硅氢加成用铂催化剂的研究进展

硅氢加成用铂催化剂的研究进展

汤胜山

东莞市贝特利新材料有限公司 广东东莞 523000

摘 要：现今，有机硅产品种类十分丰富，应用范围也是极为宽泛，由于具有较高的应用性能，所以在当前工农业生产以及国防、医疗卫生等行业中的应用率也是十分显著。为了更好的满足市场需求，促进新有机硅产品的推广和应用，行业专家逐步加大对纯硅化学以及硅-碳结合的化学产品的研究力度。本文主要针对工业合成有机硅材料生产加工中，所用的铂催化剂硅氢加成反应机理进行着重分析，并对该催化剂的未来发展方向进行了相应的展望，以便有关人士参考借鉴。

关键词：硅氢加成反应；光催化铂金催化剂；机理分析；研究发展

引言：

硅氢加成反应的铂催化剂，具有较高的催化活性和转化率，且立体选择性自由，稳定性和再生利用性较好。将其应用在新有机硅产品生产研发中，可以大大提升产品的应用性，使产品得到更广泛的推广和应用。因此，要想提高我国有机硅产品的研发效率，前提条件就是要对光催化铂金催化剂硅氢加成反应的机理以及催化剂的研究现状等进行深入分析。

1. 硅氢加成反应机理分析

1.1自由基加成机理分析

由于硅化氢（Si-H）键键能要低于烷烃（C-H）键键能，因此，在研究硅氢加成反应机理初期，就会将自由基所引发的加成反应作为首要研究任务，而由于这一研究内容与烯烃加成反应研究内容基本一致，所以也可将其称之为反马氏加成反应研究机理。另外，由于自由基引发反应是在高温及强烈光线环境中由硅氢化合物所产生，所以要想进一步提升硅氢加成反应速度，就可将过氧化物等作为自由基的引发剂。但在这一过程中，必须结合实际情况合理对氧化物进行使用，以免其与一些体系融合后出现不饱和烃聚合等现象，进而影响到最终催化剂的质量^[1]。

1.2配位加成机理分析

随着近年来，我国新型有机硅产品研究水平的不断提升，对于硅氢加成反应催化机理的研究也取得了长足性进步．尤其是对Chalk-Harrad机理和胶体铂机理的研究。其中，前者也可称之为过渡金属络合物催化硅氢加成反应机理，其认为在加成反应催化过程中，为了避免出现低聚反应、还原消除反应以及烯烃异构化等问题，应先将过渡金属催化剂与烯烃配位成中间体后，再利用硅氢试剂来对该中间体进行攻击，这样才能很好的完成加成反应，达到理想的催化效果；而后者则强调以三乙氧基硅烷还原形成的胶体铂在硅氢加成反应中的催化效果最为明显，其主要是由催化剂与硅氢试剂配位形成中间体后，再由烯烃进攻这个中间体来达到最终的加成反应效果。

2. 铂催化剂的研究现状及发展方向分析

2.1研究现状

2.1.1过渡金属催化剂

用铂等金属及其盐作为硅氢加成的催化剂，这一研究理论最初起源于法国，其认为可以以元素周期表为参考依据，进而在IIIA、 IV、 IB 和IIB等族中选择元素，并用所选元素的化合物及其盐来作为硅氢加成反应的有效催化剂。随后，公元1953年，瓦格纳（Waner）和选择器（Strther）报道先后提出可以用铂黑、铂石棉和铂硅等物质来作为烯烃和三氯硅烷加成反应的催化剂，并提出可以将铂与活化炭进行融合，以便更好的提升催化活性，进而实现多种化合物的加成反应，如：三氯硅烷、乙炔、乙烯、丁二烯等化合物。尽管该研究对于过渡金属能有效地催化硅氢加成反应做出了明确的指示，但由于在实践过程中，经常存在催化剂用量大、转化率低等缺陷，所以该催化剂并不能满足新型有机硅产品的生产要求，必须寻找一种加成反应过程更加温和，且可以大大减少副反应发生的催化剂^[2]。

