还原允许更清洁和更有效的催化反应

在加速催化反应的持续努力中，使用光氧化金属络合物已成为合成芳香族化合物的标准方法。现在，东京工业大学的研究人员展示了通过还原铑配合物的高产合成途径，使用新设计的催化剂可以将缺电子元素添加到芳香族化合物中，为合成生物活性产品和功能材料开辟了可能性.

催化剂使化学反应更快、更节能，并广泛用于工业和生物过程。每个化学反应都需要一定的最小能量才能成功发生。催化剂通过与反应物结合形成低能量的“中间体”来降低这种能量，这些“中间体”继续产生最终产物。

金属铑 (Rh) 是一种很好的催化剂候选物，因为它们可以具有多种氧化态，使它们能够与反应物形成络合物或中间体。最近，利用光来优化金属催化的反应来改变中间化合物的氧化态，使研究人员能够成功地向芳烃(碳原子形成环的碳氢化合物)添加各种取代基，称为“官能团”。这些研究中的大多数涉及用光诱导“阳离子”(带正电)中间体，该中间体可以促进与富电子官能团的交换以产生官能化芳烃。

现在，在发表在《化学学会杂志》上的一项新研究中，东京工业大学(Tokyo Tech)的研究人员通过展示一种使用“阴离子”的合成方法，扩大了光诱导金属催化反应的范围(带负电)Rh 络合物，以将缺电子的硼基团添加到芳烃上。

在他们的研究中，他们使用了一种新设计的环戊二烯基 (Cp)-铑基催化剂，该催化剂最初与芳烃形成中性配合物。然后，该配合物在光照射下经历“还原”(获得电子)以形成阴离子中间体，进而促进配体(连接到金属原子的分子)与二硼基团的交换，产生称为“芳基硼酸酯”在一个称为“硼酸化”的过程中。领导这项研究的 Yuki Nagashima 教授详细解释说：“催化反应通常通过将金属络合物氧化成阳离子中间体来加速。相反，我们使用‘还原’策略通过替代反应途径催化芳烃的硼化反应。”

研究人员最初通过时间相关的密度泛函理论计算确定了与催化剂形成合适中间体的芳烃类型，然后对用于硼化反应的催化剂进行了筛选。在对芳烃和二硼基团上的各种催化剂进行测试后，他们发现中性金属配合物必须用光激发到“三重态”，然后才能还原到阴离子态以产生相应的芳基硼酸酯。

新的合成策略适用于含有多种官能团的芳烃，并产生高产率(高达 99%)。此外，与传统的金属催化硼化相比，它使用更温和的反应物并允许在室温下进行硼化，从而使过程更清洁、更节能。

“我们开发了第一个通过光激发 Cp-Rh 中间体‘还原’生成阴离子金属配合物的方案。这将为其他缺电子元素(如硅烷和锡)的功能化以及合成铺平道路生物活性和功能性化合物，”Nagashima 在谈到他们研究的未来前景时说。

毕竟，少即是多，“减”肯定更好!

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