物质学院左智伟课题组在可见光催化碳氢键活化研究方面取得新进展
文章来源:SPST
发布日期:2018-03-29
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我校物质学院左智伟教授课题组在可见光催化高选择性碳氢键官能团化研究方面取得新进展。近日,相关研究成果以“δ?Selective Functionalization of Alkanols Enabled by Visible-Light-Induced Ligand-to-Metal Charge Transfer”为题,于国际知名学术期刊《Journal of the American Chemical Society》上在线发表。

相较于传统有机反应,可见光催化反应通过催化剂吸收利用可见波段光的能量,能在温和反应条件下高选择性高效率地构建化学键,与当前对新时期化学发展的环保、绿色等要求十分契合,因此新型光催化剂的研发成为化学家们关注的焦点。目前常用的光催化反应主要是依赖于贵重过渡金属铱、釕等复合物,通过金属到配体的电子转移(MLCT)实现能量转换利用,这类技术一方面催化剂之昂贵让大规模应用受限,另一方面系间跃迁和单电子转移过程等损失了化学能,造成了反应适用性上的局限。左智伟课题组的该项工作提出了配体金属电子转移催化(LMCT catalysis),该催化模式中光激发过程与底物电子转移过程同时发生从而避免了能量损失,使得更多廉价且对环境友好的金属开发为高效光催化剂成为可能,对新型光催化体系设计具有指导意义。

铈(Ce)是稀土金属中储量最丰富的一种元素,我国是稀土资源的储量大国,铈的储量更是达到了稀土金属总储量的28%。目前在工业上,铈主要以辅助角色使用,如作为添加剂用于荧光材料、工业废气处理等;而在传统的有机化学中,大多利用它作为路易斯酸和氧化剂,在光催化这一新领域对它的研究十分少见,将它作为光催化剂用于可见光催化反应中更是鲜有报道。该项研究中,科研人员在前期工作的基础上,进一步深入探索铈复合物的光学性质,发现四价铈和醇形成的复合物能被蓝光波长区域的光照射激发,通过配体到金属电子转移(LMCT)过程促进配位键均裂,在温和的反应条件下产生高活性的烷氧自由基物种。通过催化循环设计和优化,他们成功将这一创新理念应用于伯醇类化合物的选择性远程官能团化反应中。这一高效的方法在复杂分子合成中有着潜在利用价值,该项研究扩展了铈催化的反应类型,同时为稀土金属的高端催化应用开辟了新的途径。

该论文中,左智伟组博士后胡安华、郭婧婧为共同第一作者,左智伟为通讯作者,上科大为第一完成单位。该项研究还得到了国家自然科学基金委、中组部青年千人计划的支持。

论文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b13131

可见光催化高选择性碳氢键官能团化