交換樹脂催化劑在精細化工合成中的價值分析

方標+倪越彪

摘要：新時期背景下，在催化劑行業(yè)發(fā)展過程中，固體酸催化劑占據重要地位，而離子交換樹脂催化劑則是其中應用最為廣泛的一種類型。離子交換樹脂本身特性較為特殊，強酸強堿、屬于大孔結構，為此，將其應用在酸性與堿性催化反應當中具有較為明顯的效果。文章將交換樹脂催化劑作為重點研究對象，并闡述了在精細化工合成中的實踐運用價值，以期有所幫助。

關鍵詞：交換樹脂催化劑；精細化工合成；價值；分析

離子交換數值本身屬于不溶性的高分子，其屬于網狀結構且?guī)в泄倌軋F，通常情況下以球形顆粒物為主要形態(tài)呈現出來。而離子交換樹脂特性與類別則受到化學活性基團而決定，通常情況下，可以按照基體類型將離子交換樹脂細化成苯乙烯系樹脂與丙烯酸系樹脂兩種，而類別則主要是陽離子樹脂與陰離子樹脂。其中，前者能夠與溶液當中的陽離子完成交換，而后者則能夠與溶液當中的陰離子實現交換。

一、離子交換樹脂催化劑類型劃分

（一）強酸性陽離子樹脂

一般來講，在強酸性陽離子樹脂當中包含了諸多強酸性基團，并且很容易在溶液當中分離氫離子，因而具有明顯的酸性特征[1]。當溶液中的數值離解以后，且本體所包含的負電基團能夠對溶液當中的陽離子進行吸附，最終有效交換樹脂當中的氫離子與溶液當中陽離子。而強酸性樹脂本身的離解能力較強，因而在酸性與堿性溶液當中都能夠發(fā)生相應的反應。在對強酸性陽離子樹脂使用一段時間以后需進行再生處理，以保證在化學藥品的作用下能夠保證離子交換反應可以向著反方向進行。這樣一來，樹脂官能團則能夠恢復至原有狀態(tài)，便于進行重復利用。

（二）弱酸性陽離子樹脂

在弱酸性陽離子樹脂當中包含了大量的弱酸性集團，也能夠在溶液當中將氫離子離解出來。而其離子交換以及強酸性陽離子樹脂工作的原理相同，最明顯的差異就是其酸性要弱一些。如果處于PH值相對較小的狀態(tài)下，離子交換的可能性不大，只能夠在重型、微酸性亦或是堿性溶液當中才能夠發(fā)生相應的反應，而保證在酸的作用下實現再生目的[2]。

（三）強堿性陰離子樹脂

在強堿性離子樹脂當中包含了強堿性集團，能夠將水當中所含有的氫氧根離子離解出來，并且以酸性狀態(tài)呈現出來。其本體本身攜帶正電基團，能夠與溶液當中所含有的陰離子進行吸附與結合，最終實現與陰離子的離子交換目標。而強堿性陰離子樹脂本身的離解性較為明顯，所以處于任何PH值條件下都能夠完成離子的交換目標，隨后會在強堿的作用下實現再生。

（四）弱堿性陰離子樹脂

在弱堿性陰離子樹脂當中包含了眾多弱堿性基團，而且能夠在水中將氫氧根離子有效地離解出來，以弱堿性的特征呈現出來。其本體攜帶了正電基團，能夠與溶液當中的陰離子進行吸附并結合，進而實現陰離子的交換。但是，弱堿性陰離子樹脂只能夠在中性亦或是酸性狀態(tài)之下實現離子交換的目標，并且通過碳酸鈉實現再生目標。

二、強酸性離子交換樹脂催化劑在精細化工合成中的實踐應用

（一）酯化反應中的應用

受強酸性離子交換樹脂的催化影響，酸與醇會發(fā)生反應進而形成脂。在反應過程中，對于溫度的要求并不高，而且副反應也相對較少，具有極強的反應產率。其中，在常壓條件之下，乙酸與甲醇能夠在35-50攝氏度的溫度下發(fā)生催化酯化的反應[3]。開展實驗的過程中，大孔網絡型的離子交換樹脂會較大程度地影響酯化反應的催化作用，因而，受強酸性離子交換樹脂催化的影響，使得酯化反應的幾率相對較大。

