热点研究

「Spotlight Research」双功能HAT催化剂的合成及其催化性能研究

作者:石油醚

本期热点研究,我们邀请到了本文第一作者,来自西安交通大学的郑海丰教授为我们分享。

2023年5月1日,JACS在线发表了来自美国芝加哥大学林文斌教授团队题为「Sequential Modifications of Metal–Organic Layer Nodes for Highly Efficient Photocatalyzed Hydrogen Atom Transfer」的研究论文。林文斌教授团队基于金属有机薄层材料(Zr63-O)43-OH)4(BTB)2(HCO2)6),通过金属节点的顺序修饰,制备包含光敏剂EY和强路易斯酸位点Zr-OTf的双功能HAT催化剂(Zr-OTf-EY)。该催化剂能够催化各种C-H化合物与缺电子烯烃或偶氮二甲酸酯之间的交叉偶联反应,得到C-C和C-N偶联产物,转化数高达1980。

“Sequential Modifications of Metal–Organic Layer Nodes for Highly Efficient Photocatalyzed Hydrogen Atom Transfer”

Haifeng Zheng, Yingjie Fan, Abigail L. Blenko, and Wenbin Lin* J. Am. Chem. Soc. 2023, ASAP, doi:  10.1021/jacs.3c02703”

Q1. 请对Sequential Modifications of Metal–Organic Layer Nodes for Highly Efficient Photocatalyzed Hydrogen Atom Transfer”作一个简单介绍。

光催化氢原子转移(HAT)被广泛用于脂肪族C-H键向C-C、C-N、C-O、C-F和C-S键的转化。自从光化学诞生以来,芳香族酮攫取氢原子能力已经为人所知,在最近的光化学和光催化的复兴中,这些羰基衍生物作为HAT催化剂获得很多关注。在光照条件下,羰基化合物的长寿命三重态可以从脂肪族C-H化合物中攫取氢,从而发生自由基参与的偶联反应。例如,HAT催化剂和Lewis酸可以协同催化,实现缺电子烯类的氢官能团化。然而,HAT反应的催化效率受到自由基二聚或自由基淬灭失活的限制,通常需要高的催化剂量(超过10 mol%)才能得到中等产率的官能团化产物。迫切需要开发双功能催化系统,提高路易斯酸和光催化剂协同作用,抑制催化剂的失活,以实现脂肪族C-H键更加高效转化。

在这个工作中,我们基于金属有机薄层材料(Zr63-O)43-OH)4(BTB)2(HCO2)6),通过金属节点的顺序修饰,制备包含光敏剂EY和强路易斯酸位点Zr-OTf的双功能HAT催化剂(Zr-OTf-EY)。该催化剂能够催化各种C-H化合物与缺电子烯烃或偶氮二甲酸酯之间的交叉偶联反应,得到C-C和C-N偶联产物,转化数高达1980。在Zr-OTf-EY催化的反应中,Lewis酸位点与烯烃或偶氮二甲酸酯配位,增加它们的局部浓度和缺电子能力,促进自由基加成; EY通过金属有机薄层材料节点的位点分离有效抑制催化剂失活;同时,EY催化位点和路易斯酸位点彼此接近,进一步促进物质交换,最终催化效率比均相对照实验提高约400倍。

Q2. 有关本次研究的时候遇到过怎样的困难呢?又是怎样克服的呢

在研究过程中,最困难的是材料的选择,以及基于材料开发修饰策略同时构建HAT光活性位点和路易斯酸位点。金属-有机薄层(MOLs)材料作为二维MOFs,既具有MOFs催化剂自身的优势,同时具有更好的可修饰性和可接近性,为探索新一代材料催化,合成高附加值产品提供更多的可能。基于此我们选取Zr6(µ3-O)4(µ3-OH)4(BTB)2(HCO2)6薄层材料,通过对金属节点依次进行布朗斯特酸、路易斯酸和配体交换修饰,顺利制备双功能催化材料。

Q3. 本次研究主体,有没有什么让您感觉特别辛苦和烧脑呢?

在这次研究过程中,特别辛苦和烧脑的是设计、合成材料以及后续光催化反应的筛选。

Q4. 来想继续研究化学的哪个方向呢?

未来研究方向主要集中是“有机合成+材料催化”,重点关注光、电催化转化。比如光、电催化材料的设计、合成及运用;生物活性分子、功能材料导向均相/异相催化合成方法学;功能材料成膜及流动合成技术等。

Q5. 最后,有什么想对各位读者说的吗?

欢迎有志于从事“有机合成+材料催化” 交叉研究的同学加入课题组!期待更多合作交流!(haifengzheng@xjtu.edu.cn)

作者教育背景简介

教育背景:

2009.09-2013.06,四川大学,化学基地班

2013.06-2018.09, 四川大学,博士,指导老师:冯小明教授,中国科学院院士,2018年未来科学大奖物质科学奖获得者

2018.07-2021.07, 德州大学圣安东尼奥分校, 博士后, 指导老师: Michael P. Doyle教授2021.07-2023.01, 芝加哥大学,博士后,指导老师: Wenbin Lin教授,1999-2009年度“全球十大化学家”by Thomson Reuters

2023.02-Now, 西安交通大学,教授,

课题组主页:https://gr.xjtu.edu.cn/zh/web/haifengzheng

相关介绍:

郑海丰教授致力于有机合成、金属有机薄层材料合成、共价有机框架材料合成等领域应用研究,取得了一系列创新性成果。作为参与人获得“四川大学科学技术奖励·”和“高等学校科学研究优秀成果奖”;在国际权威期刊共发表SCI 论文 27篇,申请专利1项,撰写书章节1项,其中以第一作者(含共同第一)身份发表 15 篇,包括4篇JACS,4篇ACIE,1篇Nat. Commun.,1篇ACS Catal.等。

本文版权属于 Chem-Station化学空间, 欢迎点击按钮分享,未经许可,谢绝转载

Related post

  1. 「Spotlight Research」铁催化的位阻控制的不对称…
  2. 磷酸吡哆醛 (Pyridoxal 5′-phosphate, P…
  3. 「Spotlight Research」 Ubiquitin以及…
  4. 「Spotlight Research」钙钛矿CsPbBr3纳米…
  5. 「Spotlight Research」迭代硼化实现胺可编程合成…
  6. 「Spotlight Research」均相超分子胶囊催化的高度…
  7. 「Spotlight Research」吡哆醛催化的自由基过程构…
  8. 「Spotlight Research」催化剂中心金属电荷性质控…

Comment

  1. No comments yet.

  1. No trackbacks yet.

You must be logged in to post a comment.

Pick UP!

微信

QQ

广告专区

PAGE TOP