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光热协同驱动SrTiO_(x)负载CuCo催化CO_(2)-CH_(4)和H_(2)O共转化制备C_(2)含氧化合物
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作者 朱彦儒 张志军 +7 位作者 张健 蒋双江 安哲 宋红艳 舒心 习卫 郑黎荣 何静 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第6期164-178,共15页
催化转化CO_(2)为乙醇、乙醛等高值C_(2)含氧化合物是一个具有科学意义和经济价值的化学过程.然而,由于碳氧键活化难、多电子(≥10)转移过程复杂以及C–C偶联动力学缓慢等问题,导致该过程的反应效率低.CO_(2)因热力学稳定、动力学惰性,... 催化转化CO_(2)为乙醇、乙醛等高值C_(2)含氧化合物是一个具有科学意义和经济价值的化学过程.然而,由于碳氧键活化难、多电子(≥10)转移过程复杂以及C–C偶联动力学缓慢等问题,导致该过程的反应效率低.CO_(2)因热力学稳定、动力学惰性,其加氢活化通常是强吸热过程(如CO_(2)活化成CO的ΔH_(2)98K=42.1 kJ mol^(–1)),因此需要在一定温度下才能获得满意的CO_(2)转化率.与此同时,CH_(4)作为碳化学价态最低的化合物,其氧化过程与CO_(2)的还原过程可以耦合,共同转化为高值化学品,同样受到了广泛关注.但CH_(4)的活化同样需要高温等苛刻条件,因此,在温和条件下共转化CO_(2)和CH_(4),选择性构建高值C_(2)含氧化合物,是一个重要且具有挑战性的研究方向.本文提出利用光外场和水活化策略,即利用光解水产生的活性氢和活性氧物种,在温和条件下实现CO_(2)和CH_(4)的高效、高选择性活化及共转化.光照下,在钛酸锶(SrTiO_(x))负载的具有丰富Cu-Co界面的催化剂上,光解水产生的活性氢和活性氧物种,分别活化CO_(2)的碳氧键和CH_(4)的碳氢键,在Cu和Co位点上分别形成*CH_(x)O和*CH_(3)物种,进而通过C–C偶联高效生成C_(2)含氧化合物.在200°C和光照条件下,C_(2)含氧化合物(CH_(3)CHO和CH_(3)CH_(2)OH)的生成速率高达2.05 mmol g^(–1)h^(–1),同时产物选择性>86%.同位素标记、红外光谱示踪的原位反应和催化实验结果表明,紫外光激发下,SrTiO_(x)上的金属位点促进了光催化水裂解,生成活性氢和活性氧物种(该过程为整个反应的决速步骤).活性氢物种使吸附在SrTiO_(x)上的CO_(2)活化并转化为CO;随后,在CuI/Cu^(0)对上,CO加氢生成*CH_(x)O中间体.另一方面,在Co位点上,CH_(4)与活性氧物种发生反应,被活化为*CH_(3)中间体.最后,*CH_(x)O与*CH_(3)两种中间体在CuCo界面处发生C–C偶联反应,进而形成C_(2)含氧化合物.与传统的热催化下的CO_(2)和CH_(4)共转化过程相比,光热协同策略使该反应温度降低了超过600°C,并且反应活化能降低了约12 kJ mol^(–1),表明光热协同策略不仅可以大幅降低反应温度,还能极大提升反应动力学,为强吸热反应过程提供了一条提效降耗的反应途径.综上所述,本工作通过构建结构精准可控的SrTiO_(x)负载的CuCo邻近界面结构,同时利用光解水产生的活性氢/氧物种促进CO_(2)和CH_(4)活化,实现了高效定向共转化.本文提出的“光热协同”策略为高效活化CO_(2)制高值化学品提供了新的研究思路,同时显著降低了能耗,对解决强吸热催化反应高能耗问题提供了参考. 展开更多
关键词 光热协同 CO_(2)和CH_(4)共转化 SrTiO_(x)负载CuCo 水裂解 C_(2)含氧化合物
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氯自由基介导的光催化芳基醚C(sp^(3))−H氧化生成酯
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作者 刘玉庭 聂贝黎 +2 位作者 李宁 刘慧芳 王峰 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第3期123-128,共6页
饱和的碳氢键氧化是合成化学和化学工业中一类重要的化学反应.然而,饱和C(sp^(3))−H键离解能(BDEs)较高、极性较弱,导致了底物难以活化和催化转化效率较低等问题.在过去的几十年,C(sp^(3))−H键的定向活化转化取得了重要的进展.其中,关于... 饱和的碳氢键氧化是合成化学和化学工业中一类重要的化学反应.然而,饱和C(sp^(3))−H键离解能(BDEs)较高、极性较弱,导致了底物难以活化和催化转化效率较低等问题.在过去的几十年,C(sp^(3))−H键的定向活化转化取得了重要的进展.其中,关于C(sp^(3))−H键催化氧化的研究主要涉及一些键能低的、预活化的C−H键,包括苄基型、亚甲基型、脂肪族X−CH_(2)(X=O,N)和甲苯等,含有未活化C(sp^(3))−H键的复杂化合物的选择性氧化仍具有挑战性.例如,芳基醚C(sp^(3))−H键功能化通常采用计量的过氧化物氧化剂,或者通过单电子氧化和碱促进的去质子化进一步构建C−C/C−N键,产物选择性较低,也带来了一些不利的环境影响.因此,有必要开发高效、温和的芳基醚C(sp^(3))−H键选择氧化方法,并将其应用于有机合成和药物开发.近年来,光催化C(sp^(3))−H键氧化因其操作简便、氧化还原中性等优点,已发展成为一种有用且多样的催化研究工具.本文发展了一种利用氧气作为氧化剂,在可见光驱动下选择性地将芳基醚C(sp^(3))−H键氧化成为甲酸苯酯类产物的新方法.使用Mes-10-phenyl-Acr^(+)−BF_(4)^(-)光催化剂,高效活化多种氯源(如盐酸、无机氯盐和有机氯化物)得到氯自由基,由于其具有较高的氧化能力(+2.03 V vs.SCE)和对氢原子的亲和力,能够通过氢原子转移过程活化芳基醚C(sp^(3))−键,攫取氢自由基得到相应的烷基碳自由基(•CH_(2)OPh)中间体,进一步被分子氧选择氧化得到酯类目标产物.研究结果表明,多种链状芳基醚和不同取代(如给电子基和吸电子基)芳基醚均可发生氧化反应,高收率地合成了一系列官能团丰富的甲酸苯酯类化合物.本文方法具有反应条件温和、操作简单、官能团耐受性好以及可规模化放大等优点,并且少量的水对反应没有明显影响.机理实验研究结果表明,芳基醚C(sp^(3))−H键的断裂是反应过程的决速步骤.紫外可见吸收光谱结果表明,氯离子与催化剂之间的相互作用强于底物,并且自由基捕获实验证实反应体系中存在氯自由基和烷基碳自由基物种,表明反应经历自由基路径.此外,电子顺磁共振测试结果表明,反应过程中存在单线态氧物种,可能是激发态的光催化剂直接与氧气发生能量转移得到;同位素实验(18O)揭示了甲酸苯酯类化合物氧的来源.综上,本文实现了温和条件下光催化芳基醚C(sp^(3))−H键选择氧化反应,高收率合成了一系列甲酸苯酯类化合物.该方法避免了化学计量的过氧化物和碱等添加剂的使用以及底物的过度氧化,阐明了催化反应机制,为其他醚类化合物的C(sp^(3))−H键氧化功能化提供了新思路,为后续化学合成和药物开发提供了参考和启示. 展开更多
