多相催化剂的福音
一支国际科学家研究团队成功使用硫醇基将钯拴系于金属有机框架(MOF)中,该硫醇基通常会引起催化剂中毒。通过这一研究成果,金属中心变得既不太可溶也不会太密集,而是正好适用于无损催化剂。
多相催化剂要比可溶性均相催化剂更便于回收,在多相催化剂中,金属催化剂被支撑在一种非可溶性结构上。但金属催化剂从支撑结构上被浸析入溶液中一直是多相催化剂需要解决的中心问题,金属催化剂被溶液浸析引起的成本支出十分高昂,不论是催化剂更换或再提纯和回收。在药物合成领域,药物活性组分里的金属残余要求十分严格。比方说,对于口服药剂,钯含量要比非肠道接触药物低一个数量级,必须少于10ppm。
曾获得诺贝尔奖的铃木偶联反应(Suzuki–Miyaura reaction)是芳基类形成C-C键的最重要合成步骤,被广泛应用于精细化工和医药领域,该反应过程中需要用到钯催化剂。现在,来自香港城市大学的Zhengtao Xu团队、武汉大学Cheng Wang团队以及杨斯镇州立大学(Matthias Zeller at Youngstown State University)的Matthias Zeller共同合作,成功解决了铃木偶联反应中催化剂浸析的问题。
硫醇基结构的制作方法类似于阴阳理论,Xu评论说。具体说,软性硫醇功能化有机链上的化学硬性羟基与硬性锆离子(第四主族)结合形成框架结构,剩下的硫醇可以与软性金属催化剂结合。受硫醇基空间限制,钯被困于多相框架之中,这样就避免了金属中心中毒或过密。
他们的方法十分有效,反应溶液中钯含量低于0.015ppm。
“Xu的实验室继续引领硫衍生MOF的合成研究,”MOF领域专家,来自加利福尼亚大学的Seth Cohen评论道,“这一研究成果将适用于多个化学领域,包括贵金属催化剂及其回收。”
美国西北大学催化MOF权威科学家Omar Farha也同意Seth Cohen的观点并称该项研究成果“证明了对化学链和官能团进行有效控制可以解决催化剂失活问题”。
Xu希望他们的工作能够突出这些催化剂反应基础多相性筛选研究的重要性。更广泛讲,希望这一研究成果能够“拓展硫醇基在开放式架构材料功能化的应用”
新材料在线编译整理——翻译:刘磊
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