一文读懂|催化剂对加氢脱保护反应的影响

本文介绍连续微反应技术应用中催化剂对加氢脱保护反应的影响。

催化剂对非均相催化加氢脱保护工艺至关重要，尤其是在连续化生产过程中，固体催化剂的稳定性对整个工艺过程有很大影响。

其中较为常见的加氢脱保护催化剂有Pd/C、Pd/SiO₂ 、Pd/Al2O₃ 、Pd(OH)₂/C、Pd(OH)₂/Al2O₃、Raney-Ni、Pd/(PSi-Al₂O₃) 、Pd/Dowex、Pd-Fe、Pd-Pt、Pt/C、Pd/BaSO₄ 等[1]。

示例：

Pd/c 催化的脱苄基反应:

Pd/SiO₂催化的脱苄基反应：

Pd(OH)₂/C催化的脱苄基反应：

相比于金属镍、贵金属铂、铑和钌，金属钯因吸氢性能好、催化活性高、产物选择性好等优势已成为主流的脱苄基催化剂，也是目前苄氧羰基脱保护的首选催化剂。

考虑其成本较高，通常选择比表面积较大的多孔活性炭或氧化铝为催化剂载体，使其催化活性位点得到充分利用。

其中活性炭对金属钯的作用力较弱，可减小其对催化剂活性的影响，使Pd/C催化剂具有较好的催化活性。

催化剂的加氢活性还与载体孔径分布有关。

当底物分子较大时，其无法扩散至载体的微孔和部分中孔，且可能堵塞载体孔道，减少催化活性中心的有效利用率。

此时，要求载体具有较大的孔径与孔容，使大分子底物能够更好地接触催化活性位。陈莉[2]采用介孔活性炭和普通活性炭负载的钯催化剂进行保护美罗培南的脱苄基/苄氧羰基，研究结果表明前者的加氢活性与稳定性皆明显优于后者，这主要是由于普通活性炭载体上的部分微孔或中孔被大分子副产物阻塞。

李岳锋等[3]采用Na₂CO₃调节催化剂前体H₂PdCl₄水溶液的pH，使之形成体积较大的钯螯合离子，并借助位阻效应和活性炭表面的丰富基团，使钯螯合离子在浸渍的过程中均匀吸附于活性炭外表面，形成“蛋壳形”Pd/C催化剂以氢解保护美罗培南。该制备方法既可满足反应物与催化剂活性位的良好吸附，又可消除内部传质阻力的影响。

Pearlman催化剂

氢氧化钯含量为20%的Pearlman催化剂是一种常用于脱苄基的活泼催化剂，当Pd/C催化剂对脱N-苄基失效时，该催化剂仍可显现优越的性能。

国外的研究者还发现该催化剂可选择性使胺加氢脱N-苄基而使苄基醚保持稳定。其认为含胺的底物可有效除去促进苄基醚氢解的微量酸，从而阻碍或抑制苄基醚的脱保护。

但由于Pearlman催化剂的活性组分负载量较高，导致其生产成本较高，一定程度抑制了其应用。

Pd/C和Pd(OH)2/C混合催化剂

有研究者利用1∶1的Pd/C和Pd(OH)₂/C混合催化剂对多种脂肪醚/胺与芳香醚/胺进行加氢脱保护，发现等质量的混合催化剂的催化效率较单一的Pd/C或Pd(OH)₂/C要高，反应时间也可缩减一半左右，并能有效解决Pd(OH)₂/C催化剂的成本问题。

贵金属/树脂催化剂

除Pd/C、Pd(OH)₂/C等高活性氢解催化剂外，贵金属/树脂催化剂的研究也得到广泛关注。

在室温、常压条件下，将10%Pd/C替换为Pd/Dowex，并利用钯与酸性树脂的协同作用对四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷进行N-苄基脱保护，产物的收率由92%提升至98%，并减少了贵金属钯的负载量。

推测HBIW氢解期间的催化剂失活由低聚产物堵塞活性炭孔道和金属颗粒团聚引起。Fotouhi-Far等[4]进一步研究发现催化剂活性位周围的pH下降会导致部分金属钯晶粒浸入液相，导致催化剂负载量减少，且钯晶粒的团聚将显著减小催化剂比表面积，削弱催化剂对H2的化学吸附作用，从而影响其加氢活性。

Maksimowski等[5]为解决HBIW脱苄基时的Pd/C失活问题，开发了一种催化剂再生工艺，即在5 L/h的氮气/水蒸气流中，将失活的催化剂加热至350℃，并持续2 h。使用再生的催化剂进行HBIW加氢脱苄基，产物收率约为42%。

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参考文献

[2]陈莉. 催化加氢脱苄基/苄氧羰基的技术研究[D]. 杭州: 浙江工

业大学, 2015.

Chen L. Study on debenzylation/debenzyloxycarbonyl by catalytic

hydrogenation methods[D]. Hangzhou: Zhejiang University of

Technology, 2015.

[3]李岳锋, 张之翔, 田勤奋, 等. 美罗培南合成用钯炭催化剂的制备及性能[J]. 工业催化, 2015, 23(6): 464-468.

Li Y F, Zhang Z X, Tian Q F, et al. Preparation and performance

of palladium carbon catalysts for meropenem synthesis[J].

Industrial Catalysis, 2015, 23(6): 464-468.

[4]Fotouhi‐Far F, Bashiri H, Hamadanian M. Study of deactivation of

Pd(OH)2/C catalyst in reductive debenzylation of

hexabenzylhexaazaisowurtzitane[J]. Propellants, Explosives,

Pyrotechnics, 2017, 42(2): 213-219.

[5]Maksimowski P, Gołofit T, Tomaszewski W. Palladium catalyst in

the HBIW hydrodebenzylation reaction. Deactivation and spent

catalyst regeneration procedure[J]. Central European Journal of

Energetic Materials, 2016, 13(2): 333-348.