关键词 氯自由基 光催化 C(sp^(3))−H键 催化氧化 芳基醚
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“溶剂剪刀”克服惰性氢键促进常压氧气下高效催化氧化芳香烃
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作者 金魁 张美云 +6 位作者 车鹏华 孙冬茹 王永 马红 张巧红 陈晨 徐杰 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第6期322-330,共9页
氢键是调节各类催化反应体系中分子行为的重要作用力,能够有效活化分子、改变作用位置及控制反应途径,具有重要的科学意义和应用潜力.然而,氢键的利用过程存在着惰性效应难题,严重阻碍反应的顺利进行.如何有针对性地打破惰性的氢键作用... 氢键是调节各类催化反应体系中分子行为的重要作用力,能够有效活化分子、改变作用位置及控制反应途径,具有重要的科学意义和应用潜力.然而,氢键的利用过程存在着惰性效应难题,严重阻碍反应的顺利进行.如何有针对性地打破惰性的氢键作用力,探索氢键的构建与破坏机制,成为提高反应转化效率和选择性的重要途径,有利于实现高原子经济性并减少碳足迹.芳香烃氧化制羧酸是工业上重要的催化氧化过程,但存在高能耗、副产物多以及二氧化碳排放等问题.本文以甲苯液相氧气氧化制苯甲酸为模型反应,提出了旨在克服惰性氢键的"溶剂剪刀"策略.通过利用氢键受体溶剂(如醋酸、醋酸乙酯、氯乙酸乙酯或氯乙酸甲酯)作为破坏试剂,与强氢键供体溶剂六氟异丙醇(HFIP)形成氢键,从而将关键中间体苯甲醛从惰性的氢键结合状态中释放出来,将甲苯在温和条件下高效氧化为苯甲酸.使用NHPI/金属醋酸盐/HFIP-HOAc作为催化体系,在温和的反应条件(45°C,0.1 MPa O_(2))下反应4 h,甲苯转化率达到96.8%,苯甲酸选择性达98.7%.该方法不仅成功实现了甲苯到苯甲酸的高效转化,还可进一步拓展至邻(间,对)甲基甲苯等甲基芳烃,在25‒45°C和常压氧气条件下高效氧化制备芳香羧酸.利用变浓度核磁共振实验,定量测定了氢键供体HFIP与不同“剪刀溶剂”形成氢键的标准吉布斯自由能变化(ΔG^(0)).结果显示,‒ΔG^(0)顺序为醋酸>醋酸乙酯>氯乙酸乙酯>氯乙酸甲酯,其中醋酸的ΔG^(0)达到‒4.319 kJ/mol,具有最强的氢键裁剪能力.实验显示,‒ΔG^(0)与周转次数(TON)值(促进苯甲醛氧化的能力)的顺序一致,表明氢键裁剪能力越强的“溶剂-剪刀”越有利于促进苯甲醛的氧化.综上,本文利用“溶剂-剪刀”重建了甲基芳烃氧化反应中的氢键平衡体系,切断了使苯甲醛惰性化的氢键,促进游离苯甲醛的释放,使甲基芳香烃能在温和条件下高效氧化为芳香酸.本研究为有机合成普遍存在的氢键惰性化效应提供了解决思路,有利于促进“氢键调控”在有机合成的应用. 展开更多
关键词 氢键 芳香烃 选择氧化 溶剂剪刀 六氟异丙醇
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Zn/ZSM-5催化剂中Zn物种与CO_(2)和正丁烷耦合反应间相关性研究
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作者 孙旭科 刘荣升 +4 位作者 范改丽 刘昱含 叶芳秀 于政锡 刘中民 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第6期154-163,共10页
随着全球温室气体排放的持续增长,二氧化碳(CO_(2))的高效转化与利用已成为应对气候变化、推动可持续发展的重要途径之一.在本课题组的前期研究中,以正丁烷为模型化合物,成功实现了H-ZSM-5分子筛催化CO_(2)与正丁烷发生耦合反应.实验还... 随着全球温室气体排放的持续增长,二氧化碳(CO_(2))的高效转化与利用已成为应对气候变化、推动可持续发展的重要途径之一.在本课题组的前期研究中,以正丁烷为模型化合物,成功实现了H-ZSM-5分子筛催化CO_(2)与正丁烷发生耦合反应.实验还发现,通过对H-ZSM-5进行Zn改性,可以显著提高其催化性能,这为CO_(2)的高效转化和利用提供了新的研究方向.然而,目前关于Zn-ZSM-5催化剂中Zn物种的具体存在状态及其与耦合反应性能之间的关系尚不明确,这限制了高效催化剂的进一步设计.因此,深入探究Zn物种在Zn-ZSM-5催化剂中的存在状态及其与催化性能之间的关联机制,从而设计和开发更高效的CO₂转化催化剂已成为当务之急.本文通过紫外-可见光漫反射光谱、X-射线光电子能谱和1H魔角旋转-核磁共振等多种技术系统地表征了Zn-ZSM-5分子筛中酸性中心和Zn物种存在状态的演变过程,讨论了Zn物种活性中心与耦合反应之间的构-效关系,阐明了耦合反应的机理.研究表明,Zn-ZSM-5分子筛中Zn物种主要以ZnO团簇、Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)的形式存在,且其含量随Zn负载量的变化而改变.其中,ZnO团簇及(Zn-O-Zn)^(2+)物种的含量随Zn负载量的增加而上升,而Zn-OH^(+)物种含量则先上升后下降,这是由于部分Zn-OH^(+)物种转化为(Zn-O-Zn)^(2+)物种.在CO_(2)与正丁烷的耦合反应中,正丁烷的转化受到Brønsted酸位点的减少、Zn活性位点的形成以及粗晶ZnO物种的堆积等多种因素的影响.Zn-OH^(+)物种是主要的CO_(2)催化转化活性中心,而芳烃的生成则主要受Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种的影响.Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种均具有较强的脱氢性能,可通过脱氢路径促进芳烃的生成.Zn5%-ZSM-5(Zn负载量为5 wt%)样品表现出最优的催化性能:正丁烷转化率为94.71%,CO_(2)转化率为30.43%,芳烃选择性为53.71%.原位实验进一步证实了内酯、羧酸和不饱和醛酮等含氧化合物作为中间体的存在.基于上述研究,我们提出了Zn-ZSM-5上CO_(2)和正丁烷耦合的反应机理,主要包括以下三条反应路径:(1)在Zn-OH^(+)物种的催化作用下,正丁烷和CO_(2)首先被耦合活化形成内酯,随后经过一系列反应形成羧酸、酸酐和其他含氧化合物,最终通过复杂的反应生成芳烃.(2)部分CO_(2)在Zn-OH^(+)物种的催化下,通过逆水煤气变换(RWGS)反应以及与烃类化合物的干重整反应生成CO.这些CO随后在Zn-OH^(+)物种的催化下与烯烃发生耦合反应,最终生成芳烃产物.(3)正丁烷在Zn-OH^(+)和(Zn-O-Zn)^(2+)物种的催化下,发生脱氢和异构化反应产生烯烃.部分烯烃可通过与CO耦合或烯烃发生聚合、环化、脱氢等过程生成芳烃产物.综上所述,本文深入探讨了CO_(2)与正丁烷在Zn-ZSM-5催化剂上的耦合反应机制.通过系统研究,建立了催化剂中Zn物种与催化性能之间的构-效关系,并提出了耦合反应的具体路径.本文不仅有助于深入理解Zn-ZSM-5的催化作用机制,而且对于未来设计和开发更高效的催化体系具有重要的参考价值. 展开更多
关键词 耦合反应 CO_(2)利用 锌的引入 Zn-OH+ (Zn-O-Zn)^(2+) ZSM-5
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以重水为氘源的钴催化脱卤氘代反应
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作者 陈炳志 季定纬 +5 位作者 周博超 王小雨 刘恒 万伯顺 胡向平 陈庆安 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第4期250-259,共10页
自2017年氘代丁苯那嗪获得美国食品药品监督管理局批准以来,氘代化合物在药物开发领域的潜力受到越来越多的重视.开发高效实用的有机分子选择性氘化方法成为有机和药物化学家的研究热点.有机卤化物是性质稳定且来源广泛的化学品,其脱卤... 自2017年氘代丁苯那嗪获得美国食品药品监督管理局批准以来,氘代化合物在药物开发领域的潜力受到越来越多的重视.开发高效实用的有机分子选择性氘化方法成为有机和药物化学家的研究热点.有机卤化物是性质稳定且来源广泛的化学品,其脱卤氘代反应已经发展成为构建氘代化合物的有效策略.然而,已报道的制备方法普遍存在氘代试剂昂贵、底物适用范围较窄或需要使用特殊的反应设备(光催化或电化学)等诸多问题.因此,开发简单普适的廉价金属催化体系,实现以廉价重水为氘源的脱卤氘代反应,具有重要的研究意义.相较于钯、铑等贵金属,储量丰富且毒性较低的钴金属催化剂对水分敏感度较低,且对C(sp2)-X和C(sp3)-X键活化都表现出较好的反应活性.基于此,本文开发了制备简单、普适性较好的钴催化体系,实现了位点选择性氘代化合物的构建.反应以锰金属为还原剂,重水为氘源,对各种类有机卤化物或类卤化合物,如芳基、烯基、苄基、烯丙基或烷基卤化物,均获得较好的收率和氘代率.值得注意的是,对于炔丙基乙酸酯类化合物,该催化体系也展现出较好的适用性,可以专一的选择性得到氘代联烯类化合物.在此基础上,成功将该方法应用于一系列药物类似物的选择性脱卤氘代.利用简单的C-O偶联和脱溴氘代反应,即可实现氘代的N-甲基度洛西汀的合成.鉴于药物分子直接进行氢-氘同位素交换时位点选择性控制的挑战,本文发展了卤代-氘代的两步策略.该策略成功应用于生育酚、萘普生、黄毒素、萘丁美酮等多个药物分子的位点选择性氢-氘同位素交换,充分展现出该催化合成方法在药物开发领域的应用潜力.为了验证反应机理,开展了一系列对照实验.结果表明,反应可能是由一价钴物种催化启动的.此外,自由捕获和抑制实验结果表明,反应并非通过自由基反应过程进行.基于以上实验结果提出了一个反应机理,它涉及Co(I)到Co(III)再回到Co(I)的催化循环.具体来说,首先,一价钴络合物与底物发生氧化加成生成三价钴络合物;随后,三价钴物种与重水络合,并通过还原消除的方式生成氘代化合物和一价钴物种.最后,为了验证这一机理,还利用密度泛函理论进行了计算,结果进一步证明了该机理的合理性.综上,本文利用钴催化体系,以廉价重水为氘源,实现芳基、烯基、苄基、烯丙基或烷基等卤化物,以及炔丙基乙酸酯类类卤化合物的选择性氘代反应.该反应表现出较好的底物适用性,为相关氘代有机化合物的制备提供了新思路. 展开更多
关键词 钴催化 脱卤氘代 位点选择性氘代 有机卤代物 氘代药物
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原位衰减全反射表面增强红外光谱示踪单原子催化二氧化碳电还原反应中间体的研究进展
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作者 严靖 倪嘉琪 +2 位作者 孙宏丽 苏陈良 刘彬 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第7期32-52,共21页
电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)涉及多个电子和质子转移,动态演变过程复杂.具有结构简单性和均匀性的单原子催化剂(SACs)是研究上述复杂过程的理想模型催化剂,有利于理解催化构效关系.原位衰减全反射表面增强红外光谱技术为识别单原... 电催化二氧化碳还原反应(CO_(2)RR)涉及多个电子和质子转移,动态演变过程复杂.具有结构简单性和均匀性的单原子催化剂(SACs)是研究上述复杂过程的理想模型催化剂,有利于理解催化构效关系.原位衰减全反射表面增强红外光谱技术为识别单原子催化CO_(2)RR的动态演变过程提供了有利方法.本文总结了原位红外光谱在电催化CO_(2)RR研究中的应用:首先,简要介绍了电化学衰减全反射表面增强红外光谱的表面增强机制;详细探讨了原位衰减全反射表面增强红外光谱技术在研究原子级金属催化剂催化CO_(2)/CORR反应动态演变过程的关键作用;简述了原位红外谱图确定界面水的相关信息以及电极局部pH值的定量方法.原位电化学红外光谱技术加深了对CO_(2)RR反应机制的理解,揭示了催化剂结构、电解质种类、分子吸附方式等对反应活性和选择性的调控规律.