吸附脫水來(lái)清除體系水分，并能明顯改變固定化酶的穩(wěn)定性，增加催化劑的使用壽命，連續(xù)運(yùn)行10 d，殘余酶活性保持在80%以上，而對(duì)照組僅為52%。

柯中爐等［11-12］采用強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂為催化劑，在固定床反應(yīng)器中將菜籽油與甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)，合成脂肪酸甲酯（FAME），進(jìn)一步制備生物柴油。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：反應(yīng)溫度為60℃，醇油體積比為4.54∶1，反應(yīng)時(shí)間為54.7 m in。在該條件下，F(xiàn)AME產(chǎn)品的收率為96.80%；反應(yīng)溫度為60℃，醇油體積比為5.96∶1，反應(yīng)時(shí)間為54.7 min。生物柴油產(chǎn)品的收率為99.65%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：催化劑活性穩(wěn)定，利用再生樹脂連續(xù)催化28.7 h，未見(jiàn)其活性下降。

李連華等［13］利用固定床反應(yīng)器，采用固定酸為催化劑催化桐油預(yù)酯化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的條件為：醇油摩爾比為6∶1，反應(yīng)時(shí)間為88 m in，床層溫度65℃。在該條件下，桐油的酸值可降低至0.8 mgKOH／g，達(dá)到生物柴油后續(xù)酯交換反應(yīng)酸值小于1.0 mgKOH／g的要求。

于萬(wàn)鵬等［14］將加熱至一定溫度的鄰苯二甲酸酐和甲醇，送入裝有催化劑強(qiáng)陽(yáng)離子交換樹脂的串聯(lián)式固定床連續(xù)催化試驗(yàn)裝置，在催化劑的作用下連續(xù)反應(yīng)生成鄰苯二甲酸二甲酯。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳條件：甲醇和苯酐的摩爾比為2∶1，空速1 h-1，反應(yīng)壓力1 MPa，反應(yīng)溫度130℃，采用下進(jìn)料方式，選用A45陽(yáng)離子交換樹脂，催化劑的含水量為0.5%以下。在該條件下，酯化反應(yīng)產(chǎn)率可達(dá)90%以上，其增塑的PVC的力學(xué)性能接近鄰苯二甲酸二辛酯（DOP，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖5）和己二酸二辛酯（DOA，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖6）增塑的PVC。傳統(tǒng)的硫酸作為催化劑，雖然技術(shù)已經(jīng)較為熟練，但存在設(shè)備腐蝕、不能連續(xù)生產(chǎn)、副產(chǎn)物較多、后處理較為復(fù)雜、所得產(chǎn)物色澤深、環(huán)境污染更為嚴(yán)重等問(wèn)題。此法可以很好地解決上述問(wèn)題，但工藝不夠成熟，需要繼續(xù)優(yōu)化，將來(lái)有望改變目前采用濃硫酸為催化劑的主流工藝。方程式如圖7所示。

圖5 DOP的結(jié)構(gòu)式

圖6 DOA的結(jié)構(gòu)式

圖7 合成鄰苯二甲酸二甲酯的方程式

王存德等［15］制備一系列新型固體超強(qiáng)酸）并且利用其作為催化劑應(yīng)用于各種酯化反應(yīng)中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固體超強(qiáng)酸不僅具有一般超強(qiáng)酸的性能，而且具有較高的催化活性和穩(wěn)定性，連續(xù)催化活性基本保持不變。

劉紅俠［16］研究了非均相體系中固定化脂肪酶（固定化假絲酵母脂肪酶）連續(xù)催化合成L-抗壞血酸棕櫚酸酯（L-AP，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖8）。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳條件：有機(jī)溶劑采取叔戊醇（20 m L），反應(yīng)溫度55℃，反應(yīng)時(shí)間24 h，底物摩爾比為9∶1，底物濃度0.79 mol／L，固定化酶用量100U，體系水活度維持在0.1～0.3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在該條件下，有利于L-AP的合成，產(chǎn)物濃度達(dá)14 g／L；流量為45 m L／min，即停留時(shí)間為2 min，更有利于L-AP的合成，加入分子篩（4A），對(duì)體系進(jìn)行脫水處理，有利于L-AP的連續(xù)合成的進(jìn)行，反應(yīng)40 h后，L-AP濃度比未加分子篩的反應(yīng)增加了約70%。

