高级催化原理课程论文
喹啉类药物中的固体酸催化剂及其中间体
合成中的应用
学院：
化学工程学院
专业等级：
化学工程与技术 2010
学生姓名：
邵东
学生卡：
导师：
刘琳
2011 年 5 月
固体酸催化剂及其在喹啉药物中间体合成中的应用
摘要：固体酸具有独特的酸性、高活性、高选择性、耐水、耐高温、易于制备、无三废污染、简化产品分离程序等优点，是一种应用前景广阔的环境友好型催化剂，受到了人们的广泛关注和重视。本文介绍了固体酸催化剂的研究现状及分类，并结合研究生学习期间的研究内容介绍了固体酸在喹啉类药物中间体合成中的应用。
关键词：固体酸；催化剂；喹啉及其衍生物；合成
催化剂能加速化学反应、降低反应条件、提高生产效率，是工业生产中的重要原料。酸性催化剂在石油化工等工业领域中起着关键作用。有资料显示，当今90%以上的有机化工产品在生产过程的某个阶段都需要使用酸性催化剂。然而，当今工业上常用的许多酸性催化剂都存在一些缺陷。[1]首先，它们往往是毒性或腐蚀性很强的液体酸，如一氧化氢、硫酸等。这些酸不仅对设备有腐蚀性、要求条件高，而且在运输和使用过程中也非常危险。其次，这些液体酸在催化过程中容易引起副反应，产生有毒产物，造成环境污染。另外，由于这些酸在催化反应中经常与试剂混合，因此将反应物从液体酸中完全分离往往非常困难，而且这是一个耗能的过程。液体酸催化剂不易回收利用。
为了克服液体酸催化剂的弊端，化学家和材料科学家一直在寻找新型的酸催化剂。近年来，世界各地的科学家设计并制造了一些不同形式的固体酸催化剂。固体酸催化剂是含有许多微小管、孔和空腔的酸性固体物质。例如酸性沸石、改性粘土等。固体酸催化剂虽然在结构上与液体酸不同，但其催化原理相同，都是以给出氢离子为特征。在催化过程中，它们都提供质子与反应物结合形成反应中间体。这种带正电的反应中间体会改变反应物分子的形状和构型。然后，反应中间体可能失去另一个质子而形成异构体。
固体酸催化剂具有很大的优势，有的固体酸催化剂的酸性可比浓硫酸强1000万倍以上，催化能力很强，生产过程中涉及的催化反应几乎有一半都可以采用这类催化介质。固体酸催化剂使用起来非常安全，甚至可以放心地放在人的手掌中。同时，有的固体酸催化剂可以抑制有害产物的生成，减少或避免环境污染。有的还具有择形催化能力，抑制不良产物的生成，提高反应的产率。
自20世纪30年代法国首次研制出第一种固体酸催化剂——硅酸铝以来，固体酸催化剂在石油催化裂解等领域得到了广泛的应用，其优异的性能和环境友好的行为引起了人们的广泛关注。
人们对此很感兴趣。但由于第一代固体酸催化剂主要由天然白粘土(铝硅酸盐)组成，而石油工业生产过程中的硫很容易毒害该类催化剂，因此该类催化剂在20世纪40年代被第二代固体酸催化剂——人造非晶态铝硅酸盐所取代。20世纪60年代初形成的第三代结晶铝硅酸盐(即沸石分子筛)由于其特殊的结构和性能，引发了催化剂研究领域的一场革命，使催化剂的催化裂解性能提高了6个数量级。人们也开始研制各种类型的沸石分子筛，寻求催化性能更为理想的固体酸催化剂。20世纪70年代末发现的SO42助催化的单氧化物固体超强酸，其