酸鹼催化作用

酸鹼催化作用，以酸鹼作催化劑的催化。反應物分子與酸鹼相接觸，或吸附在催化劑固體表面一定的酸鹼部位上，就會發生酸鹼反應，形成活性中間絡合物,然後再分解出產物,使催化劑復原。

酸鹼催化作用

正文

以酸鹼作催化劑的催化。反應物分子與酸鹼相接觸，或吸附在催化劑固體表面一定的酸鹼部位上，就會發生酸鹼反應，形成活性中間絡合物,然後再分解出產物,使催化劑復原。
均相酸鹼催化反應　主要有水解、水合、縮合、酯化、烷基化、重排等（多為液相）。例如，乙烯在硫酸催化劑的作用下水合為乙醇；環氧氯丙烷在氫氧化鈉催化劑的作用下水解為甘油；苯和鹵代烴在三氯化鋁催化劑的作用下烷基化為烷基苯。
多相酸鹼催化反應　主要有烯烴聚合、催化裂化、烯烴和烷烴的異構化、縮合、加成、歧化等（催化劑為固相）。例如,烷烴在REY分子篩和（或）矽鋁膠上催化裂化為汽油和C3、C4氣體;苯和乙烯在固體磷酸上烷基化為乙苯；丙烯在硫酸鎳上低聚；烯烴在固體鹼（碳酸鈉或碳酸鉀）催化作用下二聚等等。
有些反應既可酸催化也可鹼催化，唯產物不完全相同。例如，芳烴和單烯在酸催化下反應生成的產物是烷基加到芳香環上生成的，而鹼催化作用則使芳烴的側鏈烷基化。又如,在酸或鹼催化作用下,烯烴可發生順、反異構化和雙鍵異構化反應，而僅在酸催化作用下尚可發生骨架異構化反應。
布侖斯惕酸鹼催化反應包括質子轉移；路易斯酸鹼催化反應包括共價配鍵的形成（見酸鹼理論）。
若催化劑為酸或含有酸中心，則反應物分子必須含　有易於接受質子或給出電子對的原子或基團；若催化劑為鹼或含有鹼中心，則反應物分子必須易於給出質子或接受電子對。
此外，針對不同的催化反應，反應物分子在催化劑表面的吸附能力和催化活性還隨催化劑酸鹼性質的不同而異。酸鹼催化反應須在特定種類的酸鹼中心上進行，並需要一定的酸強度範圍。酸鹼催化作用在均相催化或多相催化中均有套用，是液相催化中最常見的催化作用，在化學工業中套用很廣。
固體酸鹼中心　固體有兩種酸中心：路易斯酸中心和布侖斯惕酸中心，另外還有鹼中心。路易斯酸中心正像分子路易斯酸一樣，具有未被占據的軌道，對電子對有較高的電子親合勢。路易斯鹼中心的一個高能級上有電子對，如果它和一個被吸附的電子接受體二者只有此電子對，則能量將降低。布侖斯惕酸中心具有釋放一個質子的傾向。
固體酸鹼種類繁多，如載於固體上的液體酸鹼，金屬氧化物（如氧化鋁、氧化鎂、氧化鈦、氧化鋅）、硫化物（如硫化鋅、硫化鈣）和氯化物（氯化汞、氯化銅、氯化鋁），混合氧化物（如氧化鋁-氧化矽、氧化矽-氧化鎂），沸石和金屬硫酸鹽、磷酸鹽等。現以氧化鋁、脫陽離子沸石為例，說明路易斯酸、布侖斯惕酸和鹼中心的各自成因。氧化鋁是由水合氧化物受熱脫水而產生：

此路易斯酸中心易吸水變為布侖斯惕酸中心：

酸、鹼中心的種類和數目與製備條件、焙燒溫度以及脫水程度等密切有關。它的表面酸主要為路易斯酸。脫陽離子沸石的酸、鹼中心的形成如下：

鹼催化反應機理 對於反應，若RH為弱酸，則其反應機理如下：

RH與鹼催化劑作用，形成過渡態I-負離子和酸，然後生成產物SH，催化劑鹼復原。例如，碳氫化合物的鹼催化反應是通過負碳離子中間物進行的：

式中B為H、NH2、烷基或芳香基。

酸催化反應機理　反應的反應機理如下：

式中R、I、S為取代基。如RH為一弱鹼,則它與酸催化劑相互作用，質子由催化劑轉移至反應物,形成過渡態IH娚正離子和鹼，然後得到產物SH，同時酸催化劑恢復原有化學性質。均相催化和多相催化一樣，均按離子機理進行。對布侖斯惕酸鹼催化反應而言，其機理中包含質子轉移。以1-丁烯的酸催化異構化為例，說明具體的反應機理：
首先，1-丁烯吸附在催化劑表面，與質子酸中心作用，形成正碳離子絡合物，然後異構化為順、反式丁烯。因催化劑酸中心的數目和類型以及溫度的不同，順、反式的產率各異。
酸鹼協合催化作用　一個催化劑上如有兩個活性基團:一個酸性基團和一個鹼性基團,則即使基團的酸、鹼強度是中等的，二者的協同作用也能產生很強的特殊催化效果。這種催化作用稱為酸鹼協合催化作用，其機理有時也稱為“協同”、“三元”機理等：

Am+RH+Bn─→Bm+SH+An

例如,α-D-四甲基葡萄糖在苯溶液中鏇光可以改變,即從α型轉變為β型。對此反應,2-羥基吡啶是一個很有效的催化劑。雖然它的鹼強度是吡啶鹼強度的1/104,而酸強度是苯酚酸強度的1/100,但是0.001Μ2－羥基吡啶的催化效果比 0.001Μ吡啶和 0.001Μ苯酚混合物的效果大7×103倍。其原因就在於同一催化劑中酸鹼集團的協合作用。Ж.圖爾凱維奇還曾指出,硫酸催化可使1-丁烯異構化為2-丁烯：

硫酸的這種較高的催化活性，同樣歸因於它的酸鹼協合作用。
參考書目
　吉林大學化學系《催化作用基礎》編寫組編：《催化作用基礎》，科學出版社，北京，1980。

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