近日，由我校化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院包永勝教授領(lǐng)銜的“苯系煤化工產(chǎn)品精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化”自治區(qū)高等學(xué)校創(chuàng)新團隊，在英國皇家化學(xué)會期刊Green Chemistry（中科院一區(qū)Top期刊）發(fā)表了“葡萄糖基類黑素負載的鈀單原子/團簇共催化劑實現(xiàn)兩個簡單芳烴的位點選擇性脫氫交叉偶聯(lián)”（Glucose-based melanoidin-supported palladium single-atoms/clusters cocatalyst for site-selective cross-dehydrogenative coupling of two simple arenes）的最新科研成果（Green Chem. 2025, 27, 15249）。
響應(yīng)國家及內(nèi)蒙古自治區(qū)發(fā)展新型綠色、環(huán)保煤化工的需求，內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭加工由以煉焦為主向現(xiàn)代煤化工為主轉(zhuǎn)變，形成了煤制烯烴、煤制油、煤制氣、煤制醇、煤制氨等煤基新興產(chǎn)業(yè)。但是，作為煉焦產(chǎn)業(yè)的主要副產(chǎn)物，煤基芳烴及其下游高端產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用仍然是我區(qū)發(fā)展完整現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)體系的空缺和短板。直接C-H鍵功能化能夠精準(zhǔn)地一步合成C-C鍵或者C-雜原子鍵，將低值煤基芳烴直接轉(zhuǎn)化為高值精細化工產(chǎn)品，如藥物中間體、有機光伏材料、有機發(fā)光二極管材料等，具有最佳步驟經(jīng)濟性和原子經(jīng)濟性（見圖1）。但是由于芳烴中C-H鍵的惰性以及C-H鍵之間的化學(xué)模糊，如何實現(xiàn)高效活化以及精準(zhǔn)控制區(qū)域選擇性是開發(fā)煤基芳烴精細化工產(chǎn)品所面臨的最主要目標(biāo)和挑戰(zhàn)。
圖1：煤基芳烴的生產(chǎn)來源及高值化利用
研究團隊以煤基芳烴-苯為反應(yīng)底物，通過設(shè)計制備葡萄糖基類黑素負載的鈀單原子/團簇共催化劑，實現(xiàn)了多相鈀催化的芳香醛與苯的多樣性導(dǎo)向脫氫交叉偶聯(lián)反應(yīng)（見圖2）。這種新型鈀單原子/團簇共催化劑表現(xiàn)出超出均相鈀催化劑的催化活性以及出色的穩(wěn)定性。多種反應(yīng)前后催化劑的表征證明，穩(wěn)定的d-電子缺乏鈀位點是優(yōu)異催化活性的關(guān)鍵（見圖3）。同時，葡萄糖基類黑素載體中的亞胺鍵與鈀之間的強金屬載體相互作用使得這些d-電子缺乏鈀位點在低配位數(shù)情況下保持穩(wěn)定。
研究團隊巧妙利用鈀單原子/團簇共催化策略，通過發(fā)展高效可控的催化途徑，將低值煤基芳烴精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為多種苯系藥物中間體、有機功能材料等重要的高值精細化工產(chǎn)品，具有重要的理論意義和廣闊的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用前景。
圖2：多相鈀催化位點選擇性脫氫交叉偶聯(lián)CDC反應(yīng)的挑戰(zhàn)
圖3：鈀單原子/團簇共催化劑的表征。圖片來源：Green Chem.
該研究依托內(nèi)蒙古自治區(qū)綠色催化重點實驗室（2024年重組）的科研力量與成果數(shù)據(jù)，并得到“苯系煤化工產(chǎn)品精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化”自治區(qū)高等學(xué)校創(chuàng)新團隊（NMGIRT2302）、國家自然科學(xué)基金（22261044）、內(nèi)蒙古科技計劃項目（2025KYPT0075）等項目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1039/d5gc03792a
來源：化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院
