方案簡介

催化是研究化學(xué)反應(yīng)的能壘和速率受到其他物質(zhì)影響的學(xué)科。通常在異相催化過程中，催化底物（反應(yīng)物）是在催化劑的表面上發(fā)生反應(yīng)的，這其中涉及了一系列吸附、輸運、化學(xué)反應(yīng)、脫附等過程。催化研究通常包含以下的內(nèi)容：

催化劑的結(jié)構(gòu)，尤其是表面結(jié)構(gòu)；

底物在催化劑表面的物理吸附、化學(xué)吸附以及擴(kuò)散過程；

催化劑、底物和吸附結(jié)構(gòu)的譜學(xué)表征；

催化劑的活性和選擇性的評估，這主要涉及反應(yīng)機(jī)理的可靠驗證

吸附的熱力學(xué)和動力學(xué)

催化劑的結(jié)構(gòu)，尤其是表面結(jié)構(gòu)

底物在催化劑表面的物理吸附、化學(xué)吸附以及擴(kuò)散過程

在化學(xué)反應(yīng)時間和空間尺度范圍內(nèi)研究擴(kuò)散和結(jié)構(gòu)變化

譜學(xué)表征

催化劑、底物和吸附結(jié)構(gòu)的譜學(xué)模擬，并與實驗進(jìn)行對照，更好的進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析

模擬分子、塊體、吸附結(jié)構(gòu)等的紫外可見光譜、紅外光譜、拉曼光譜、核磁共振譜等

反應(yīng)機(jī)理研究和速率估算

搜索可能的反應(yīng)路徑，觀察、研究反應(yīng)過程

反應(yīng)速率研究工具，可以根據(jù)勢壘直接估算反應(yīng)速率

使用基于力場的分子動力學(xué)，探索未知反應(yīng)

催化劑活性評估

反應(yīng)機(jī)理可靠性驗證

催化劑的活性和選擇性的評估

特殊催化體系

電催化。使用獨特的模型可以在電場存在的情況下研究金屬電極表面的反應(yīng)機(jī)理，預(yù)測催化活性

光催化。研究表面能級和催化底物能級之間的排列，以及它們之間的電荷轉(zhuǎn)移可能性，探索光催化機(jī)理

科學(xué)家利用鈷催化劑實現(xiàn)醚的羰基化轉(zhuǎn)化

近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化羰基化研究組研究員吳小鋒團(tuán)隊在醚的羰基化反應(yīng)方面取得新進(jìn)展，發(fā)展出一種鈷催化劑，實現(xiàn)了醚類化合物的胺化羰基化反應(yīng)。該策略從簡單的醚出發(fā)，在鈷催化作用下構(gòu)建了結(jié)構(gòu)豐富的α-酰胺基取代的醚。

醚類化合物廣泛存在于生物質(zhì)、化學(xué)原料和精細(xì)化學(xué)品中，是生產(chǎn)增值化學(xué)品和生物質(zhì)衍生化學(xué)品的大宗化學(xué)原料。醚類及其相關(guān)單元的存在可改變母體分子的物理化學(xué)性質(zhì)，此外，在藥物設(shè)計中，環(huán)醚被經(jīng)常用作蛋白酶抑制劑來對抗病毒。然而，由于醚固有的惰性，醚類化合物的羰基化反應(yīng)尚未實現(xiàn)。鈷是一種應(yīng)用廣泛的廉價金屬催化劑，但較少被用在羰基化反應(yīng)中，原因在于一氧化碳趨向于與鈷金屬緊密配合，而得到穩(wěn)定的羰基鈷配合物，以及鈷催化劑的活性對添加的用于調(diào)整反應(yīng)活性的配體不敏感等。因此，實現(xiàn)醚類化合物的羰基化反應(yīng)頗具挑戰(zhàn)。

致力于各種不同羰基化反應(yīng)的研究。本研究中，科研團(tuán)隊在前期工作的基礎(chǔ)上，發(fā)展出一種新穎的羰基化策略——利用惰性醚作為羰化底物、廉價金屬鈷作為催化劑，在二叔丁基過氧化物存在下，實現(xiàn)醚類化合物的羰基化反應(yīng)。研究利用該策略，構(gòu)建了一系列α-酰胺基取代的醚類衍生物，并獲得了中等收率的可市售藥物阿夫唑嗪。

相關(guān)研究成果以Cobalt-Catalyzed Direct Aminocarbonylation of Ethers: Efficient Access to α-Amide Substituted Ether Derivatives為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。研究工作得到王寬誠教育基金等的支持。