我校先进低维材料中心储玲玲教授课题组在《自然•通讯》连续发表催化领域系列研究成果

发布时间:2018-11-16发布部门:先进低维材料中心

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近日,我校先进低维材料中心特聘研究员储玲玲教授课题组在金属催化领域再次取得重大进展,相关研究成果以《可见光与镍协同催化的炔烃顺式选择性烷基芳基化反应》(syn-SelectiveAlkylarylation of Terminal Alkynes via the Combination of Photoredox and Nickel Catalysis)为题,在国际知名学术期刊《自然》(Nature)子刊《自然•通讯》(Nature Communications)上在线发表。我校2017级博士生郭磊为第一作者、硕士生宋凡为第二作者,储玲玲教授为通讯作者,东华大学为唯一通讯单位。今年9月底,该课题组曾在《自然•通讯》以《镍催化未活化烯烃的分子间还原碳羰基化反应》(Intermolecular selective carboacylation of alkenes via nickel-catalyzed reductive radical relay)为题,发表了在金属催化烯烃选择性转化领域的研究成果。

这一研究工作是储玲玲课题组自成立以来一直潜心攻关研究的课题成果。近年来,该课题组致力于发展高效催化体系,实现大宗化工原料如烯烃、炔烃的选择性转化,用于药物和材料合成。多取代烯烃类化合物是广泛存在于医药、农药和天然产物中的重要结构单元,也是一类重要的有机合成中间体。过渡金属催化的炔烃官能团化反应,是构建多取代烯烃类化合物的重要方法之一。但如何控制该类反应的化学选择性、区域和立体选择性仍面临挑战。目前,已报道的过渡金属催化炔烃官能团化反应大都是得到吉布斯自由能更低的反式构型的烯烃产物,选择性生成顺式构型烯烃产物的催化方法则鲜有报道。

为了解决这一难题,课题组在之前的单一催化剂体系上新加了位“好友”——可见光,有效扩大了催化“朋友圈”,实现了优异的选择性控制。通过可见光催化和金属镍催化的协同催化体系,可见光激发简单易得的叔醇衍生物,将其作为叔碳自由基,与炔烃发生自由基加成,从而得到烯基自由基物种。该自由基被镍捕获生产烯基镍物种,进一步与芳基溴发生交叉偶联,得到相应的三取代反式烯烃。最后通过光致能量转移,使烯烃的构型发生翻转,高选择性地得到三取代顺式烯烃产物。

储玲玲教授介绍说,课题组利用光催化剂的氧化还原特性,实现了对镍催化循环的高效调控。可见光和金属镍两个催化体系相互螯合调控,不仅实现了优秀的反应活性,还表现出优异的选择性,为实现高选择性的炔烃立体选择性官能团化提供了全新的设计思路。且该反应条件温和,有优异的底物适用性,即使是复杂药物分子和天然产物等衍生物也能高效发生转化。利用这一新颖的催化方法,可从简单易得的原料如醇、炔烃出发,合成一系列结构复杂的顺式多取代烯烃化合物。

先进低维材料中心一直倡导教师践行“有教无类”和“因材施教”的教育思想,注重在科研实践中提升人才培养质量,努力让“起跑线”各不相同的学生成长为优秀人才。该成果作者郭磊、宋凡、李欢在储玲玲教授和课题组青年研究员朱圣卿的悉心指导下,较短时间内在催化领域做出了优异的工作。该项研究还得到了国家自然科学基金、上海市青年英才扬帆计划和学校启动经费等的支持。


论文全文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-06904-9

(可见光与镍协同催化的炔烃顺式选择性烷基芳基化反应)

视频:   摄影: 图片由先进低维材料中心提供撰写:郭磊 朱圣卿  信息员:张妮  编辑:朱一超

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