圖8 L-AP的結(jié)構(gòu)式

1.2 連續(xù)催化水解反應(yīng)

顏涌捷等［17］采用FeCl3和FeCl2為催化劑，在液體連續(xù)流動(dòng)的條件下，研究了木屑（主要是纖維素和半纖維素）在稀鹽酸中的水解過(guò)程，轉(zhuǎn)化成還原糖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明FeCl2的催化效果比FeCl3顯著，在適當(dāng)?shù)乃鈼l件下，木屑的轉(zhuǎn)化率可達(dá)71%以上。由于FeCl2比FeCl3的價(jià)格便宜，使用FeCl2作為催化劑不僅可以提高催化效果，還有利于減少反應(yīng)的成本，投入到工業(yè)生產(chǎn)中，更好地產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

目前，丙二酸的生產(chǎn)方法主要有：a）氯化鎂氰化水解法，此法的缺點(diǎn)：氰離子有劇毒，對(duì)環(huán)境以及人的健康危害較大，反應(yīng)過(guò)程較復(fù)雜；b）硫酸催化水解法，硫酸中的硫酸根不利于后續(xù)處理，并且容易與水中的鈣離子結(jié)合，生成硫酸鈣難溶物進(jìn)入產(chǎn)品中，影響丙二酸的純度；c）脂催化水解法，劉強(qiáng)等［18］以丙二酸二乙酯為原料，采用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂為催化劑，通過(guò)水解反應(yīng)制備丙二酸，研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳條件：反應(yīng)溫度為80℃，丙二酸二乙酯和水的質(zhì)量比為1∶3，流速4.5 m L／m in。，在該條件下，丙二酸的收率可達(dá)86.6%。此法具有以下優(yōu)點(diǎn)：不易引進(jìn)雜質(zhì)，反應(yīng)時(shí)間大大縮短，收率有所提高，有很好的發(fā)展前景。

1.3 連續(xù)催化氨化反應(yīng)

鄧信忠等［19］以CH2ClCH2Cl為原料，采用CuCl和2，2-聯(lián)吡啶（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖9）為催化劑，連續(xù)制備乙二胺。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件為：反應(yīng)溫度120℃，反應(yīng)壓力4 MPa，氨烷比24.4∶1，催化劑加入量0.48 g，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)60%，雙催化劑質(zhì)量比1∶1，反應(yīng)停留時(shí)間7 m in。在該條件下，乙二胺的收率為64.24%，此法提高了產(chǎn)物收率，縮短了反應(yīng)周期，降低了物耗，減少了HCl和NH3在空氣中的逸散引起的環(huán)境污染，反應(yīng)條件溫和，安全性高。方程式如圖10所示。

圖9 2，2-聯(lián)吡啶的結(jié)構(gòu)式

1.4 連續(xù)催化烷基化反應(yīng)

包燕芬等［20］探索采用白土系列-MS為催化劑合成鄰位仲丁基酚的優(yōu)化方法。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：反應(yīng)溫度（220±5）℃，苯酚和丁烯的摩爾比1∶0.6～0.7，體積空速700～800 h-1。方程式如圖11所示。

圖10 合成乙二胺的方程式

圖11 合成鄰位仲丁基酚的方程式

圖12 合成硝酸咪康唑的方程式

王明慧等［21］將NaOH用作堿，采用PEG-400為相催化劑，在THF中不經(jīng)分離連續(xù)完成1-（2，4-二氯苯基）-2-氯乙醇的N-和O-烷基化反應(yīng)，制得抗真菌硝酸咪康唑和硝酸益康唑，收率分別為63%和 68%。本法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，可以作為安全、高效的廣譜抗真菌藥，療效好，有極高的發(fā)展應(yīng)用前景，適合大批次工業(yè)化生產(chǎn)。方程式如圖12-13所示。

圖13 合成硝酸益康唑的方程式

2 連續(xù)催化在消除反應(yīng)中的應(yīng)用

2.1 連續(xù)催化脫水反應(yīng)

歐陽(yáng)玉柱等［22］在直徑為50 mm的催化劑反應(yīng)精餾塔中，用活性炭固載硅鎢酸作固定床進(jìn)行合成環(huán)己烯的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硅鎢酸固定床催化劑精餾合成環(huán)己烯，催化活性高，選擇性好，環(huán)境污染少，適合于工業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)物中烯含量可達(dá)99.5%。