尽管研究已取得较大进展,但由于电催化CO_(2)RR的复杂性,学者对该反应的认知仍不够全面和深入,面临的机遇和挑战如下:(1)精准辨识CO_(2)RR关键中间体/生成物.特别是当中间体/生成物的特征峰与其他峰重叠时,精准识别相关特征峰将极具挑战.一方面,需进一步提高原位光谱技术分辨率;另一方面,近年来深度学习算法在光谱分析领域的应用为中间体/生成物混合特征峰的精准识别提供了有效方案,此类算法能建立变量之间的关系,实现光谱中特征信息的智能、精准提取;(2)深入解析CO_(2)RR机理和复杂的反应路径.目前,研究者尚难以通过直接实验手段明确CO_(2)RR路径.原位电化学红外光谱技术结合密度泛函理论(DFT)是明确CO_(2)RR中间体和反应途径的可行方案,能够进一步指导反应条件优化和催化剂结构设计;(3)建立工况下的原位CO_(2)RR机理研究方案.膜电极组件(MEA)电解槽通过使用膜直接连接阴极气体扩散电极和阳极,有效解决了H型反应器的局限性,具有工业应用前景.然而,基于MEA的工况条件CO_(2)RR机制研究鲜有报道.因此,需要开发工况条件下的原位电化学光谱技术,以探究三相界面分子尺度关键中间体/生成物动态演变,并建立工况条件的CO_(2)RR催化构效关系,这将有助于提高工况下的选择性、转化效率,以及实现更高价值的多碳产品的规模生产,并进一步指导高效反应器设计.综上,本文详细综述了原位红外光谱在电化学CO_(2)RR研究中的应用,并对电催化CO_(2)RR目前遇到的问题提出了解决方案,希望对广大科研工作者利用原位红外光谱进一步深入研究电催化CO_(2)RR提供参考和借鉴. 展开更多
关键词 二氧化碳电还原 单原子催化剂 电化学原位衰减全反射表面增强红外光谱 反应动态演变过程 界面水
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金属镍活性中心在惰性金属载体中的自分散及其催化炔烃选择加氢性能
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作者 邓欣 郑彩艳 +4 位作者 李玮杰 王佳敏 杨迪 胡振芃 李兰冬 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第6期259-268,共10页
单位点催化剂因具有较好的活性、较高的原子利用率和目标产物选择性,在基础科学研究及工业生产领域受到了广泛关注.然而,单位点催化剂的合成策略通常较为繁琐,需要精细调控金属活性中心与载体之间的相互作用.较弱的相互作用可能会导致... 单位点催化剂因具有较好的活性、较高的原子利用率和目标产物选择性,在基础科学研究及工业生产领域受到了广泛关注.然而,单位点催化剂的合成策略通常较为繁琐,需要精细调控金属活性中心与载体之间的相互作用.较弱的相互作用可能会导致金属活性位点的迁移和聚集,形成金属团簇,进而引发不必要的副反应.另一方面,过分紧密的相互作用可能会限制金属活性位点的原子效率,从而降低反应活性.本文开发了一种简单通用的自分散策略,用于制备金属态单位点催化剂.该方法利用过渡金属活性中心镍在惰性载体(铝和镁)中的自分散行为,成功构筑了含有孤立过渡金属镍活性中心的全金属催化体系.X射线光电子能谱、低能离子散射和球差矫正扫描透射电子显微镜等表征结果证实了镍/铝催化剂中镍物种以金属态存在,且以孤立状态均匀分布于铝基载体的亚表层.在气固相乙炔选择加氢反应中,镍/铝和镍/镁催化剂表现出较好的催化性能,能够实现100%的乙炔转化率和高乙烯选择性.值得注意的是,镍/铝催化剂在碳碳三键选择加氢反应中的催化性能甚至超越了工业界广泛使用的林德拉催化剂.稳定性测试结果表明,镍/铝催化剂在长达90 h的连续反应中,能够维持稳定的乙炔转化率和乙烯选择性,没有明显的活性下降,进一步印证了其在工业应用中的潜在价值.结合动力学分析、原位红外光谱、氢-氘-乙炔脉冲响应实验以及理论计算等结果,详细阐释了镍/铝催化体系上乙炔选择加氢的反应机制.结果表明,氢气分子优先在镍/铝催化剂表面吸附并发生解离,生成氢原子,随后与乙炔分子逐步反应生成乙烯.在该过程中,氢气的解离活化是整个反应过程的决速步.此外,还进一步探讨了镍/铝催化体系对液相炔烃、炔醇选择加氢的性能,发现该催化剂可以在较为温和的条件下高效催化不同官能团修饰的炔烃、炔醇的选择加氢反应,同时保持高底物转化率和较好的烯烃、烯醇选择性,且表现出较好的循环稳定性.综上所述,本文发展了一种全金属单位点催化体系的通用构筑策略,不仅扩展了单位点金属催化体系的合成方法,同时利用全金属体系的本征优势,为化学转化反应过程提供了新的思路.上述发现为设计合成新型高效催化体系提供了重要的理论和实验依据,有望在精细化学品合成工业中得到应用. 展开更多
关键词 单位点 全金属催化剂 选择加氢 NI基催化剂 自分散
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苯并噻唑型功能化离子液体催化酮酚缩合反应的研究
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作者 鲁鑫鑫 于丽梅 +2 位作者 闫磊 魏佳伦 高占先 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期194-199,205,共7页
以N-(3-磺酸基丙基)苯并噻唑、N-(3-磺酸基丙基)-2-巯基苯并噻唑为阳离子和硫酸氢根、对甲苯磺酸根为阴离子合成了4种功能化离子液体(ILs)。利用IR、1HNMR和MS对ILs进行结构表征;利用Hammett法和Ellman法对功能化离子液体的酸度和有效... 以N-(3-磺酸基丙基)苯并噻唑、N-(3-磺酸基丙基)-2-巯基苯并噻唑为阳离子和硫酸氢根、对甲苯磺酸根为阴离子合成了4种功能化离子液体(ILs)。利用IR、1HNMR和MS对ILs进行结构表征;利用Hammett法和Ellman法对功能化离子液体的酸度和有效巯基含量等催化性能指标进行表征。同时,评价了该系列功能化离子液体在苯酚分别与环己酮、苯乙酮缩合反应中的催化效果,其中以阳离子结构中含有—SH、阴离子为对甲苯磺酸根的功能化离子液体对不同的酮底物均表现出良好的催化效果。考察反应温度对ILs催化酮酚缩合反应的影响,探究脂肪酮和芳酮的反应活性差异,结果表明,环己酮反应活性明显高于苯乙酮,且酚酮缩合反应是具有动力学和热力学控制特征的反应。基于实验结果分析了ILs催化酮酚缩合反应的可能机理。 展开更多
关键词 巯基官能团 功能化离子液体 双酚Z 双酚AP 环己酮 苯乙酮
