我所實現鈷基氮摻雜介孔碳催化氧化醇C-C斷裂制備酯

  近日,我所有機硼化學與綠色氧化創新特區研究組(02T6組)戴文副研究員團隊在鈷基氮摻雜介孔碳催化氧化醇C-C斷裂制備酯的研究中取得新進展。

  C-C鍵是構筑有機化合物的基本單元,其選擇性斷裂在有機化學、生物降解和石油工業中有著重要的應用。然而,由于C-C鍵的內在化學惰性和種類的多樣性,使得高效、高選擇性地實現C-C鍵的斷裂仍面臨挑戰。生物質中含有豐富的醇類C-C鍵,比如木質素結構單元中含有大量的C(OH)-C和C-C鍵,因此研究它們的斷裂對木質素降解具有重要意義。近些年來,均相過渡金屬催化醇類化合物C(OH)-C鍵斷裂已經得到了廣泛的研究,然而用于-(C-C)n-鍵連續斷裂和官能化的體系鮮有報道。此外,雖然通過氧化醇類化合物C-C鍵斷裂合成酸或醛取得了很大的進展,但直接合成酯仍未有報道。因此,開發一種高效的、低成本的多相催化劑用于氧化斷裂C(OH)-C和-(C-C)n-鍵直接合成酯尤為重要。

  該團隊通過模板法成功制備了氮摻雜多孔碳負載的鈷基催化劑Co-NC-900,在氧氣氛圍下,將其用于催化醇類化合物C-C斷裂合成酯。該方法對各種芳香類、脂肪類、雜環類、烯丙基類、炔丙基類伯醇和仲醇,以及木質素模型化合物都可以適用,不僅能夠斷裂C(OH)-C鍵,而且能夠實現相鄰-(C-C)n-的連續斷裂。該反應的底物范圍非常廣,而且催化劑循環使用7次活性無明顯下降,具有重要的合成價值。催化劑表征結合KSCN中毒實驗表明,材料中石墨烯包裹的鈷納米粒子對C-C鍵斷裂優異的催化活性起關鍵作用,而Co-Nx的存在則有相反的效果??蒲腥藛T還通過大量的對比實驗和動力學實驗,對氧化斷裂反應過程進行研究,發現該催化過程順次發生了逐步氧化、親核加成和C-C鍵斷裂。該工作將氮摻雜多孔碳材料應用于醇類化合物的C-C鍵氧化斷裂直接制備酯,為C-C鍵氧化斷裂提供了新的策略。 

  相關研究成果發表在《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)上。上述研究工作得到國家自然科學基金等項目的資助。(文/圖 駱慧慧)

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