2.2 連續(xù)催化脫氨反應(yīng)

孫羽蒙等［23］在低壓（＜1.00 MPa）、氨氣作為環(huán)境氣體以及合適的催化劑，用一乙醇胺為原料，采用固定床連續(xù)催化合成哌嗪。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：反應(yīng)溫度256℃，反應(yīng)壓力0.90 MPa，氨氣和一乙醇胺的摩爾比為5.63∶1。在該條件下，產(chǎn)物中哌嗪含率54.08%，產(chǎn)率25.15%。方程式如圖14所示。

圖14 合成哌嗪的方程式

3 連續(xù)催化在氧化還原反應(yīng)中的應(yīng)用

3.1 連續(xù)催化氧化反應(yīng)

王昶等［24］在間歇操作的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了甲苯連續(xù)催化氧化工藝。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)離心多孔氣體分布器的轉(zhuǎn)速為550 r／min，苯甲酸的收率可達(dá)50%?；旌弦后w經(jīng)過(guò)連續(xù)精餾不僅可得到苯甲酸，還可以得到附加值很高的苯甲醇、苯甲醛以及苯甲酸卞酯。

儲(chǔ)振華等［25］采用CuCl2和MgCl2作為催化劑，采用連續(xù)的催化氧化法工藝，將2，3，6-三甲基苯酚氧化得到2，3，5-三甲基苯醌。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該工藝經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，摩爾率可穩(wěn)定在90%以上，產(chǎn)品純度大于98.5%。方程式如圖15所示。

圖15 合成2，3，5-三甲基苯醌的方程式

劉俊峰［26］以二甘醇為原料連續(xù)催化氧化合成1，4-二氧六環(huán)。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：反應(yīng)溫度240℃，催化劑的起始濃度：硅鉬酸3%，或硫酸鐵3%，或者硅鉬酸銀2%，連續(xù)補(bǔ)加濃度：硅鉬酸1%，或硫酸鐵1%，或者硅鉬酸銀0.5%。方程式如圖16所示。以二乙醇為原料連續(xù)催化氧化合成1，4-二氧六環(huán)。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：反應(yīng)溫度190℃，催化劑的起始濃度：硅鉬酸4%，或硫酸鐵3.5%，或者硅鉬酸銀2%，連續(xù)補(bǔ)加濃度：硅鉬酸1.5%，或硫酸鐵1.5%，或者硅鉬酸銀1%。方程式如圖17所示。

圖16 二甘醇合成1，4-二氧六環(huán)的方程式

圖17 乙二醇合成1，4-二氧六環(huán)的方程式

李長(zhǎng)波等［27］以金屬錳和鈰的硝酸鹽為活性組分的前驅(qū)體，以介孔分子篩SBA-15為載體，浸漬焙燒法制備了負(fù)載型MnO2／SBA-15、CeOX／SBA-15及MnOX-CeOX／SBA-15，并以H2O2為氧化劑，在溫和條件下連續(xù)催化濕式過(guò)氧化（CWPO）處理腈綸廢水。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：反應(yīng)溫度150℃，進(jìn)料流量25 mL／min，催化劑投加30 g／L，H2O2投加5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MnOX-CeOX／SBA-15催化劑表現(xiàn)出較好的催化活性和穩(wěn)定性，腈綸廢水的COD去除率達(dá)到80%。

杭曉敏等［28］在實(shí)驗(yàn)室研究了3種連續(xù)環(huán)氧化反應(yīng)工藝工業(yè)化運(yùn)行的可行性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：離子交換樹脂柱連續(xù)催化環(huán)氧化反應(yīng)工藝和離子交換樹脂柱與填料柱相結(jié)合的連續(xù)環(huán)氧化反應(yīng)工藝無(wú)法成功運(yùn)行，而采用多釜串聯(lián)連續(xù)環(huán)氧化反應(yīng)工藝在實(shí)驗(yàn)中取得成功。

張秋格等［29］在20 t／a連續(xù)放大裝置上，以工業(yè)雙戊烯（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖18）為原料，采用Pd／C為催化劑，連續(xù)催化脫氫制備對(duì)傘花烴（結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖19），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，280℃是可選擇和長(zhǎng)期運(yùn)行的反應(yīng)溫度，此時(shí)對(duì)傘花烴的產(chǎn)率為97.07%。

