近段时间以来，化学与材料科学学院张泽会教授课题组在路易斯酸位点催化醇氢转移及烷基化C-N/C-C键偶联取得重要进展。8月15日，该成果研究论文Enable biomass-derived alcohols mediated alkylation and transfer hydrogenation 在国际顶级期刊Nature Communications（《自然-通讯》）上发表（文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51307-8），张泽会教授为论文的唯一通讯作者。
碳碳（C-C）键是有机化合物的基本骨架，许多天然产物、药物和材料的结构都依赖于C-C键的形成，C-C键的构建在有机合成、生物化学、药物开发以及材料科学等领域具有核心地位。传统构建方法为格氏反应（Grignard Reaction）、狄尔斯-阿尔德反应（Diels-Alder Reaction）、维蒂希反应（Wittig Reaction）和羟醛缩合反应（Aldol reaction）等，它们分别解决了C-C键构建中的某一关键问题。近代发展越来越多地依靠过渡金属催化的交叉偶联反应，这类方法普适性广泛，但使用了昂贵且有毒的试剂，仍需要开发新的合成方案更好地实现绿色制造。在这方面，使用价廉易得和无毒醇作为亲电试剂引起了广泛关注。通过活化醇的α-Csp3-H键直接构建C-C键可提高合成效率、降低成本及扩展化学反应的应用范围，具有重大意义。
α-烷基化腈是构建羧酸衍生物、胺、酮、噁唑啉和许多生物活性分子的结构单元。采用“借氢策略”，通过活化醇α-Csp3-H键和腈α-Csp3-H键构建α-烷基化腈类化合物是一种原子经济且环境友好的方法，产生的副产物只有水。该论文报道了ZIF-8热解制备的具有Zn-N4结构的单原子Zn催化剂，用于腈与生物质醇的α-烷基化反应。该催化剂还可以广泛应用于酮、醇、N-杂环、酰胺、酮酸和酯的C-烷基化，胺和酰胺的N-烷基化反应，以及多种氢转移还原反应。这是首例使用生物质衍生醇作为烷基化试剂和氢供体进行各种有机转化的高效单原子催化剂。
单原子Zn催化氢转移及烷基化反应。 化材学院供图
长期以来，张泽会教授课题组围绕“绿色化学”理念，设计新型催化反应体系，开展可再生生物质能源化学、绿色有机合成、多相催化等研究。其团队近年来已在Nature Communications、Science Advances、Chem、Angewandte Chemie、JACS、Advanced Materials、Chemical Society Reviews等国际顶级期刊发表了系列相关重要成果，在生物质催化转化与绿色化学领域产生了较大的影响力。
2024-09-24