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通过调节碳自由基的反应活性调控偶联反应产物和羰基化合物的选择性合成
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作者 陈朝辉 邓军 +3 位作者 郑燕梅 张文君 董琳 陈祖鹏 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第6期135-143,共9页
在温和条件下,生物质(例如,生物质衍生醇、葡萄糖、木糖和木质素)通过光催化转化为高附加值化学品受到了广泛关注.目前,光催化氧化生物质衍生醇的主要产物是羰基化合物,即醛类化合物.相比之下,生物质衍生醇的C–C偶联产物(如氢化苯偶姻... 在温和条件下,生物质(例如,生物质衍生醇、葡萄糖、木糖和木质素)通过光催化转化为高附加值化学品受到了广泛关注.目前,光催化氧化生物质衍生醇的主要产物是羰基化合物,即醛类化合物.相比之下,生物质衍生醇的C–C偶联产物(如氢化苯偶姻和乙二醇)是制药和合成化学领域重要的中间体和原料,具有较大的应用价值.然而,由于对反应机理的理解不足,生物质衍生醇的选择性光催化氧化生成对应的C–C偶联产物和羰基化合物仍然具有挑战性.本文合成了不同金属助催化剂(Au,Pt,Pd和Ru)负载的Cd0.6Zn0.4S复合光催化剂(M-CZS)用于光催化生物质衍生醇的选择性氧化.高分辨透射电镜和X射线光电子能谱结果证明了M-CZS复合光催化剂的成功合成.紫外-可见漫反射光谱结果表明,金属Au和Ru引入后,催化剂可见光的吸收能力增强.采用光致发光光谱、时间分辨光致发光光谱、光电流强度曲线和电化学阻抗曲线研究了催化剂的载流子分离和重组行为,结果表明,金属Au和Ru的引入促进了光生载流子的分离.所制Au-CZS催化剂生成C–C偶联产物(氢化苯偶姻)的速率为40 mmol gcat.^(‒1)h^(‒1),选择性大于98%.Ru-CZS催化剂生成羰基化合物(苯甲醛)的速率为21 mmol gcat.^(‒1)h^(‒1),选择性高达99%.催化剂稳定性测试结果表明,Au-CZS和Ru-CZS催化剂具有良好的光催化稳定性.此外,所制Au-CZS和Ru-CZS催化剂对各种生物质衍生醇具有良好的光催化活性和较高的选择性.电子顺磁共振谱与中间体捕获实验结果表明,反应过程中主要的反应中间体是苯甲醇C_(α)–H键断裂产生的碳自由基中间体.通过密度泛函理论计算研究了Au-CZS和Ru-CZS光催化生物质衍生醇选择性氧化合成偶联产物和羰基化合物过程中,每一步所需的热力学自由能,结果表明,碳自由基中间体在Au和Ru的弱和强吸附,分别导致了C–C偶联产物和羰基化合物的选择性合成.综上,本文报道了一种在Cd0.6Zn0.4S固溶体中引入不同金属助催化剂的策略,通过调节相应碳自由基中间体的反应活性,实现生物质衍生醇的选择性氧化,为生物质衍生醇的高选择性转化提供了新见解. 展开更多
关键词 生物质增值 光催化 碳自由基反应性 选择性控制 吸附能
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金催化联烯胺与烯基叠氮的加成反应构建α-烯丙基酮化合物
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作者 杨岚 古文 +2 位作者 王甜密 李肖肖 赵志刚 《西南民族大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第1期44-51,共8页
烯基叠氮是一类重要的有机合成中间体,被广泛应用于含氮杂环化合物的合成中,但将其应用于联烯胺的加成反应少见报道.利用金催化活化联烯胺形成的烯丙基正离子中间体与烯丙基叠氮化合物发生加成反应,进一步发生水解得到9个α-烯丙基酮衍... 烯基叠氮是一类重要的有机合成中间体,被广泛应用于含氮杂环化合物的合成中,但将其应用于联烯胺的加成反应少见报道.利用金催化活化联烯胺形成的烯丙基正离子中间体与烯丙基叠氮化合物发生加成反应,进一步发生水解得到9个α-烯丙基酮衍生物,所得产物均通过红外、核磁共振以及高分辨质谱进行确认,其中,对化合物3i进行了X-单晶衍射,确定了其结构.该反应利用烯基叠氮作为亲核试剂,实现了联烯胺与其加成反应,丰富了联烯胺的反应类型. 展开更多
关键词 金催化 联烯胺 烯基叠氮 加成反应 α-烯丙基酮
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水溶性铑膦多相催化烯烃氢甲酰化技术的工业化应用进展
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作者 吴前辉 徐启慧 +1 位作者 陈锴 陈华 《现代盐化工》 2024年第2期59-62,共4页
在化工生产过程中,水作溶剂具有廉价、易得、环保、安全和高热容等优点,是发展环境友好的绿色化工的理想选择。同时水作为流动的载体,将水溶性铑膦络合物完全固定在水相载体,构建水溶性铑膦多相催化烯烃氢甲酰化技术,实现了铑催化剂与... 在化工生产过程中,水作溶剂具有廉价、易得、环保、安全和高热容等优点,是发展环境友好的绿色化工的理想选择。同时水作为流动的载体,将水溶性铑膦络合物完全固定在水相载体,构建水溶性铑膦多相催化烯烃氢甲酰化技术,实现了铑催化剂与产物的分离和循环使用的目的,是21世纪绿色化学重点发展的方向。主要介绍水溶性铑膦催化烯烃氢甲酰化技术的工业应用情况。 展开更多
关键词 水溶性铑膦催化剂 多相催化 烯烃氢甲酰化 工业应用
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镍催化的β-溴氨基酸酯的交叉偶联反应的研究
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作者 孙骞 刘银玲 +1 位作者 李鑫雨 唐石 《化工技术与开发》 CAS 2024年第10期19-22,共4页
本文探究了一种β-溴氨基酸酯与烯烃磺酸酯的亲电交叉偶联反应。合成路线以丝氨酸甲酯盐酸盐为原料,先经过胺醛缩合、亲电取代、Appel溴化等一系列反应制得中间产物,再通过亲电交叉偶联反应得到目标产物2-(烯丙基(4-氯苄基)氨基)-3-(4-... 本文探究了一种β-溴氨基酸酯与烯烃磺酸酯的亲电交叉偶联反应。合成路线以丝氨酸甲酯盐酸盐为原料,先经过胺醛缩合、亲电取代、Appel溴化等一系列反应制得中间产物,再通过亲电交叉偶联反应得到目标产物2-(烯丙基(4-氯苄基)氨基)-3-(4-氯苯基)丙酸甲酯。该反应的原料价廉易得,合成路线简洁,产物具有高效性和高区域选择性,实验结果可为氨基酸的修饰提供一条新途径。 展开更多
