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生物质碳酸钙基“受阻”路易斯酸碱对(FLP)的构建及其催化C=N键氢化机理的研究

批准号:
22102084
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王冰清
依托单位:
学科分类:
催化化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王冰清

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
催化加氢作为有机合成中的一种有效还原手段,具有反应易于控制、产物收率高、原子经济性高等特点。目前,催化加氢技术主要依赖贵金属材料催化,而研发高效、绿色的新型非贵金属催化加氢体系仍是一大挑战。相比于贵金属材料,“受阻”路易斯酸碱对(Frustrated Lewis Pairs, FLPs)在催化加氢过程中具有环境友好,无重金属残留等优势,符合绿色化学的要求。本项目申请团队早期研究发现,表面富含羟基的生物质碳酸钙能够有效的吸附游离的H2分子。考虑到生物质碳酸钙的特殊性质,本项目拟用生物质碳酸钙表面羟基作为路易斯酸性位点,强σ给电子能力的氮杂环卡宾(NHC)作为路易斯碱性位点,原位调控新型的生物质碳酸钙基异相FLPs的结构,研究该FLPs结构与催化C=N键加氢反应性能的构效关系。本申请项目通过对生物质碳酸钙表面的合理修饰使其结构功能多样化、应用多元化,为研发新型的催化加氢体系提供理论依据。
英文摘要
As an effective reduction method in organic synthesis, the development of efficient catalytic hydrogenation system is still challenging. Compared to noble metal catalysts, the frustrated Lewis pairs has the advantages of environmental friendliness, no heavy metal residue, which conforms to the requirements of green chemistry . In this proposed project, a new heterogeneous bio-CaCO3 based-FLPs catalysis with hydroxyl group and N-heterocyclic carbene (NHC) would be constructed and the structure-activity relationship for hydrogenation of unsaturated C=N bonds would be studied. This proposed project intends to make the bio-CaCO3 more diversification in structure and application, which would provide some directive value for the development of new catalytic hydrogenation system.
催化加氢在有机合成领域是一种极为有效的还原方法,具备反应易控制、产物收率高以及原子经济性良好等诸多优点。当下,催化加氢技术大多依赖贵金属材料作为催化剂,然而研发高效且绿色的新型非贵金属催化加氢体系,依然是化学领域面临的重大挑战。与贵金属材料相比,“受阻” 路易斯酸碱对(Frustrated Lewis Pairs,FLPs)在催化加氢过程中展现出显著优势。项目申请团队在前期研究中发现,表面富含羟基的生物质碳酸钙对游离的H₂分子有着出色的吸附能力。鉴于生物质碳酸钙的这一特殊性质,本项目采用生物质碳酸钙表面的羟基作为路易斯酸性位点,同时选用具有强 σ 给电子能力的氮杂环卡宾(NHC)作为路易斯碱性位点,以此原位调控新型生物质碳酸钙基异相 FLPs 的结构,并深入探究该 FLPs 催化 C=N 键加氢反应性能之间的构效关系。以Bio-CaCO3为基础,通过离子交换和水浴加热两步法,运用多种表征手段深入分析发现,Cu²⁺掺杂在Bio-CaCO3且NHC能有效锚定,成功构建了生物质碳酸钙基异相FLPs催化剂。研究以N -苄亚甲基苄胺的C=N双键氢化反应为探针反应,实验结果显示,不同掺杂离子、NHC种类对催化性能影响不同,增加Cu²⁺掺杂量可提生产率,DHIC 提升效果最佳。反应时间与产率紧密相关,随时间延长产率上升。利用H2-TPD、动力学研究及理论计算等手段揭示了催化剂表面 FLPs 吸附并活化H2,使其与C=N基团反应完成催化氢化过程。这一研究成果为新型非贵金属催化加氢体系的开发提供了新的思路和理论依据,有望促进绿色化学在催化加氢领域的进一步发展。
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