直接利用碳化钙为绿色原料的新型有机化学反应研究

Traditionally, calcium carbide was prepared from coke and calcium oxide at 2200oC. Meanwhile coke was obtained from carbonization of coal. Therefore the production process of calcium carbide was a non-green chemical process with high energy cost and use of non-renewable resources. Fortunately, the recent research showed that calcium carbide could be quickly prepared from renewable biocar at 500oC. This result made the calcium carbide become a green material. In addition, traditionally, the calcium carbide first converted into acetylene and then acetylene was further used to prepare various organic chemicals. However, acetylene is an inflammable and explosive gas, which has disadvantages of inconvenience of storage and transportation, rigorous reaction conditions and difficult manipulation. Therefore, it is a concise and eco-friendly way that directly uses solid calcium carbide from biocar at low temperature as a green starting material to prepare the important organic chemicals. This proposal will study the organic reactions directly using calcium carbide as a green starting material to synthesize terminal alkyl organic chemicals and multifunctional heterocycles through the novel construction of carbon-carbon, carbon-nitrogen bonds from catalytic additions and oxidation couplings. The results will expect to be solid foundation of directly using calcium carbide as starting material in chemical industry to prepare the important organic chemicals.

传统上，碳化钙是由焦炭与氧化钙在2200度的高温下反应而得，而焦炭又是由煤焦化而得，因此碳化钙的生产被认为是一个高耗能、使用不可再生资源的非绿色化学过程。但可喜的是，近几年的最新研究表明，碳化钙可以由可再生的生物炭在500度的相对低温下快速制备而得，这使得碳化钙成为了一种绿色的化学原料。另外，传统上利用碳化钙为原料制备有机化学品时，首先必须将其转化为乙炔，再由乙炔来制备各种有机化学品。而乙炔作为一种易燃易爆气体，储存运输不便，反应条件苛刻，操作难度大。因此，直接利用由生物炭在相对低温下制得的固态碳化钙为绿色原料（不通过乙炔的步骤）来制备各种重要有机化学品将是一条简洁环保的绿色化学途径。本申请项目拟研究直接利用碳化钙为绿色原料，通过催化加成和氧化偶联等方法构建新型的碳-碳、碳-氮键来合成端炔基有机化学品及多功能杂环化合物，以便为化学工业直接利用碳化钙为原料生产重要有机化学品奠定基础。

传统上利用碳化钙为原料制备有机化学品时，首先必须将其转化为乙炔，再由乙炔来制备各种有机化学品。而乙炔作为一种易燃易爆气体，储存运输不便，反应条件苛刻，操作难度大。因此，若能直接利用固态碳化钙为绿色原料（不通过乙炔的步骤）来制备各种重要有机化学品将是一条简洁环保的绿色化学途径。本申请项目研究了直接利用碳化钙为绿色原料，通过催化加成、氧化偶联和多组分反应等方法构建新型的碳-碳、碳-氮、碳-氧键等来合成含炔基及其衍生基团的重要有机化学品及杂环化合物，为化学工业直接利用碳化钙为原料生产重要有机化学品奠定了基础。特别是首次直接利用碳化钙为原料与醛腙或酮腙作用合成了2-甲基苯并呋喃化合物；首次直接利用碳化钙为炔源，亚铁氰化钾为环境友好氰源与卤代芳烃反应合成了三芳基丙烯腈；首次直接利用碳化钙为炔源与芳醛作用合成了三芳酰基环己烷；直接利用碳化钙为炔源与芳基硼酸或芳基硼酸酯作用合成了二芳基乙炔等。另外该项目还进行了许多的相关研究工作：如直接利用亚铁氰化钾或苯甲酰氰为氰化剂的环境友好氰化反应；各种含NH杂环对不饱和酮的氮杂迈克尔加成反应；各种含SH杂环对各种共轭底物的硫杂迈克尔加成反应等，这些工作进一步扩充了项目的研究范围。