以二氧化碳作為原料和環(huán)氧化合物通過環(huán)加成耦合反應(yīng)制備環(huán)狀碳酸酯是一個(gè)原子經(jīng)濟(jì)性的綠色化學(xué)反應(yīng),所得環(huán)狀碳酸酯產(chǎn)物廣泛用在、芳香族聚碳酸酯、纖維紡絲、電解液等。目前諸多的高活性金屬催化劑被陸續(xù)報(bào)道用于這一綠色環(huán)化反應(yīng),如席夫堿和卟啉類鈷、鎂、鋁等金屬配合物。盡管金屬催化劑的活性很高,但是其制備往往涉及多步反應(yīng),合成復(fù)雜。而非金屬催化劑因其制備簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)易調(diào)變以及無金屬殘留等特點(diǎn),受到越來越多的關(guān)注,但非金屬催化劑與金屬催化劑相比還存在活性差距過大的問題。
近日,浙江大學(xué)高分子系SIEPM科研團(tuán)隊(duì)的伍廣朋研究員課題組開發(fā)了系列的雙功能有機(jī)硼催化劑,本文是繼高活性制備聚碳酸酯(J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 12245–12255)、聚醚(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 16910–16917)之后的新用途——高效催化二氧化碳和環(huán)氧化合物的環(huán)加成反應(yīng)。與目前用于環(huán)狀碳酸酯制備的大多數(shù)非金屬催化體系相比,該類催化劑的催化活性可以提高3個(gè)數(shù)量級(jí),甚至與部分金屬催化劑的催化活性相當(dāng),大大縮小了非金屬催化劑和金屬體系之間的差距。此外,催化劑在常溫常壓(25 °C,1 bar)條件下每小時(shí)轉(zhuǎn)化數(shù)TOF = 4.0 h-1,120 °C的TOF值達(dá)到了 815 h-1,150 °C在助催化劑的作用下TOF 值達(dá)到了11050 h-1均為目前已報(bào)道的非金屬催化劑在相似反應(yīng)條件下的最高值。同時(shí),這類雙功能有機(jī)硼催化劑還具有可規(guī);苽洹岱(wěn)定性好和可循環(huán)回收利用等優(yōu)點(diǎn),顯示了良好的工業(yè)化前景。
作者還詳細(xì)考察了催化劑結(jié)構(gòu)對(duì)催化活性的影響,包括有機(jī)硼中心、季銨鹽結(jié)構(gòu)、以及兩者的距離,探究了最優(yōu)的催化體系。作者通過單晶結(jié)構(gòu)的分析、動(dòng)力學(xué)研究、關(guān)鍵反應(yīng)中間體的捕捉和表征,提出并證明了一種分子內(nèi)協(xié)同機(jī)理,即:負(fù)離子同時(shí)作用于路易斯酸硼中心以及正電性的銨陽(yáng)離子間;硼中心通過配位作用活化環(huán)氧烷烴,而被季銨陽(yáng)離子束縛的鹵素負(fù)離子可以有效地親核進(jìn)攻環(huán)氧烷烴形成烷氧基負(fù)離子;隨后二氧化碳快速地插入形成碳酸根鍵;最后,季銨鹽輔助的分子內(nèi)閉環(huán)反應(yīng),釋放出催化劑并生產(chǎn)環(huán)狀碳酸酯產(chǎn)物。最后,作者研究了不同環(huán)氧化合物與二氧化碳的環(huán)加成反應(yīng),包括端位環(huán)氧烷烴和內(nèi)環(huán)氧烷烴,結(jié)果表明該催化劑對(duì)這些環(huán)氧烷烴都具有比較高的反應(yīng)活性和產(chǎn)物選擇性。
博士生張瑤瑤為該論文的第一作者,浙江大學(xué)伍廣朋研究員為論文的通訊作者,該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和浙江大學(xué)百人計(jì)劃啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)的支持。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202010651
- 浙江大學(xué)倪旭峰、凌君團(tuán)隊(duì) Macromolecules:由二氧化碳、1,3-丁二烯和生物基二醇合成功能性聚酯-聚碳酸酯共聚物 2025-01-07
- 上海交大莊小東、王天富/北科大張娟 Adv. Mater.:偶極增強(qiáng)聚合物促進(jìn)大電流電催化二氧化碳制乙烯 2025-01-02
- 浙大伍廣朋/楊貫文課題組 Macromolecules:環(huán)氧丙烷與二氧化碳共聚物聚碳酸亞丙酯PPC的無金屬化高效制備 2024-09-29
- 廣東工業(yè)大學(xué)羅榮昌課題組《ACS AMI》:在同時(shí)捕集和轉(zhuǎn)化CO?為環(huán)狀碳酸酯領(lǐng)域的新進(jìn)展 2022-12-23
- 華南理工大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)秦安軍教授等發(fā)展了二氧化碳和炔類單體的新聚合反應(yīng)并制備了環(huán)狀碳酸酯基聚合物 2019-07-23
- 長(zhǎng)春應(yīng)化所陳學(xué)思院士、龐烜研究員/吉大白福全教授 JACS:氫鍵功能化咪唑類催化劑實(shí)現(xiàn)環(huán)氧化物和環(huán)狀酸酐開環(huán)共聚合成高分子量聚酯 2025-03-31
- 陜科大沈夢(mèng)霞課題組 Small:受生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)啟發(fā)的微/納米纖維碳?xì)饽z錨定Fe單原子/Fe原子簇用于高性能鋅-空氣電池催化劑 2025-03-20
誠(chéng)邀關(guān)注高分子科技

- 市場(chǎng)破300億!PMEC China 色...
- 搶先注冊(cè)!2025年西部橡塑展...
- “碼”上參觀預(yù)登記,好禮拿...
- 聚合物發(fā)泡行業(yè)技術(shù)培訓(xùn)(第...
- 《塑料改性及加工技術(shù)要領(lǐng)》...
- 中國(guó)生命科學(xué)“36%增速”密...
- 關(guān)于舉辦第六屆中國(guó)實(shí)驗(yàn)室發(fā)...
- 2025西部橡塑展年度計(jì)劃重磅...
- 獨(dú)家采訪丨美國(guó)禁令再度升級(jí)...
- 政策助力科研創(chuàng)新,PMEC Chi...
- 邀請(qǐng)函 | 涂料抗菌技術(shù)前沿...
- 大連理工大學(xué)蹇錫高院士團(tuán)隊(duì)...
- 南京林業(yè)大學(xué)羅艷龍 AFM:受...
- 中科大閆立峰教授團(tuán)隊(duì) Macro...
- 武大常春雨、寧波材料所陳濤...
- 南科大陳忠仁教授團(tuán)隊(duì)《Acc....
- 東南大學(xué)張?zhí)熘淌趫F(tuán)隊(duì) JCR...
- 齊魯工大于得海教授 AFM:光...
- 四川大學(xué)王玉忠院士團(tuán)隊(duì) Mat...
- 上海交大莊小東教授團(tuán)隊(duì) Adv...
- 中國(guó)海大田維乾/北林許鳳/青...
- 同濟(jì)大學(xué)杜艾/祝捷/劉宸團(tuán)隊(duì)...