圖18 雙戊烯結(jié)構(gòu)式

圖19 對(duì)傘花烴結(jié)構(gòu)式

吳強(qiáng)［30］對(duì)濕式氧化反應(yīng)技術(shù)在連續(xù)處理廢水方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用活性炭及分子篩MCM-41為載體的銅催化劑的催化效率比較高，在苯酚、總有機(jī)碳（TOC）的去除方面均優(yōu)于單一活性炭的催化效果，滴流床反應(yīng)器能夠在較低的反應(yīng)溫度（150℃）及壓力（低于1 MPa）下，迅速有效去除90%以上的苯酚以及總有機(jī)碳（TOC）。

劉亞芹等［31］采用共沉淀法制備了鈣鈦礦型La0.8Sr0.2MnO3催化劑，并且考察了催化劑對(duì)氯苯的催化燃燒性能。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：氯苯濃度為800 mg／m3，空速（GHSV）為1 000 h-1，反應(yīng)溫度為410℃。在該條件下，經(jīng)歷了100 h連續(xù)催化燃燒后，催化劑沒(méi)有出現(xiàn)明顯的失活現(xiàn)象。

3.2 連續(xù)催化還原反應(yīng)

楊軍等［32］研究了雙環(huán)戊二烯（DCPD，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖20）連續(xù)催化加氫合成四氫雙環(huán)戊二烯（THDCPD結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖21），篩選具有良好催化性能的Ni／γ-Al2O3催化劑。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：反應(yīng)溫度為150～160℃，氫氣壓力為1.0～1.2 MPa，空速為20～30 h-1。在該條件下，DCPD轉(zhuǎn)化率高于98%，THDCPD收率可達(dá)95%以上。

圖20 雙環(huán)戊二烯（DCPD）結(jié)構(gòu)式

圖21 四氫雙環(huán)戊二烯（THDCPD）結(jié)構(gòu)式

米鎮(zhèn)濤等［33］以雙環(huán)戊二烯（DCPD）為原料進(jìn)行加氫，制備具有三環(huán)結(jié)構(gòu)的四氫雙環(huán)環(huán)戊二烯（THDCPD），以此為基礎(chǔ)可制得一系列有價(jià)值的具有三環(huán)［5、2、1、02.6］癸烷的衍生物。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：選擇高選擇性APC-2催化劑，催化劑粒度在50～60目以下，采用正己烷為稀釋溶劑，正己烷溶液內(nèi)20%～30%為宜，反應(yīng)溫度160～180℃，反應(yīng)壓力1.0 MPa。

4 連續(xù)催化在縮合反應(yīng)中的應(yīng)用

4.1 連續(xù)催化羥醛縮合反應(yīng)

王志宏［34］以甲醇和甲醛為原料，在硫酸催化下反應(yīng)精餾合成甲縮醛。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：甲醇和甲醛的摩爾比為2∶1，精餾回流比8～10∶1，催化劑加入量為甲醇質(zhì)量的15%。在該條件下，產(chǎn)品含量不小于98%，收率不小于91%。

4.2 連續(xù)催化酮醛縮合反應(yīng)

劉天華等［35］以檸檬醛（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖22）和丙酮為原料，采用大孔強(qiáng)堿性樹脂（對(duì)假性樹脂AX）作為催化劑，替代傳統(tǒng)的NaOH作為催化劑，合成假性紫羅蘭酮（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖23）。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：反應(yīng)液中檸檬醛／（丙酮＋甲醇）＝1∶5，其中丙酮／甲醇＝4∶1，反應(yīng)流速113 v／h，反應(yīng)溫度55℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AX催化劑經(jīng)200 h的連續(xù)使用，再生后，重復(fù)使用性能較好，假性紫羅蘭酮的產(chǎn)率為62.5%，收率為55.2%。

圖22 檸檬醛的結(jié)構(gòu)式

圖23 假性紫羅蘭酮的結(jié)構(gòu)式

5 連續(xù)催化在酶催化反應(yīng)中的應(yīng)用

張傳梅等［36］提出水凝膠載體材料優(yōu)化模型，并制備出兩種性能相異的載體材料，即聚丙烯酰胺／2-甲基丙烯酸羥基乙酯（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖24）和聚N-異丙基丙烯酰胺（其單體結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖25）／2-甲基丙烯酸羥基乙酯，并在其中包埋α-胰凝乳蛋白酶，利用載體材料的溫敏性可實(shí)現(xiàn)固定化酶活力的可控及連續(xù)可調(diào)，兩種固定化酶連續(xù)催化8次，固定化酶活力并無(wú)明顯下降。

