近日，威尼斯官网化材学院张泽会教授课题组在生物质平台分子催化转化方面取得了重要研究进展。研究团队基于廉价的生物质资源制备了一类氮配位的单原子锌（Zn）催化材料，研究发现该催化材料能够高效催化生物质平台分子及化石资源衍生物C(CO)-C键的有氧氧化断键，定量转化为高附加值酯类化学品。该研究成果论文Zn-Nx sites on N-doped carbon for aerobic oxidative cleavage and esterification of C(CO)-C bonds在国际著名期刊Nature Communications上发表。文章的第一作者是谢超博士，张泽会教授和中科院化学所韩布兴院士为共同通讯作者，威尼斯官网为第一署名单位。
C-C键的选择性裂解一直是有机化学中非常有吸引力且具有挑战性的课题。酮是一类多功能化合物，可以很容易地从化石资源或生物质中获得，通过C(CO)-C键断裂，其可以转化为酸、酯、酰胺等化合物。因此，C(CO)-C键的选择性裂解和功能化对于将酮转化为增值产品至关重要。在众多C(CO)-C键裂解和功能化的催化策略中，酮中α-C-H的预官能化作为导向基团是C(CO)-C键断裂的有效方案之一。然而，该策略仅适用于特定基团，且步骤繁琐，限制了其广泛应用,即使目前最先进的催化剂在温和条件下氧化裂解惰性C(CO)-C键的活性也较低。因此，需要设计多相催化系统以在温和条件下有效催化C(CO)-C键的有氧氧化裂解。
锌（Zn）是最丰富、最安全、最便宜的材料之一。Zn盐已被用作某些有机转化的有效催化剂，其催化性能可以通过改变配位环境轻松调控。但是，传统的Zn催化剂通常用作路易斯酸，用于富电子基团的活化，其底物范围有限，产品分离和催化剂回收也存在固有困难。因此，需要寻找具有高活性位点和广泛底物范围的多相Zn催化剂。此外，尚未报道Zn基催化剂催化C(CO)-C键的氧化裂解。
张泽会教授团队研究制备的单原子锌（Zn）催化剂的高活性可归因于Zn单位点与其周围N原子的协同作用，以及具有高比表面积和结构缺陷的微孔结构。该研究成果用传统上不活泼的金属为某种反应制备非常活泼的催化剂，使得在温和条件下有效催化反应成为可能，同时为从廉价且地球富含的金属中设计高效催化剂开辟了一条道路。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-25118-0#article-info
（编辑：刘虹 来源：科发院化材学院）
2024-07-22