湖南大学邹雨芹AM:电催化C-N偶联反应高效合成𝜶-氨基酸

第一作者：Zhonghuan Zhu

通讯作者：邹雨芹

通讯单位：湖南大学

电催化C-N偶联法合成 𝜶-氨基酸具有反应条件温和、反应参数可控、原子经济性高等优点，引起了广泛的关注。然而， 𝜶 -氨 基 酸 产酸率仍不令人满意。本文采用原子分散的Fe负载缺陷TiO ₂ 单片电催化剂（ _ad Fe-TiO _x /Ti）实现了α-amino酸的高效电催化合成。

本文中作者筛选了肟加氢所需的电催化剂组合物。制备的 _ad Fe-TiO _x /Ti具有≈100%的高乙醛酸转化率和80.2%的甘氨酸选择性。

要点 1 . 在本研究中，采用原子分散的Fe负载缺陷TiO ₂ 单片电催化剂（ _ad Fe-TiO _x /Ti）实现了 𝜶 -氨 基 酸 的高效电催化合成。制备的 _ad Fe-TiO _x /Ti具有≈100%的高乙醛酸转化率和80.2%的甘氨酸选择性。

要点 2 . 作者用理论计算解释了 _ad Fe位点和OVs在电催化C-N偶联反应中的作用。采用原位光谱法对NO ₃ ⁻ →NH ₂ OH→肟→ 𝜶 -氨 基 酸 的反应路径进行了跟踪。本研究为设计高选择性、高收率合成 𝜶 -氨 基 酸 的电催化剂提供了思路。

图1：(a) GA与NO ₃ ⁻ 电催化C-N偶联生成甘氨酸示意图。(b)不同电极电催化C-N偶联的产物分布和GA转化。(c)不同电极氧化石墨烯电加氢反应的产物分布及FE。 (d)不同电极在−0.7 VRHE下氧化石墨烯电加氢反应与HER的电流密度比。(e)不同电极吸附氧化石墨烯后表面巴德电荷的平均数目。

图3：(a)在含0.1 M GA和1.0 M NaNO ₃ 的0.5 M H ₂ SO ₄ 中TiO ₂ /Ti、TiO _x /Ti和 _ad Fe-TiO _x /Ti的LSV曲线；(b) TiO ₂ /Ti、TiO _x /Ti和 _ad Fe-TiO _x /Ti上的产物分布、甘氨酸选择性和GA转化的比较；(c)采用 _ad Fe-TiO _x /Ti制备的电解液1H NMR谱图；(d)在TiO ₂ /Ti、TiO _x /Ti和 _ad Fe-TiO _x /Ti上制备甘氨酸的速率和产率的比较；(e) _ad Fe-TiO _x /Ti连续电解10次后的产物分布、甘氨酸选择性和GA转化率；(f) _ad Fe-TiO _x /Ti（电极面积为10 cm ² ）在100 mL H-cell中的LSV曲线。

参考文献：Zhonghuan Zhu, Yimin Jiang, Leitao Xu. et al. Highly Efficient Synthesis of α-Amino Acids via Electrocatalytic C-N Coupling Reaction Over an Atomically Dispersed Iron Loaded Defective TiO ₂ . Advanced Materials. (2024).

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202409864

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