——前言——
MOF天然地具备有机链以及金属配位中心,可控合成的孔道结构,天然地具备明显催化材料的特质,近年来MOF材料用于吸附分离、催化等漂亮结果应接不暇。
而另一方面,MOF材料作为一种固相材料,若能其用于复杂有机物的合成,对化学、制药等工艺创新有着重要的意义。不仅可以保持金属配位中心的均相特性,也可以使得催化剂具备多相的特性,利于回收再利用。但是目前,大部分的纳米催化剂都用于活化简单的小分子,很少用于结构复杂的有机物的合成中。
北京时间0922日凌晨,Science 上线了来自德国莱布尼茨催化研究所的Mathias Beller的最新Science结果,将MOF金属催化剂成功到有机分子的合成中。该工作利用简单的前躯体热解方法,得到的Co-MOF金属纳米催化剂用于含氮类复杂有机物的合成上,取得了巨大成功。
——背景——
一般的金属催化剂的负载方法,如金属盐热解、煅烧以及化学还原,制备得到的催化剂用于复杂有机分子的合成活性和选择性较差。一种改善金属配位中心的方法是,使用有机金属前躯体,进行温和条件地热解。而在该工作中,作者利用金属有机框架化合物(cobalt diamine-dicarboxylic acid MOF)作为合成Co纳米粒子的前躯体,利用强键合的Co-有机基团作为导向模板,在温和条件下热解成的Co纳米粒子催化剂可以有效地催化碳基物种的胺化反应。
——本文亮点——
1. 利用Co-MOF材料作为结构导向模板,温和裂解得到的Co纳米粒子稳定地负载于碳载体上。
2. 该催化剂在合成伯、仲、叔和N-甲基胺类都十分有效,底物可达140种以上,方法应用广。
3. 该催化反应可以将碳基物(醛、酮)与NH3、胺、硝基化合物以及分子H2等反应底物有效耦合,可以在工业化规模和生成条件下操作,提供了一种普适的含N类的有机物的高选择性合成方法。
——图文快解——
Fig. 1Preparation of graphitic shell encapsulated cobalt nanoparticles supported on carbon using MOF precursors.
图1. 利用MOF前躯体,在碳载体上制备石墨碳包覆的Co纳米粒子负载催化剂。
图2. 催化剂的表征。(A) Co-DABCO-TPA@C-800催化剂的EDXS 成像和STEM分析。Cobalt = red, Oxygen = blue, Carbon = green。(B)EELS/EDXS的元素分析。
图 3 Co-DABCO-TPA@C-800 催化剂用于还原胺化醛类底物合成线式伯胺。
图 4 Co-DABCO-TPA@C-800 催化剂用于还原胺化酮类底物。
图 4 Co-DABCO-TPA@C-800 催化剂用于合成仲胺类和叔胺类有机物。
图 4 Co-DABCO-TPA@C-800 催化剂用于合成N-甲基胺类有机物。
——作者简介——
Matthias Beller教授,德国莱布尼兹催化研究所所长。1989年获得德国哥廷根大学博士学位,1996年至1998年在德国慕尼黑工业大学任无机化学副教授,1998年6月被聘为德国罗斯特克大学全职教授兼任罗斯特克大学有机化学与催化所负责人,2001年3月被授予德国亚琛大学C4-教授席位,2006年9月被授予哥廷根大学W3-教授席位。Matthias Beller教授目前主要致力于有机化学、催化化学、化学储能等研究领域,取得了一系列非常杰出的研究成果。截至目前,在包括Science、Nature等国际期刊上发表学术论文600多篇,被他人引用22000多次,申请德国、欧洲等国际专利100多项,多项科研成果实现了工业应用。Matthias Beller教授多次获得国际著名奖励,包括欧洲可持续化学奖(第一届)、亚历山大洪堡奖、德意志联邦共和国勋章、美国有机反应催化学会Paul Rylander奖等。Matthias Beller教授是德国科学院院士,德国化学会“可持续化学”组负责人,德国莱布尼茨协会副主席。同时,他还担任诸多国际著名杂志的主编或编委、英美法意多国著名大学客座教授。
课题组主页:https://www.catalysis.de/en/
小编感想:MOF催化剂都进军有机界了。小编我常年做多相催化剂,只接触CO,CO2等伪有机物,是不是考虑把有机化学书捡起来,擦擦灰尘,然后考虑手中的催化剂粉末试试有机反应?
备注:由于小编学识有限,如有不科学之处,恳请方家指正,更多精彩内容请大家移步阅读原文。
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