2.1.2均相催化剂

该催化剂也被称之为Speier催化剂，其起源于公元1957年，主要是通过氯铂酸水合物的异丙醇溶液来完成催化硅氢加成反应。均相催化剂可以进一步提高硅氢加成反应收率和反应速度。但在有机硅产品生产实践中，其仍存有一点的应用缺陷，不仅对目标产物的选择性有限，催化剂用量大，而且对某些反应并未起到良好的催化作用。虽然可以通过添加一些有利的硅氢加成助剂来改善这种反应弊端，但由于这些助剂种类各有千秋，所以并不能准确判断出助剂在硅氢催化反应中的实效作用。再加上某类助剂的功能作用十分有限，只能与其中一种硅氢试剂和不饱和试剂进行充分融合。除此之外，助剂添加后，还很容易带入一些不利于反应的因素，如聚合反应和异构化等因素，这样就会导致反应产率和选择性等大大下降。基于此，要想避免这些问题的发生，就要在不断深入研究创新中，尽可能采用铂催化剂来进行催化硅氢加成反应，同时，为了更好的提高烯烃和硅氢加成反应产率，还要适当加入一些具有弱亲核性质的苯胺、吩噻嗪等化学物质。

2.1.3光催化铂金催化剂

该催化剂是一种过紫外或可见光辐射活化的新型铂催化剂，其在可交联硅酮组合物中通过辐射可以制备成硅酮弹性体。该催化剂无论是加成反应产率，还是催化活性及应用范围等，都要高于铂催化剂。通常，加成交联硅酮组合物要经由氢化硅烷化反应后才能完成交联任务，这其中，铂基团的铂或另一种金属可作为催化剂来使用。该催化剂在催化反应中，其脂族不饱和基团与 Si- 键合氢反应后，可直接将加成交联的硅酮组合物转化成网络弹性体状态。

2.1.4负载型催化剂

该类催化剂也可称之为非均相催化剂，其种类十分繁杂，常见的有：硒醚铂配合物、硒杂冠醚铂配合物、硫铂配合物、烯丙基硅（氧）烷铂配合物等。无论哪种非均相催化剂，都具有良好的回收率及循环使用性能，但是其在生产实践中，仍存有催化效率不高、易失活等问题，因此，必须对该类催化剂加大研究创新力度，满足有机硅产品的快速生产要求。

2.2发展方向

目前，由于铂是一种价格较为昂贵的金属材料，所以将其作为硅氢加成反应的催化剂，会大大增加生产成本。因此，当务之急就是要采取有效措施来对这种现状进行全面有效的改善，具体可以从以下两个方面来进行：首先，要适当降低铂催化剂用量，尽可能使用氯铂酸或铂络合物来替代铂做催化剂，这样既可以降低成本，又不影响催化剂的应用性能；其次，要不断提升铂催化剂的循环应用性能，尽可能将铂负载到担体上，将其制成非均相催化剂。

结论分析：

综上所述，通过本文对铂催化硅氢加成反应过程的研究现状及发展方向的总结分析结果来看，虽然这些催化剂反应机理研究有着一定的深度，可以充分解决硅氢加成反应中出现的一些不合理现象，不断提高工业化产率，实现催化剂的循环再生功能等。但随着近年来我国有机硅产业化的快速发展，这些反应研究理论所存在的不完善地方也开始逐渐显现出来，尤其是铂催化剂反应的工业化成本极为明显，这也成为相关生产企业急需解决的发展难题之一。通过不断的努力和研究，得出以下结论：

第一，要对铂催化剂及其在加成反应中的催化机理加大研究力度，尽可能创新研发出一种活性更高、选择性更为宽泛以及用量更少、具有一定循环再利用性能，并可以更加容易从反应体系中分离的催化剂；第二，要在有机硅产品生产过程中，尽可能使用氯铂酸或铂络合物来替代铂做催化剂，这样既可以降低成本，又不影响催化剂的应用性能；第三，要不断提升铂催化剂的循环应用性能，尽可能将铂负载到担体上，将其制成非均相催化剂，能使硅氢反应的研究更加完善，进而最大化推动整个有机硅产业化的向前发展。

参考文献

1. 刘珠, 刘晓暄, 洪鹏,等. 硅氢加成用铂催化剂的研究进展[J]. 有机硅材料, 2019, (03):202-214.

2. 席路, 苏嘉辉, 向洪平,等. 硅氢加成反应用铂催化剂的研究进展[J]. 高分子通报, 2019,(06):18-20.