近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所有機(jī)硼化學(xué)與綠色氧化創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員戴文團(tuán)隊(duì)在多相催化不飽和碳?xì)滟Y源的高值轉(zhuǎn)化與利用研究方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)利用自動(dòng)串聯(lián)催化（Auto-tandem catalysis，ATC）策略，開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單、高效、高選擇性的多相催化體系，應(yīng)用在C-C多鍵斷裂及功能化反應(yīng)中，實(shí)現(xiàn)了一系列單/多取代脂肪族及芳香族烯烴、炔烴化合物中C-C鍵的連續(xù)氧化斷裂到酰胺和腈類化合物的轉(zhuǎn)化。
大連化物所實(shí)現(xiàn)自動(dòng)串聯(lián)多相催化不飽和碳?xì)滟Y源的高值轉(zhuǎn)化
C-C鍵是構(gòu)筑有機(jī)化合物骨架的最基本單元，其選擇性斷裂及功能化在有機(jī)合成、石油裂解、聚合物降解及生物質(zhì)轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。不飽和碳?xì)滟Y源（烯烴和炔烴）是煤化工及石油化工中的大宗產(chǎn)品，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)重要的物質(zhì)基礎(chǔ)和不可或缺的物質(zhì)資源，因此，實(shí)現(xiàn)其高值轉(zhuǎn)化對(duì)學(xué)術(shù)研究和工業(yè)發(fā)展十分重要。
ATC是指在單個(gè)反應(yīng)器中單一催化劑依次促進(jìn)兩種或以上機(jī)制不同的化學(xué)轉(zhuǎn)化。ATC策略不僅充分利用催化劑的多種作用，而且避免了繁瑣的中間體分離過(guò)程，以更高效、經(jīng)濟(jì)、綠色的方式從簡(jiǎn)單原料構(gòu)建復(fù)雜產(chǎn)物。在本工作中，研究人員利用ATC策略，發(fā)展了一種簡(jiǎn)單、高效的多相催化體系。該體系利用廉價(jià)的錳氧化物為多相催化劑、分子氧為氧化劑、氨氣為胺源，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)了多種類型的芳香族及脂肪族烯烴、炔烴的C-C鍵的連續(xù)斷裂制備酰胺或腈類化合物，并通過(guò)改變反應(yīng)條件，實(shí)現(xiàn)了酰胺和腈類產(chǎn)物的選擇性調(diào)控。研究還發(fā)現(xiàn)，該方法的放大實(shí)驗(yàn)仍具有較高的產(chǎn)物選擇性，且催化劑多次循環(huán)后依舊保持穩(wěn)定的產(chǎn)品收率，在工業(yè)化方面可提供參考。該方法不但豐富和升級(jí)了不飽和碳?xì)滟Y源的轉(zhuǎn)化路線，并且還為含烯基或炔基藥物、農(nóng)藥及生物活性分子等先導(dǎo)化合物的改造與修飾提供了一條高效、通用的新途徑。
戴文團(tuán)隊(duì)一直致力于多相催化氧化C-C鍵斷裂和官能團(tuán)化相關(guān)領(lǐng)域的研究，以實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)及化石資源的高值轉(zhuǎn)化。在前期的工作中，團(tuán)隊(duì)通過(guò)飽和C-C單鍵連續(xù)斷裂及功能化的策略，分別發(fā)展了鈷基氮摻雜介孔碳催化醇的氧化酯化制備酯（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、廉價(jià)錳氧化物催化醇的氧化氨化制備酰胺和腈 （Chem，2022）、鐵單原子納米酶催化酮的氧化氨化制備腈 （Science Advances，2022）。
相關(guān)研究成果以“Oxidative Cleavage and Ammoxidation of Unsaturated Hydrocarbons via Heterogeneous Auto-Tandem Catalysis”為題，于近日發(fā)表在JACS Au上。該工作的共同第一作者分別是大連化物所博士后陳波和碩士研究生張磊。武漢科技大學(xué)黃亮副教授在理論計(jì)算方面提供了支持。上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、大連化物所創(chuàng)新基金、中國(guó)博士科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
