基于非贵金属催化剂催化转移氢化反应的理论研究与催化剂设计
批准号:
21773312
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
赵存元
依托单位:
学科分类:
B0301.化学理论与方法
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
许先芳、侯成、张学鹏、周晓雨、张家华
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中文摘要
基于非贵金属中心的转移氢化催化体系,可以在温和的条件下,实现催化氢化反应,在有机合成,工业催化以及化学储氢反应中有着重要的意义和广阔的应用前景。在该研究领域内,对反应机理的总结和归纳并不全面,对影响催化剂驱动力和反应机理的重要因素也没有进行深入的讨论。针对目前研究中所面临的研究现状,本项目从理论角度出发,通过量子化学手段,梳理转移氢化催化体系的机理类型,建立完整系统的理论框架,对影响催化剂活性和反应性的重要影响因素,如氢源活性、金属中心、配体效应和溶剂化作用进行总结和归纳。同时利用计算化学手段设计新型基于非贵金属的转移氢化催化剂,进一步探索构效关系。通过系统研究,深入认识非贵金属转移氢化催化体系的结构—活性—机理之间的规律,为设计新型高效转移氢化催化剂提供重要的设计思路和理论基础。
英文摘要
The transfer hydrogenation system based on earth-abundant transition metal elements can achieve catalytic transfer hydrogenation reaction under benign conditions, which is of great significance and has an extensive application in organic synthesis, industrial catalysis and chemical hydrogen storage reaction. However, the catalytic mechanistic insight still lacks for further summary and discussion. Confronting the current lack of research in this area, this research project is intended to provide an overview of the mechanistic details from the perspective of quantum chemistry. A theoretical frame will be built and the important factors will be summarized, including the nature of hydrogen source, the electronic structure of metal center, the ligand effect and the solvation process, which have tremendous impact on the activity and reactivity. Using the state-of-art computational method, we can design new catalytic system based on earth-abundant metal for transfer hydrogenation reaction and further illuminate the structure-activity relationship. Based on these understanding, this study will provide insights and guidelines for the design and development of novel efficient transfer hydrogenation system.
非贵金属催化的转移氢化体系是目前绿色化学和新能源领域的热点问题,催化剂采取非贵金属作为催化剂中心,配合双官能活性配体,具有低成本、低毒性、高活性的优点。然而,在此前的研究中,研究者对催化氢化反应机理的总结和归纳并不全面,对影响催化剂驱动力和反应机理的重要因素也没有进行深入的讨论。鉴于此,本项目采用密度泛函理论(DFT)方法对非贵金属催化转移氢化反应进行全面而系统的理论研究,并为转移氢化反应建立完善的机理框架,同时详细梳理其重要的影响因素和规律。.配合物的金属中心对整个催化过程有着决定性的影响。我们对配合物金属中心的电子结构及其对反应的影响进行详细的梳理和阐述,从而为选择合适的金属中心,设计新型催化剂提供理论指导;在转移氢化反应中,催化剂的配体为催化循环提供驱动力,对催化剂配体进行详细的研究和阐述对设计新型转移氢化体系有着重要的意义;氢源的给氢能力是另一个重要因素。我们对不同氢源和催化剂进行电子转移时所表现的活性差异加以梳理,从而为选择合适氢源提供理论指导;溶剂化作用分为隐式效应和显式效应。我们系统研究了不同溶剂对反应活化能的影响情况,并对比显式模型和隐式模型的差异,为实验研究提供理论指导。.本项目对非贵金属转移氢化催化剂进行系统的理论研究,详细梳理各类转移氢化的机理类型,从微观层面揭示影响转移氢化催化剂驱动力的重要因素,从催化剂配合物金属中心,配体结构,氢源特性和溶剂效应四个方面,详细阐述这些影响因素与活性之间的构效关系,为预测和设计新型转移氢化催化体系提供重要的理论指导。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Unraveling mechanisms of the uncoordinated nucleophiles: theoretical elucidations of the cleavage of bis(p-nitrophenyl) phosphate mediated by zinc-complexes with apical nucleophiles.