关键词 氨基酸衍生物 交叉偶联反应 镍催化
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光和热驱动金催化邻炔基酚与芳基重氮盐的反应:两种机制相似性和差异性的理论研究
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作者 金蕊 郭昕怡 +3 位作者 彭灵雅 刘向洋 方维海 崔刚龙 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期87-99,I0036-I0092,I0118,共71页
实验上发现,邻炔基酚与芳基重氮盐在热催化和光催化条件下反应可生成不同的产物,然而反应机理尚不清晰.本文采用MSCASPT2和密度泛函理论方法研究了热和光驱动反应的催化机理.结果表明,热催化和光催化反应的初始历程相同,都是在HCO3-协... 实验上发现,邻炔基酚与芳基重氮盐在热催化和光催化条件下反应可生成不同的产物,然而反应机理尚不清晰.本文采用MSCASPT2和密度泛函理论方法研究了热和光驱动反应的催化机理.结果表明,热催化和光催化反应的初始历程相同,都是在HCO3-协助下由Au(Ⅰ)催化剂和邻炔基酚反应得到乙烯基Au(Ⅰ)中间体.在此过程中,Au(l)催化剂与邻炔基酚反应克服14.8 kcal/mol的能垒生成结构扭曲的配合物,此时邻炔基酚的C≡C三键被活化.随后,乙烯基Au(Ⅰ)中间体和芳基重氮盐形成复合物,热催化和光催化反应开始分叉.在黑暗条件下,反应克服15.7 kcal/mol的能垒后生成最终的热催化产物,此时芳基重氮盐的末端N原子直接与乙烯基Au(Ⅰ)中间体的C原子成键.在光照条件下,复合物首先弛豫到激发单重态,经9.8×10^(9)s^(-1)的高效系间窜跃过程衰变到T_(1)态.在T_(1)态,克服7.8 kcal/mol的能垒完成脱氮反应,产生与乙烯基Au(Ⅰ)中间体的Au原子具有相互作用的芳基自由基,随后发生系间窜跃过程到达基态.在基态形成最终的光催化产物.本研究为理解Au(Ⅰ)催化剂与芳基重氮盐的热催化和光催化反应提供了重要的机理见解,发现了无辐射跃迁在光催化反应中的关键作用. 展开更多
关键词 光氧化还原催化 过渡金属配合物 密度泛函理论 反应机理 Au(Ⅰ)催化剂 光物理 芳基重氮盐 邻炔基酚
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Synthesis of mordenite by solvent-free method and its application in the dimethyl ether carbonylation reaction
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作者 Yinghui Liu Shaoduo Liu +8 位作者 Xiaosheng Wang Hongjing Wang Ranjia Li Changchun Yu Chunming Xu Yuxiang Liu Zhengqiu Xie Yongqiang Wang Pan Tang 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期216-223,共8页
Mordenite with different Si/Al ratios were synthesized by solvent-free method and used for dimethyl ether(DME)carbonylation reaction.The influence of Si/Al ratio in the feedstock on the structure,porosity and acid sit... Mordenite with different Si/Al ratios were synthesized by solvent-free method and used for dimethyl ether(DME)carbonylation reaction.The influence of Si/Al ratio in the feedstock on the structure,porosity and acid sites were systematically investigated.The characterization results showed that with the increase of Si/Al ratio in the feedstock,part of silicon species fail to enter the skeleton and the specific surface area and pore volume of the samples decreased.The amount of weak acid and medium strong acid decreased alongside with the increasing Si/Al ratio,and the amount of strong acid slightly increased.The Al atoms preferentially enter the strong acid sites in the 8 member ring(MR)channel during the crystallization process.The high Si/Al ratio sample had more acid sites located in the 8 MR channel,leading to more active sites for carbonylation reaction and higher catalytic performance.Appropriately increasing the Si/Al ratio was beneficial for the improvement of carbonylation reaction activity over the mordenite(MOR)catalyst. 展开更多
关键词 CARBONYLATION Dimethyl ether SOLVENT-FREE ZEOLITE Synthesis CATALYSIS