如果是在氣相條件下，酸與醇發(fā)生酯化反應，那么所需具備的反應條件相對溫和。特別是強酸性離子交換樹脂催化基礎上的乙酸與乙醇酯化反應。根據試驗結果可以發(fā)現，對于低交聯狀態(tài)之下，大孔型離子交換樹脂與凝膠型離子交換樹脂催化的活性相當，而前者催化的性能是21.36千焦/摩爾，后者催化的性能是20.92千焦/摩爾。對于液相當中的酯化反應，在將強酸性離子樹脂當作催化劑使用的過程中，應適當地加入脫水劑，有效地增強酯化反應實際產率。

（二）低聚反應中的應用

把大孔型強酸性離子交換樹脂當作催化劑使用，比較常見的低聚反應包含了苯乙烯低聚反應與異丁烯二聚化、三聚化反應[4]。在開展實驗研究的過程中，這種類型的強酸性離子交換樹脂具有較強的催化活性，而且其他的復合類型催化劑催化的活性應高于強酸性的離子樹脂。然而，這種類型催化劑在制作過程中所采用的制作工藝相對復雜，一定程度上增加其自身價格。與此同時，該類型的離子交換樹脂不僅催化活性增強，同樣也節(jié)省了經濟成本。而在縮合反應、重排反應以及開環(huán)環(huán)化反應中，強酸性離子交換樹脂所產生的催化作用都十分理想。

（三）水解反應中的應用

對于有機物合成反應來說，一般情況下會在乙二醇與醛的反應基礎上，使乙縮醛更好地保護醛基。在反應結束后，需通過乙縮醛保護反應獲取高產率醛類有機化合物。而受到大孔型強酸性離子交換樹脂的催化作用，產生醇脫水反應，而且在超臨界流體化環(huán)境下，使醇可以連續(xù)不間斷地進行脫水反應，最終生成乙縮醛、醚以及縮酮。這種方式所形成的脫水反應而生成的直鏈烷基醚選擇性較高，且重排的產物量并不多。若催化劑選擇為 ，在磷酸烯醇丙酮酸二甲酯水解反應之下，所生成的磷酸烯醇丙酮酸單鈉鹽單水產物，且實際的純度在98%，同時產率超過80%。如果催化劑采用的是常規(guī)類型，那么生成的產物純度僅為78%，實際的反應產率只有68%[5]。

（四）烷基化反應中的應用

通過烷基化反應能夠生成芳香族化合物，一般來講，會受到路易斯酸與布朗斯特酸的催化作用，使得烷基化試劑能夠與醇有效反應。當苯與丙烯亦或是乙烯發(fā)生烷基化反應的基礎上，會生成異丙基苯與乙苯。目前階段，大孔型強酸性離子交換樹脂類型催化劑被應用在有機反應當中，而且選擇性與活潑性特點明顯。受大孔型強酸性離子交換樹脂的催化作用影響所形成的苯酚烷基化反應可以生成單烷基化產物與直鏈烷基取代物，實際的產率也相對較高。由于苯酚苯環(huán)可以與苯乙烯、甲基乙烯基酮以及異丁烯形成烷基化反應，所以生成的頑疾能夠替代苯酚。在此反應當中，一般采用的催化劑都是強酸性離子交換樹脂。

結束語：

綜上所述，根據以上分析與研究可以發(fā)現，離子交換樹脂本身屬于全新的酯化催化劑，其未來發(fā)展前景也較為廣闊。因其結構特點獨特，所以和溶液當中離子的結合更加容易，實現了催化活性的有效增強，同樣也使得離子交換樹脂實際的應用范圍不斷拓展。

參考文獻：

[1] 鄭樂友，張永釵，李佐政等.交換樹脂催化劑在精細化工合成中的應用分析[J].中國化工貿易，2015（5）：148-148.

[2] 張國棟，孫倩.交換樹脂催化劑在精細化工合成中的應用思考[J].化工管理，2015（32）：188.

[3] 周騰騰.交換樹脂催化劑在精細化工合成中的應用[J].化工管理，2016（10）：95-96.

[4] 梁紅冬.強酸性離子交換樹脂催化合成丙二醇乙醚乙酸酯[J].精細化工中間體，2016，46（6）：64-66.

[5] 楊雪云，王祚芳，周建等.大孔強酸性陽離子交換樹脂催化合成3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯甲烷[J].聚氨酯工業(yè)，2014（3）：14-16，20.endprint