C键氧化断裂研究取得新进展

  1,2-二醇断裂是有机化学中一种非常重要的引入羰基的合成方法。传统1,2-二醇断裂所使用的氧化剂包括高碘酸、高碘酸纳、四醋酸铅、高猛酸钾等，为了使反应完全，氧化剂用量较大，对环境具有一定的危害。研究人员使用空气中的氧气作为氧化剂来断裂1,2-二醇，从诸多因素考虑，开发一些廉价的非贵金属多相催化剂在温和、绿色的条件下实现1,2-二醇的氧化断裂合成碳基化合物，成为了设计催化剂的关键所在。

研究团队开发了一种氮掺杂多孔碳负载的钴基催化剂，能够在温和条件下以分子氧为氧化剂，氧化断裂多种1,2-二醇C-C键，生成相应的酯、酮或者醛。例如在室温、常压下，该催化剂可以实现频哪醇氧化断裂。该催化剂在多步一锅反应中也表现出高催化活性。通过大量对比实验、动力学及同位素标记实验，科研人员分别对末端二醇和频哪醇氧化断裂反应过程进行了研究：对于末端二醇的研究表明，该催化过程顺次发生了逐步氧化、亲核加成和C-C键断；对于频哪醇的研究表明，内消旋体比外消旋体反应速率快，反应过程遵循II型机制，在二醇和活性氧化剂之间形成单齿配合物，然后经过双子氧化断裂为羰基产物。由于该催化体系具有反应条件温和、利用非贵金属为催化剂、催化剂具有可重用性，因此具有显著优势。

本项研究工作将氮掺杂多孔碳材料应用拓展至1,2-二醇C-C键氧化断裂体系中。能为C-C键氧化断裂催化剂的开发提供了新思路。（记者刘万生 通讯员王连月）

DOI：https://doi.org/10.1038/s42004-019-0116-5

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