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Enhanced stability of nitrogen-doped carbon-supported palladium catalyst for oxidative carbonylation of phenol
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作者 Xiaojing Liu Ruohan Zhao +4 位作者 Hao Zhao Zhimiao Wang Fang Li Wei Xue Yanji Wang 《Chinese Journal of Chemical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第1期19-28,共10页
Enhancing the stability of supported noble metal catalysts emerges is a major challenge in both science and industry.Herein,a heterogeneous Pd catalyst(Pd/NCF)was prepared by supporting Pd ultrafine metal nanoparticle... Enhancing the stability of supported noble metal catalysts emerges is a major challenge in both science and industry.Herein,a heterogeneous Pd catalyst(Pd/NCF)was prepared by supporting Pd ultrafine metal nanoparticles(NPs)on nitrogen-doped carbon;synthesized by using F127 as a stabilizer,as well as chitosan as a carbon and nitrogen source.The Pd/NCF catalyst was efficient and recyclable for oxidative carbonylation of phenol to diphenyl carbonate,exhibiting higher stability than Pd/NC prepared without F127 addition.The hydrogen bond between chitosan(CTS)and F127 was enhanced by F127,which anchored the N in the free amino group,increasing the N content of the carbon material and ensuring that the support could provide sufficient N sites for the deposition of Pd NPs.This process helped to improve metal dispersion.The increased metal-support interaction,which limits the leaching and coarsening of Pd NPs,improves the stability of the Pd/NCF catalyst.Furthermore,density functional theory calculations indicated that pyridine N stabilized the Pd^(2+)species,significantly inhibiting the loss of Pd^(2+)in Pd/NCF during the reaction process.This work provides a promising avenue towards enhancing the stability of nitrogen-doped carbon-supported metal catalysts. 展开更多
关键词 Supported Pd catalyst N-doped carbon Amphiphilic triblock copolymer Pyridinic nitrogen STABILITY
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卤盐离子液体/氧气催化芳硫酚与异色满反应
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作者 吴丰田 吴玲 《精细化工》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期215-221,共7页
以1-羧乙基-3-甲基咪唑氯盐([COOH-Et MIm][Cl])/O_(2)体系催化异色满与取代苯硫酚发生脱氢偶联反应,合成了1-(取代苯硫基)异色满。通过单因素实验对反应影响因素进行了筛选,得到适宜反应条件为:4-甲基苯硫酚(62 mg,0.5 mmol)、异色满(1... 以1-羧乙基-3-甲基咪唑氯盐([COOH-Et MIm][Cl])/O_(2)体系催化异色满与取代苯硫酚发生脱氢偶联反应,合成了1-(取代苯硫基)异色满。通过单因素实验对反应影响因素进行了筛选,得到适宜反应条件为:4-甲基苯硫酚(62 mg,0.5 mmol)、异色满(134 mg,1.0 mmol)、[COOH-EtMIm][Cl](95 mg,0.5 mmol)、O_(2)(0.10 MPa)、反应温度120℃、反应时间12 h。在该条件下,催化剂可使用4次,实现了1-(4-甲基苯硫基)异色满克级合成,底物拓展后得到12种1-(取代苯硫基)异色满,产率为52%~96%。提出了[COOH-Et MIm][Cl]阴阳离子通过氢键分别活化苯硫酚与异色满,经O_(2)氧化,脱氢得到1-(取代苯硫基)异色满的反应机理。 展开更多
关键词 离子液体 氧气 氧化 芳硫酚 异色满 精细化工中间体
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多相催化与均相自由基反应在药物废物销毁中的协同作用:展望
