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摘 要

传统的有机合成很大程度上依赖于有机溶剂来完成许多任务，包括溶解组分和促进化学反应，因为许多试剂和反应性物质与水不相容或不混溶。由于与反应物相比，它们被大量使用，溶剂一直是环境关注的焦点。随着减少有机合成的环境影响，水作为反应介质的使用也有利于简化化学操作，允许温和的反应条件，有时提供不可预知的反应性和选择性。有机合成揭示了水的重要性，水相容性催化剂的发展蓬勃发展，触发了以水为中心的有机合成的量子跃迁。考虑到有机化合物通常不溶于水，简单的萃取处理可以很容易地分离出水溶性均相催化剂作为水溶性产物，该产物是可溶于有机溶剂的产物。相反，通过使用简单的离心和过滤方法，多相催化剂的使用有利于催化剂的再循环。

关键词：有机溶剂，反应物种，水溶性均相催化剂，非均相催化剂

Abstract：

Traditional organic synthesis relies heavily on organic solvents for a multitude of tasks, including dissolving the components and facilitating chemical reactions, because many reagents and reactive species are incompatible or immiscible with water. Given that they are used in vast quantities as compared to reactants, solvents have been the focus of environmental concerns. Along with reducing the environmental impact of organic synthesis, the use of water as a reaction medium also benefits chemical processes by simplifying operations, allowing mild reaction conditions, and sometimes delivering unforeseen reactivity’s and selectivity’s. After the “watershed” in organic synthesis revealed the importance of water, the development of water-compatible catalysts has flourished, triggering a quantum leap in water-centered organic synthesis. Given that organic compounds are typically practically insoluble in water, simple extractive workup can readily separate a water-soluble homogeneous catalyst as an aqueous solution from a product that is soluble in organic solvents. In contrast, the use of heterogeneous catalysts facilitates catalyst recycling by allowing simple centrifugation and filtration methods to be used.

Keywords: organic solvents, reactive species, water-soluble homogeneous catalyst, heterogeneous catalysts

目 录

前言 3

1 负载型金属催化剂 3

1.1 无机载体在负载型催化剂中的应用 3

1.2.有机载体在负载型催化剂中的应用 7

1.3金属有机框架/笼（MOFs/MOCs） 10

2 金属氧化物/氢氧化物 11

2.1 氧化反应 11

2.2 炔烃和芳基溴化物的转化 12

2.4. 有机金属物质表面化学反应 13

2.5.手性改性金属(0)/金属氧化物或氢氧化物 14

3. 金属纳米粒子催化剂 15

3.1. 钯纳米粒子 16

3.2. 金纳米粒子 17

3.3. 银纳米粒子 18

3.4. 钌，铑，铱和铂纳米粒子 18

3. 5. 铁和镍纳米粒子 19

3. 6. 铜纳米粒子 19

3. 7. 金属氧化物纳米粒子 19

3. 8. 双金属纳米粒子 20

总 结 21

参 考 文 献 22

致 谢 28

前言

普遍认为，水是有机合成中至关重要的物质，因为它具有丰富性，环境相容性，无毒性和不可燃性等特点。人们越来越意识到对可持续技术的需求，促使化学界精简了学术和工业领域的合成方法^[1]。虽然无溶剂法似乎是最好的，但在大多数化学反应中，溶剂对于控制平衡和反应速率起着巨大的作用。从含水混合物中分离产物似乎比从有机溶剂中分离更麻烦和更耗能。但是由于水具有独特性质，比如其极性和不混溶性，可以很容易地进行萃取处理和净化产品。

水被当作溶剂用于实际合成，因为有机材料固有的低溶解度和活性物质在水中比较容易分解。传统的有机反应通常需要在无水和厌氧条件下进行；当我们从教科书中进行传统反应时，我们通常确保所有玻璃器皿，设备和试剂洁净干燥，并使用无水溶剂。Breslow对水中Diels-Alder反应加速，有了“重新发现”^[2]，已经证明，当添加氯化锂时，水可以提高Diels-Alder反应的速率和内切选择性。“重新发现”是水在有机化学历史中的“分水岭”。

催化作用对当今的可持续化学做出了巨大贡献，水中的催化应该是可持续有机合成设计的一个重要方面。与有机溶剂相比，除了降低成本和减少环境影响外，水的高热容量非常适合大规模进行放热反应。水中的催化反应也有助于可持续有机合成的领域。通常情况下，有机化合物是不溶于水的，所以当催化剂是水溶性时，简单的萃取处理可以轻而易举地从水溶性均相催化剂中把可溶于有机溶剂的产物分离出来。相反，使用非均相催化剂可以通过简单的离心分离和过滤方法来促进催化剂再循环。

1 负载型金属催化剂

由于某些金属物质储量较少，而且成本很高，如果能开发易于回收和再循环利用的催化剂肯定是极好的。在这种情况下，人们对非均相催化剂产生了的极大兴趣，尤其是在工业中的大规模化学生产。然而，非均相催化剂与其同类对应物相比，通常情况下具有较低的反应选择性。目前为止，科学家们已经付出了很多努力来研究开发水中的多相催化剂。

1.1 无机载体在负载型催化剂中的应用

1.1.1 二氧化硅和金属硅酸盐

二氧化硅和一些金属硅酸盐，如硅铝酸盐，是一种具有高水平表面功能的刚性和稳定性的材料。特别是具有高度多孔结构的材料非常适合作为催化剂载体，它们具有大的表面积，可以达到高催化活性。在2009年的相关工作中，Minakata和Komatsu进行了精彩的总结^[3]。用硅氧烷束缚的有机材料容易以共价方式附着在二氧化硅表面上，从而实现了配体固定。Kobayashi 和同事使用三甲氧基甲硅烷基乙基苯磺酸盐作为连接基团，在硅胶上固定了水稳定的路易斯酸S_C(Otf)₃ (图1 )^[4]。

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