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丢失的电子揭示了新型铜基催化剂的真面目

信息来源:r-f.cn   时间: 2019-09-27  浏览次数:52

丢失的电子揭示了新型铜基催化剂的真面目

氮宾也叫氮卡宾,氮烯或者乃春(Nitrene),是缺电子的一价氮活性中间体,性质与碳烯类似。【来源于百度百科】

据优睿科(eurekalert.org)网站9月24日报道,美国康奈尔大学、哈佛大学、斯坦福大学和SLAC国家加速器实验室的研究人员在《科学》杂志发布了题为“铜基三联硝基化合物的合成与铜催化胺化反应”的论文,认为具有反应活性的铜-氮宾催化剂可以打破牢固的碳氢键,并将其转化为碳氮键。该成果将对医药和化学合成等行业产生深远影响。论文作者、化学与化学生物学副教授Kyle Lancaster说:“哈佛大学的Ted Betley和我都对氮、氧等轻原子的氧化态很感兴趣。我们发现,氧化这种含氮单铜化合物时,电子会脱离氮原子。而当氮或氧这样的轻原子缺电子时,它们的反应性将变得非常强,甚至足以破坏碳氢键,并形成碳氮键。”

长期以来,尽管研究人员一直预测缺乏两个特定电子的氮宾与反应活性有关,但这种“难以捉摸”的物种并未被直接发现过。Lancaster团队非常善于利用X射线技术确定过渡金属化合物中缺失电子的位置。Lancaster与博士生Ida DiMucci对铜原子和单原子上的电子进行了编号,并采取了原子杂波干扰清除等处理,以确定两个空穴的确切位置。此外,DiMucci等还进行了高质量的计算分析来确证他们的发现。DiMucci说:“我们非常震惊,理论与数据的吻合度非常高。计算结果显示,如果我们的预计是正确的,那么我们将发现两个相隔0.6电子伏特的特征峰。在实验过程中,我们确实有这样的发现。”

哈佛大学的研究人员为氮宾构建了配体结构,以确保氮宾和催化剂的稳定性。铜-氮宾催化剂的活性很高,一旦引入碳氢键,催化剂就能打破它。这一简便的转化过程可以使药品、洗涤剂和染料等产品的生产成本显著降低、生产效率明显提高。Lancaster说:“如果研究人员发现一种复杂的有机大分子是潜在的药物分子,希望能大规模生产它。这时候我们就需要有更好的方法来构建化学键。”Lancaster对哈佛大学、斯坦福大学和SLAC的同仁提供的帮助给与了高度评价。他说:“我们都有各自专精的方向。将光谱学和电子结构理论、合成技术结合起来,是解答化学问题的有效方式——物理学家同仁们拿出的强大的新仪器,总会让我们的工作变得更加容易。”

科界原创

编译:雷鑫宇

审稿:三水

责编:张梦

期刊来源:《科学》

期刊编号:0036-8075

原文链接:

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-09/cu-mer092419.php

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