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《上海有机所王鹏课题组Nat. Commun.:镍催化的非活性烯烃双碳化反应》

  • 来源专题：绿色化工
  • 编译者： 武春亮
  • 发布时间：2024-12-04

  • 过渡金属催化的烯烃双碳化反应可以通过一步反应同时构筑两个碳碳键，已成为快速构建复杂分子的主要途径之一。早期的研究主要集中于高活性的极性烯烃和环状烯烃，而长链的脂肪族烯烃的双碳化反应需要在底物上引入强配位导向基，通过形成稳定的环金属物种方能促进反应的进行。然而，导向基团的安装和脱除极大地降低了合成效率。醇、胺、酮、羧酸、酰胺等官能团广泛存在于天然产物和药物分子中 (图1a)，用这些原生官能团作为导向基实现非活性烯烃的双碳化反应却很少报道。主要存在得挑战有 (图1b)：(1) 碳-金属物种的活性较低，稳定性较差；(2) 由于导向基配位较弱，烷基金属中间体不稳定，容易发生β-氢消除，产生许多副产物；(3) 反应的区域选择性很难调控。

    中国科学院上海有机化学研究所王鹏课题组成立以来一直致力于烯烃转化和有机硅化学方向的研究，利用配体”咬合角”调控实现了过渡金属催化烯烃不对称硅氢化反应 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 8937; 2022, 61, e202113052; 2022, 61, e202205382; 2023, 62, e202216878; 2024, 63, e202404732; 2024, 63, e202404732; Chem 2023, 9, 3461.)；同时开发“ate”型配体调控金属中心电性，通过发展一系列β-二酮配体成功实现了内烯烃与非活性烯烃的碳官能团化反应 (Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 20399; Nat. Commun. 2022, 13, 5059; Nat. Commun. 2022, 13, 6878; Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202304573; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202313336; Org. Lett. 2024, 26, 3691; Org. Lett. 2024, 26, 8171.)。

