我国科学家发现新催化体系

既廉价又简单,工业应用前景广阔

2019年04月01日13:21  来源:人民网-科技频道
 

人民网4月1日电  来自中国科技大学的青年科学家团队发现了一种既廉价又简单的全新催化剂体系,具有广阔的应用前景。

该成果前不久以研究长文的形式在国际权威期刊《Science》在线发表,审稿人给予高度评价:这个工作可能会在光氧化还原催化领域引发新的研究方向……给我们提供了一个非常有趣的概念:在不需要昂贵的过渡金属或者有机染料的作用下实现脱羧烷基化转化的方法,这对许多合成化学家来说可能是个好消息,催化体系非常简单、具有很好的应用前景,许多化学家将很快会使用该方法解决一些合成上的问题。

据该文通讯作者——中国科技大学的傅尧、尚睿研究员介绍,羧酸化合物在日常生活和生产中占据着重要地位,很多人们耳熟能详的物质都是羧酸化合物,比如构成蛋白质的基本物质氨基酸、食用醋的重要成分乙酸等。把羧酸化合物中的羧基脱去,产生的自由基片段在材料、制药等行业中都有重要用途。传统的脱羧方法往往在高温下进行,会产生数量众多、种类不明的各种副产品,导致最终产品难以在产业中方便使用。

近年来,科学界尝试使用光催化反应的手段实现脱羧转化。较之传统的加热反应,光催化具有操作简单、易于控制和节能环保等优点。光催化体系已成功应用于多种复杂功能分子的合成,展现出突出的催化合成价值和工业应用潜力。但是,目前光催化剂的类型主要为铱、钌等贵金属配合物,结构复杂而且价格昂贵。这使得光催化工业体系成本高昂、流程复杂、控制难度大。因此,开发新型廉价多功能的光催化体系,成为国际同行的研究热点。

傅尧和尚睿研究团队独辟蹊径,首次提出了“基于可见光激发的分子间电荷转移用于光氧化还原催化”的新概念,并发现了一种简单易得、高效环保的非金属阴离子复合物光催化体系。该体系使用廉价的碘化钠、三苯基膦(彩色胶卷显象的抗氧剂)和羧酸酯原料的协同反应,成功实现了脂肪羧酸衍生物脱羧反应。

据介绍,该催化体系可以驱动氧化还原循环,不仅使催化过程大为简化,还可以显著降低光催化剂的成本。利用这一全新的催化体系,傅尧和尚睿研究团队成功将多种天然、非天然氨基酸脱去羧基官能团;该反应在产量达到克级规模时仍可保持较高的催化效率,意味着产业化的可行性。

科学家表示,这种新型光催化体系大大降低了催化剂成本,成功实现了温和条件下一系列重要的脱羧脱胺偶联反应,突破了传统反应的限制,解决了过渡金属在功能化合物和药物合成中残留等问题,为生物质羧酸分子转化、手性药物合成和多肽修饰提供了新的手段,具有重要的合成化学价值和良好的工业应用前景。(赵永新、范琼)

(责编:曹昆)

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