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课题组在Nat. Commun.上发表关于双核钴/钾团簇析氢催化剂的文章
发布时间:2025-12-06

析氢反应是能源化学领域的关键转化过程,开发高效析氢催化剂对其实际应用至关重要。基于对天然[NiFe]-[FeFe]-氢化酶结构的研究,引入双金属中心和质子传递位点已成为设计高效析氢催化剂的两种常用策略。目前,这两种策略已分别在均相和非均相催化体系中得到应用。然而,由于缺乏合适的催化剂平台,将这两个策略同时整合到单一催化剂中的研究仍较为有限。值得关注的是,基于此类协同策略所开发的高性能析氢催化剂,有望驱动有机分子中C–H键的还原性断裂,进而实现传统催化体系难以达成的位点选择性官能团化反应

课题组在前期电化学析氢催化剂开发及C-H官能化反应研究的基础上(Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 7275-7282; CCS Chem. 2022, 4, 1938-1948; Chem Catal. 2023, 3, 100582; ACS Catal. 2023, 13, 8731-8751; J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 14143-14154; Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202400938; Nat. Commun. 2024, 15, 2897; Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202508369。近日基于Salen钴平台催化剂开发了双核钴/钾析氢催化剂,实现了N-烯丙基亚胺的末端C-H键官能化反应(Nat. Commun. 2025, 16, 8435)。

   文章要点:

(1)提出了引入碱金属离子的催化剂策略:通过内部螯合释放羧基负离子位点以加速质子传递;同时利用碱金属与氢负离子的强亲和性,经双金属协同形成高活性金属氢物种,共同促进析氢。所得Co/K团簇催化剂的表观析氢速率常数是单核钴催化剂的9倍。

(2)该双核析氢催化剂通过其裸露碱性位点,实现了对N-烯丙基亚胺末端C–H键的选择性活化,成功逆转了该底物通常倾向于发生类Pinacol偶联的反应路径,进而实现了与手性Ellman亚胺的氨甲基化反应。

(3)该研究桥接了能源化学与合成化学,为发展特殊选择性的C-H官能化反应提供新的催化策略。