    王鹏课题组利用β-二酮配体实现了镍催化非活性烯烃的芳烷基化反应，该反应条件温和，具有优秀的官能团耐受性和广泛的底物兼容性。含有原生官能团的烯烃底物，如一级酰胺，二级酰胺和三级酰胺衍生的烯烃都可以顺利得到芳烷基化产物，含有二级胺和三级胺的烯烃也可以顺利得到相应产物。此外，该方法也可以应用于生物活性分子的合成，进一步体现在合成中的应用潜力。
  • 原文来源：http://www.huaxuejia.cn/huaxuejia/news/html/news_9492.html
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    • 发布时间：2025-05-29
    • 烷类原料来源广泛、廉价易得，是现代化工中极具吸引力的碳源。然而，烷中C(sp3)–H键化学非常惰性，且数目多而差别小，要在温和条件下不借助导向基进行选择性活化并实现高效碳-碳键构建，长期以来被认为是有机合成领域的一大挑战。 近日，南京师范大学韩维教授团队在《Nature Communications》上发表研究成果（DOI: 10.1038/s41467-025-60010-1），报道了一种以铁为中心、受P450酶启发的仿生催化体系，可实现不依赖导向基、以常见烷类为底物的选择性C–H烷基化反应，为C–C键构建提供了新的非贵金属解决方案。 该研究工作展示了一种独特的仿生铁催化体系，不仅实现了对烷C–H键的精准转化，还规避了传统方法中对贵金属、大量底物或苛刻条件的依赖。其策略具有良好的扩展性和实用性，有望在药物合成、材料修饰及天然产物衍生化等领域得到广泛应用。该仿生铁催化体系，具有P450酶高效攫取烷碳-氢键的特性，但同时避免了被氧化，为烷实现多样性的官能团化反应奠定了基础。 这一成果近期发表在Nature Communications 上，南京师范大学韩维教授为论文通讯作者，硕士生周璐璐、蔡恒睿、博士生谢东和孙康康博士为共同第一作者。特别感谢国家自然科学基金委、江苏省青蓝工程和南京师范大学的经费支持。
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  • 《Nat.Commun:双中心单原子合金催化剂促进电催化CO2还原中的碳氢化合物形成》
    • 来源专题：先进材料
    • 编译者：李丹
    • 发布时间：2023-11-12
    • 来自材料牛 一、 导读        近年来，在CO 2 氢化生成能量密集型碳氢化合物分子（HCs）的催化反应中，以CO 2 加氢而不产生H 2 为特征的电催化CO 2 还原反应（CO 2 RR）备受关注。铜（Cu）可以高效的催化HCs（特别是C2+）形成的元素，因为它对氢（ΔE H ）和羰基（ΔE CO ）的结合能都是最佳的，而ΔE H 和ΔE CO 是CO 2 RR过程中普遍存在的中间体。目前，研究发现金属合金化是一种广泛采用的加速CO 2 RR同时合理抑制竞争性析氢反应（HER）的策略。不幸的是，大多数非贵金属组成的Cu合金催化剂通过削弱ΔE CO 从而表现出更倾向甲酸盐或CO生成的选择性。因此,违背了使用 Cu 作为催化金属以实现CO 2 深度加氢的最初目的。目前，部分研究学者提出通过在元素周期表中加入位于Cu左侧的铂族金属（PGMs）来直接解决上述限制问题，因为铂族金属将为CO提供大量的结合能。然而根据动力学分析表明，HER在PGM基团上的反应仍然比CO 2 RR要快的多。因此，从设计PGM-Cu催化中心本身的角度出发，合理设计一种PGM-Cu界面的替代结构实现通过CO 2 RR高效且选择性地生成HCs，并从本质上限制了HER是CO 2 RR最关键的研究之一。 二、 成果掠影    近日，克莱姆森大学Ming Yang和马萨诸塞大学FangLin Che等人提出了一种巧妙的设计，将原子分散的铂族金属物种锚定在多晶和形状可控的Cu催化剂上（PGM 1 -Cu SAAs），该催化剂能通过CO 2  RR来高效的催化碳氢化合物的形成。相关的研究成果以“Dual-site catalysts featuring platinum-group-metal atoms on copper shapes boost hydrocarbon formations in electrocatalytic CO 2 reduction”为题发表在Nature Communications上。 三、 核心创新点 1、通过一种巧妙设计成功合成出多晶和形状可控的Pt 1 Cu单原子合金(SAAs)纳米催化剂。 Pd 1 Cu SAA 能高效通过 CO 2  RR 轻松地形成CH4和 C 2 H 4 ，同时抑制不必要的析氢反应的发生。值 得注意的是，具有类似金属配方但包含小铂或钯簇的合金将无法实现这一目标; 2、通过形状控制的催化剂合成、原位反应研究和DFT计算分析，当铜表面有相当数量的CO-Pd 1 基团时，CO氢化成CHO或CO-CHO偶联成为Cu（111）或Cu（100）上的主要途径之一, 另外通过Pd-Cu双位点途径选择性产生CH 4 或C 2 H 4 四、 数据概览 图1 多晶 PGM-Cu SAA 的形态和结构分析。a多晶Cu催化剂的FESEM图像及其相应的EDS元素图。b Pd 1 Cu SAA的像差校正 HAADF-STEM 图像。圆圈突出显示单原子Pd。c Pd K-edge EXAFS  ©2023 The Author(s) 图2 电催化CO 2 还原活性比较。多晶 Cu、多晶Pd 1 Cu SAA和形状受控的Pd 1 Cu SAA在不同电压（相对于RHE）下的a C 2  H 4 和b CH 4 的部分电流密度。c CO 2 还原FE% 和电流密度的比较 ©2023 The Author(s) 图3 DFT计算Pd 1 Cu SAA中单原子Pd对调节CO吸附和HER的作用。a , b分别显示CO 在Cu、Pd 1 Cu和Pd的 (100) 和 (111) 面上的吸附能。c , d是 HER 在Cu、Pd 1 Cu和Pd 的 (100) 和 (111) 面上的自由能图  ©2023 The Author(s) 图4 作为扫描电位函数的气态产物实时分析。使用a Cu NP 和 b Pd 1 Cu SAA还原CO 2 时，通过质谱仪检测的循环伏安图和实时碳氢化合物产物分布  ©2023 The Author(s) 图5 CO 2 还原过程中在Cu上的Pd对产物分布的影响。a Cube-Cu 和b Octa-Cu的SEM 图像。c多晶和形状控制的Cu纳米粒子和 Pd 1 Cu SAA的粉末 X 射线衍射图。d Pd K-edge EXAFS（阴影线）和曲线拟合（点）。e CH 4 和C 2 H 4 的FE分布 ©2023 The Author(s) 图6 形状控制的Cu和Pd 1 Cu SAA的原位ATR-SEIRAS。O 2 饱和0.5 M KHCO 3 电解质中Pd 1 Cu SAA和Cu在-0.8 V下作为时间函数收集的较高波数处的光谱a 和较低波数处的光谱b ©2023 The Author(s) 图7 Pd1Cu SAA中单原子 Pd 对反应自由能和活化能垒的DFT计算。a ?Cu(111)、Pd 1 Cu(111)和CO- Pd 1 Cu (111)上CO 加氢(H ?+ CO ?→ CHO +)的反应自由能和活化势垒以及相应的IS、TS 和 FS结构。b C-C偶联(CO  ?+ CHO  ?→ OCCHO  ?+ )在Cu(111)、Pd 1 Cu(111)和CO- Pd 1 Cu (111)上的反应自由能和活化势垒以及相应的IS、TS 和 FS结构 ©2023 The Author(s) 五、 成果启示   综上所述，这项工作提出了一种巧妙的Pt 1 Cu单原子合金 (SAAs) 纳米催化剂的策略。铂族金属虽然在传统上不利于电催化CO 2 加氢，但现在可以作为Cu基体上的合金单原子来利用，以显著地提高反应效率和选择性地产生碳氢化合物，这是许多其他铜基合金无法实现的反应目标。在汽车电气化的大趋势下，铂族金属重型汽车催化剂逐渐被淘汰，这一新发现为铂族金属催化剂应用在全球市场上提供了独特的机会。
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