一种新型催化剂很可能促进向绿色化学的转变。
横滨国立大学的化学家成功开发出含有两种贵金属的创新催化剂，该催化剂在酯生成化学反应中表现出显著的效率，并利用氧气作为唯一的氧化剂，使该过程更加环保和可持续。
他们的研究结果于 6 月 6 日发表在《美国化学会志》上。
交叉脱氢偶联 (CDC) 反应属于 C-H 键活化反应，在有机合成和工业化学中起着至关重要的作用。CDC 反应因其原子经济性而得到广泛发展，成为可持续的化学合成策略，这意味着它们可以高效利用反应物并最大限度地减少浪费。
芳烃与羧酸之间的 CDC 反应激活芳烃(苯等芳香烃)的 C–H 键，与羧酸形成 C–O 键，直接生成芳基酯。酯是一种广泛用于各种行业(包括制药和聚合物生产)的化合物。
然而，这些 CDC 反应需要氧化剂或氧化剂才能发生。
横滨国立大学工程学院教授、该研究的通讯作者 Ken Motokura 表示：“芳烃和羧酸的交叉脱氢偶联反应通常由均相催化剂与高价碘试剂等危险氧化剂进行。
传统氧化剂对人类和动物有剧毒，容易引发爆炸，或产生污染或有害副产品，因此这些方法存在严重的环境和安全隐患。
为了寻求一种更环保的方法，研究小组开发了一种名为 RhRu 双金属氧化物簇 (RhRuO x /C) 的催化剂，它由贵金属族中的两种金属铑 (Rh) 和钌 (Ru) 与氧气结合而成。这些催化剂的平均直径仅为 1.2 纳米，在利用氧气作为唯一氧化剂的情况下，在 CDC 反应中表现出卓越的催化活性。分子氧无毒、储量丰富、对环境无害，并且能高效地将反应物转化为产物，而水是唯一的副产品。
研究人员利用先进的成像和光谱技术，确认了 RhRu 双金属氧化物簇的结构和形成。详细的动力学和计算研究揭示了反应机理。该催化剂与各种类型的芳烃和羧酸具有高反应性，使其可用于生产芳基酯。
横滨国立大学工程学院助理教授、该研究的第一作者 Shingo Hasegawa 说：“我们的研究表明，贵金属基双金属氧化物簇有望用于以分子氧为唯一氧化剂的 C-H 键活化反应。”
新催化剂具有使化学反应更加可持续和高效的潜力，为更绿色的化学合成开辟了可能性。研究人员计划探索这些催化剂在其他重要化学反应中的应用。
Motokura 表示：“我们的最终目标是在温和条件下利用分子氧建立由金属氧化物簇催化的高效、区域选择性 C-H 功能化反应，促进更加环保的化学实践。”
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