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作者 Dmitry Yu.Murzin 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE CAS CSCD 2024年第3期7-14,共8页
人类生活大量使用药物,这些药物释放的有害成分不断进入环境,尤其是水系统中.然而,现有的传统水处理设施主要是为去除可生物降解的有机物和营养物质而设计的,对于药物和个人护理产品中的化学成分,由于它们的化学稳定性,这些处理设施往... 人类生活大量使用药物,这些药物释放的有害成分不断进入环境,尤其是水系统中.然而,现有的传统水处理设施主要是为去除可生物降解的有机物和营养物质而设计的,对于药物和个人护理产品中的化学成分,由于它们的化学稳定性,这些处理设施往往难以有效地对其进行降解.为了应对这一挑战,需要采用更先进的技术.利用由臭氧产生的自由基的高级氧化过程,可以与多相催化技术结合,用于更有效地处理含有药物和个人护理产品的废水.从技术角度看,通过臭氧多相催化氧化技术去除水中药物应该在连续固定床反应器中完成.这种方法需要结构化的催化剂,并可以通过增材制造技术,如3D直接打印载体/催化剂,来制备.该技术为催化剂的组成和设计提供了很大的自由度,使其更适合于固定床多相-均相反应.此外,这些结构化材料可以表现出非周期性结构,如受自然启发的半有序结构.对于周期性和半周期性结构,可以使用计算流体动力学和流动成像方法研究其传热和传质过程,以指导新型结构的进一步设计,并与材料开发相结合,从而实现对活性和选择性的有效控制.在催化反应器工程方面,可以采用实验和数值模拟的研究方法,以探索不同阶段的氧化剂注入、反应器横截面大小的改变、催化剂床之间距离的调整以及循环回路的引入等因素对处理效果的影响.这些研究将有助于优化反应条件,提高处理效率,从而实现更有效地从水中去除药物和个人护理产品的目标. 展开更多
关键词 反应工程 臭氧氧化 分子筛 药物 增材制造
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电催化活性亚甲基化合物的环丙烷化反应
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作者 揭亮华 徐海超* 《电化学(中英文)》 CAS 北大核心 2024年第4期1-5,共5页
由于三元环结构在中间体、天然产品和药物的合成中发挥着重要作用,这使得开发新的策略以获得环丙烷已变得越来越重要。在此,我们提出了一种通过活性亚甲基化合物和芳基烯烃的分子间脱氢环化合成环丙烷的电催化方法。该电化学过程不需要... 由于三元环结构在中间体、天然产品和药物的合成中发挥着重要作用,这使得开发新的策略以获得环丙烷已变得越来越重要。在此,我们提出了一种通过活性亚甲基化合物和芳基烯烃的分子间脱氢环化合成环丙烷的电催化方法。该电化学过程不需要化学氧化剂,允许从廉价和简单易得的原料中快速获得各种官能团化的环丙烷。 展开更多
关键词 电化学 有机电合成 催化剂 环丙烷 烯烃
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钯催化电化学烯丙位4-吡啶化反应中的配体作用研究
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作者 丁伟杰 杨春晖 +2 位作者 冯钟涛 陆仕荣 程旭 《电化学(中英文)》 CAS 北大核心 2024年第5期25-33,共9页
过渡金属络合物在电化学合成中获得了广泛的应用,其中配体对于络合物在电场中稳定性、催化活性以及选择性的影响还了解有限。4-氰基-吡啶作为一种高效吡啶化试剂,在自由基化学中获得广泛应用。在前期的工作中,我们实现了电化学条件下,... 过渡金属络合物在电化学合成中获得了广泛的应用,其中配体对于络合物在电场中稳定性、催化活性以及选择性的影响还了解有限。4-氰基-吡啶作为一种高效吡啶化试剂,在自由基化学中获得广泛应用。在前期的工作中,我们实现了电化学条件下,手性双膦配体钯络合物催化4-氰基-吡啶与烯丙基醋酸酯反应,构建了多种手性烯丙基吡啶化合物。我们发现双膦配体对反应有着关键的作用,决定着反应的活性、区域选择性和对映选择性。在本工作中,我们系统性地研究了多种双膦配体钯金属络合物,在烯丙基醋酸酯与氰基吡啶的电化学还原偶联过程中的性质。通过控制实验,电化学分析以及理论计算等方法,我们揭示了双膦配体对于络合物稳定性及反应区域选择性的影响。进而,我们发现在电场条件下存在一个非稳定价态的过渡金属络合物。这个非稳定价态的过渡金属络合物中,双膦配体可以将电荷和自旋密度分散于整个络合物之中,而不是局限于金属离子之上。这样,络合物既可以作为电子转移催化剂,也可以作为过渡金属催化剂,同时控制整个电子转移过程以及成键过程。我们认为这种配体与金属在电场条件下的非稳定价态络合物,展现了电化学条件下过渡金属催化的独特能力,这有助于发展未来的新型的电化学催化体系。同时,我们还发现锌电极至关重要,其不仅可以活化4-氰基吡啶,还可以淬灭氰根离子,展现出Lewis酸性金属离子的特殊用途。 展开更多
关键词 电化学 钯催化 膦配体 吡啶化 烯丙基
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上海药物所在基于芳酮碳-碳键活化的氘化反应研究中获进展
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《浙江化工》 CAS 2024年第2期28-28,共1页
近日,中国科学院上海药物研究所戴辉雄课题组通过开展基于芳酮C–C键活化的氘化反应研究,为合成氘代天然产物及药物分子提供了高效方法。相关研究成果以Palladium-Catalyzed Deuteration of Arylketone Oxime Ethers为题,发表在《德国... 近日,中国科学院上海药物研究所戴辉雄课题组通过开展基于芳酮C–C键活化的氘化反应研究,为合成氘代天然产物及药物分子提供了高效方法。相关研究成果以Palladium-Catalyzed Deuteration of Arylketone Oxime Ethers为题,发表在《德国应用化学》上。有机酮是重要的有机化合物,广泛存在于药物分子、功能材料和天然产物中。通过过渡金属催化对酮类化合物的碳-碳键活化,可以实现对这类化合物的有效转化;这类原料来源广泛且易得,因而可以提供新的芳基、烯基、炔基和烷基化试剂。 展开更多
关键词 应用化学 芳酮 上海药物所 过渡金属催化 药物分子 烯基 烷基化试剂 氘化
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