国科大博士生导师戴文团队实现自动串联多相催化不饱和碳氢资源的高值转化

  • 文/图 张磊 (中国科学院大连化学物理研究所)
  • 创建于 2023-01-17
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  近日,国科大博士生导师、大连化物所有机硼化学与绿色氧化创新特区研究组(02T6组)戴文研究员团队在多相催化不饱和碳氢资源的高值转化与利用研究方面取得新进展。研究团队利用自动串联催化(Auto-tandem catalysis,ATC)策略,开发了一种简单、高效、高选择性的多相催化体系,应用在C-C多键断裂及功能化反应中,实现了一系列单/多取代脂肪族及芳香族烯烃、炔烃化合物中C-C键的连续氧化断裂到酰胺和腈类化合物的转化。

  C-C键是构筑有机化合物骨架的最基本单元,其选择性断裂及功能化在有机合成、石油裂解、聚合物降解及生物质转化等领域具有十分广阔的应用前景。不饱和碳氢资源(烯烃和炔烃)是煤化工及石油化工中的大宗产品,也是国民经济重要的物质基础和不可或缺的物质资源,因此,实现其高值转化对学术研究和工业发展十分重要。

  ATC是指在单个反应器中单一催化剂依次促进两种或以上机制不同的化学转化。ATC策略不仅充分利用催化剂的多种作用,而且避免了繁琐的中间体分离过程,以更高效、经济、绿色的方式从简单原料构建复杂产物。在本工作中,研究人员利用ATC策略,发展了一种简单、高效的多相催化体系。该体系利用廉价的锰氧化物为多相催化剂、分子氧为氧化剂、氨气为胺源,在温和条件下实现了多种类型的芳香族及脂肪族烯烃、炔烃的C-C键的连续断裂制备酰胺或腈类化合物,并通过改变反应条件,实现了酰胺和腈类产物的选择性调控。研究还发现,该方法的放大实验仍具有较高的产物选择性,且催化剂多次循环后依旧保持稳定的产品收率,在工业化方面可提供参考。该方法不但丰富和升级了不饱和碳氢资源的转化路线,并且还为含烯基或炔基药物、农药及生物活性分子等先导化合物的改造与修饰提供了一条高效、通用的新途径。

  戴文团队一直致力于多相催化氧化C-C键断裂和官能团化相关领域的研究,以实现生物质及化石资源的高值转化。在前期的工作中,团队通过饱和C-C单键连续断裂及功能化的策略,分别发展了钴基氮掺杂介孔碳催化醇的氧化酯化制备酯(Angew. Chem. Int. Ed.,2020)、廉价锰氧化物催化醇的氧化氨化制备酰胺和腈 (Chem,2022)、铁单原子纳米酶催化酮的氧化氨化制备腈 (Science Advances,2022)。

  相关研究成果以“Oxidative Cleavage and Ammoxidation of Unsaturated Hydrocarbons via Heterogeneous Auto-Tandem Catalysis”为题,于近日发表在JACS Au上。该工作的共同第一作者分别是大连化物所02T6组的博士后陈波和硕士研究生张磊。武汉科技大学黄亮副教授在理论计算方面提供了支持。上述研究工作得到了国家自然科学基金、大连化物所创新基金、中国博士科学基金等项目的资助。

  文章链接:https://doi.org/10.1021/jacsau.2c00608


责任编辑:贺静蕾