解开不配位亲核试剂的机制:通过锌配合物与顶端亲核试剂介导的双(对硝基苯基)磷酸酯裂解的理论阐明
DOI:10.1039/c9ra06737j
发表时间:2019-11-19
期刊:RSC ADVANCES
影响因子:3.9
作者:Zhou, Xiaoyu;Zhang, Xue-Peng;Li, Weikang;Jiang, Jingxing;Xu, Huiying;Ke, Zhuofeng;Phillips, David Lee;Zhao, Cunyuan
通讯作者:Zhao, Cunyuan
Electronic Effect on Bimetallic Catalysts: Cleavage of Phosphodiester Mediated by Fe(III)-Zn(II) Purple Acid Phosphatase Mimics
双金属催化剂上的电子效应:Fe(III)-Zn(II) 紫色酸性磷酸酶模拟物介导的磷酸二酯裂解
DOI:10.1021/acs.inorgchem.0c01011
发表时间:2020
期刊:Inorganic Chemistry
影响因子:4.6
作者:Zhou Xiaoyu;Zhang Xue-Peng;Li Weikang;Phillips David Lee;Ke Zhuofeng;Zhao Cunyuan
通讯作者:Zhao Cunyuan
Study on C-H amination reactions catalyzed by iron porphyrin nitrene complexs with different nitrogen sources
不同氮源铁卟啉氮烯配合物催化C-H胺化反应的研究
DOI:10.1016/j.inoche.2020.107787
发表时间:2020
期刊:Inorganic Chemistry Communications
影响因子:3.8
作者:Zhang Jiahua;Hou Cheng;Li Weikang;Xu Huiying;Zhao Cunyuan
通讯作者:Zhao Cunyuan
Elucidating metal hydride reactivity using late transition metal boryl and borane hydrides: 2c-2e terminal hydride, 3c-2e bridging hydride, and 3c-4e bridging hydride
使用后过渡金属硼基和硼烷氢化物阐明金属氢化物反应性:2c-2e 末端氢化物、3c-2e 桥接氢化物和 3c-4e 桥接氢化物
DOI:10.1039/c8cy00766g
发表时间:2018
期刊:Catalysis Science & Technology
影响因子:5
作者:Li Yinwu;Liu Jiahao;Hou Cheng;Shao Youxiang;Qu Ling-Bo;Zhao Cunyuan;Ke Zhuofeng
通讯作者:Ke Zhuofeng
DFT study reveals an unusual non-bifunctional mechanism for CO2 hydrogenation using a kind of PNP-Fe catalyst
DFT 研究揭示了一种使用 PNP-Fe 催化剂进行 CO2 加氢的不寻常的非双功能机制
DOI:10.1016/j.inoche.2019.107758
发表时间:2020-04
期刊:Inorganic Chemistry Communications
影响因子:3.8
作者:Li Weikang;Zhou Xiaoyu;Chen Zhe;Du Chao;Zhao Cunyuan
通讯作者:Zhao Cunyuan
金属配合物模拟酶催化磷酸酯及其类似物水解机理的理论研究
- 批准号:21573292
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:64.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:赵存元
- 依托单位:
金属氮宾高效引发选择性C-H键插入不对称合成C-N键反应的理论研究
- 批准号:21373277
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:80.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:赵存元
- 依托单位:
金属锌配合物模拟酶催化磷酸酯水解机制的理论研究
- 批准号:21173273
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:赵存元
- 依托单位:
金属氮宾催化C-H键氮插入/氮杂环丙烷化反应机理的理论研究
- 批准号:20973204
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:32.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:赵存元
- 依托单位:
卤甲基金属卡宾体引发不对称环丙烷化立体选择机理的理论研究
- 批准号:20673149
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:28.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:赵存元
- 依托单位:
国内基金
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