大連化物所實現(xiàn)半導體光催化硼化反應
近日，中國科學院大連化學物理研究所精細化工研究室有機硼化學與綠色氧化創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員戴文團隊在多相光催化硼化方面取得新進展。團隊選用易于制備的硫化鎘納米片作為多相光催化劑，利用光生電子—空穴的協(xié)同氧化還原作用，通過選擇性硼化反應，實現(xiàn)了烯烴、炔烴、亞胺以及芳（雜）環(huán)的高值轉(zhuǎn)化，合成了硼氫化和硼取代產(chǎn)物。
大連化物所實現(xiàn)半導體光催化硼化反應
氮雜環(huán)卡賓硼烷（NHC-BH3）由于其化學性質(zhì)穩(wěn)定且制備方法簡單，近年來作為一種新型硼源，被應用于自由基硼化反應中。然而，大量有害的自由基引發(fā)劑或昂貴且無法回收的均相光催化劑的使用仍然阻礙其廣泛應用。因此，發(fā)展一種通用、廉價且可循環(huán)的催化體系對NHC-BH3參與的自由基硼化反應的發(fā)展具有重要意義。
在上述研究背景下，戴文團隊發(fā)展了一種簡單、高效的多相光催化體系。該體系利用易于制備的硫化鎘納米片作為多相光催化劑，NHC-BH3為硼源，在室溫光照的條件下，實現(xiàn)了多種烯烴、炔烴、亞胺、芳（雜）環(huán)以及生物活性分子的選擇性硼化反應。由于該轉(zhuǎn)化過程充分利用了光生電子—空穴對，從而避免了犧牲劑的使用。進一步研究發(fā)現(xiàn)，該催化體系不僅能夠?qū)崿F(xiàn)克級規(guī)模放大，且催化劑多次循環(huán)后依舊保持穩(wěn)定的收率，同時，該催化體系作為一個可循環(huán)的通用平臺，回收后的催化劑仍可繼續(xù)催化不同種類底物的硼化反應，這些結(jié)果可為以NHC-BH3為硼源的自由基硼化反應的發(fā)展提供新思路。此外，該工作還對所得到的有機硼化物進行了衍生化，合成了含有羥基，硼酸酯和二氟硼烷反應活性位點的合成砌塊。
戴文團隊一直致力于多相催化大宗化學品（烯烴、炔烴、有機硫化物和醇等）的高附加值轉(zhuǎn)化并取得了一系列研究成果：在前期的工作中，分別發(fā)展了鈷基氮摻雜介孔碳催化醇的氧化酯化制備酯（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、廉價錳氧化物催化醇的氧化氨化制備酰胺和腈（Chem，2022）、鐵單原子納米酶催化酮的氧化氨化制備腈（Science Advances，2022）、錳氧化物催化不飽和碳氫資源的氧化氨化制備酰胺和腈（JACS Au，2023）、鈷納米顆粒和鈷單原子協(xié)同催化有機硫化物制備酰胺和腈（Nat. Commun., 2023）。
相關(guān)研究成果以“Facile Borylation of Alkenes, Alkynes, Imines, Arenes and Heteroarenes with N-Heterocyclic Carbene-Boranes and a Heterogeneous Semiconductor Photocatalyst”為題，于近日發(fā)表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被選為熱點文章（Hot Paper）。該工作的共同第一作者是大連化物所博士后謝復開和科研助理毛展。上述工作得到了遼寧省優(yōu)秀青年基金的資助。