周紀(jì)寧等［37］研究了固定化L-天冬酰胺酶連續(xù)凈化血漿過(guò)程，并建立了動(dòng)力學(xué)模型。

圖24 2-甲基丙烯酸羥基乙酯的結(jié)構(gòu)式

圖25 N-異丙基丙烯酰胺的結(jié)構(gòu)式

趙金爽［38］選擇海藻酸鈉為載體，固定化腈水合酶產(chǎn)生菌連續(xù)催化制備丙烯酰胺。研究表明實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件：流速為10 m L／m in，反應(yīng)物丙烯腈的體積分?jǐn)?shù)為3%，反應(yīng)器裝柱密度為6個(gè)／cm3。在該條件下，反應(yīng)的固定化細(xì)胞酶的相對(duì)酶活性最高，可達(dá)94.2%，反應(yīng)到6 h時(shí)，相對(duì)酶活性還可保持在60%左右。

6 結(jié) 語(yǔ)

綜合文獻(xiàn)，連續(xù)催化已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種不同類型的有機(jī)合成中，例如取代反應(yīng)、消除反應(yīng)、氧化還原等反應(yīng)，特別是連續(xù)催化應(yīng)用在取代反應(yīng)中的實(shí)驗(yàn)較多，主要體現(xiàn)在合成酯以及制備生物柴油中。使用濃硫酸作為催化劑會(huì)帶來(lái)的一些弊端，例如硫酸帶來(lái)的環(huán)境污染；濃硫酸中的硫酸離子與水中的少量金屬離子形成微溶物質(zhì)，對(duì)產(chǎn)物質(zhì)量的影響；濃硫酸催化法帶來(lái)的復(fù)雜的后處理；不能使用于連續(xù)催化的問(wèn)題等。連續(xù)催化法與一般的濃硫酸作催化劑相比較，一般是制備新型催化劑，增大催化劑的使用次數(shù)和壽命，從而減少催化劑的使用量；提高催化劑的高效性和穩(wěn)定性，符合節(jié)能減排和綠色化學(xué)的理念，有很大的發(fā)展前景。但是，目前的文獻(xiàn)報(bào)道中，鮮有連續(xù)催化的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，其局限性主要有兩點(diǎn)：第一，新型催化劑雖然比濃硫酸有很多可取之處，但連續(xù)催化法的工藝還不夠成熟，很多新型催化劑的催化性能還需要較大的改善，方能滿足投入工業(yè)生產(chǎn)中。另外新型催化能不能批次生產(chǎn)和生產(chǎn)的成本也是一個(gè)很重要的影響因素。第二，連續(xù)催化法需要更多的新型設(shè)備，目前文獻(xiàn)中僅以反應(yīng)床為主，尚不能達(dá)到工業(yè)化工藝的要求。總之，新型催化工藝具有連續(xù)性、高效性的優(yōu)點(diǎn)，為有機(jī)合成提供了一個(gè)新方法；但是，新型催化劑和新型設(shè)備作為連續(xù)催化工藝的兩個(gè)決定性因素，目前國(guó)內(nèi)對(duì)其研究還不完備，仍需化學(xué)工作者的長(zhǎng)期關(guān)注和不懈努力。

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App lications of continuous catalytic m ethods in O rganic Synthesis

Zhang Yan，F(xiàn)ei Sha，Duan Xiaoxiao，Yin Daxue
（Department of Chem istry，Qinghai Normal University，Xining Qinghai 810008，China）

This article summarized the research progress and app lications of continuous catalytic method in common organic synthesis reactions，such as substitution reactions，elimination reactions，redox reactions etc.By comparing with the traditional sulfuric acid catalytic process，we analyzed the advantages of continuous catalytic method and pointed out the disadvantages continuous catalytic method in domestic large-scale industrial production.

Continuous Catalytic method；substitution reaction；elim ination reaction；redox reaction；condensation reaction

TE624.4

A

1006-334X（2014）03-0028-08

2014-05-23

國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目（21262025）

張嚴(yán)（1988—），男，安徽蒙城人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榫G色有機(jī)合成。

*通訊作者：尹大學(xué)（1964—），男，博士，主要從事化學(xué)、化工的教學(xué)與研究工作。