难降解C-C键的裂解和功能化极具挑战性,但对于原料化学品的增值转化是一个非常有力的工具。基于此,中南民族大学张泽会教授和中科院大连化学物理研究所戴文研究员(共同通讯作者)等人制备了一种含铁(III)氮化物(FeN3)基序的酶模拟Fe单原子催化剂(FeN3-SAC),发现其对仲醇和酮中C-C键的裂解和氰化具有稳定性。
以氧气(O2)为氧化剂,氨(NH3)为氮源,通过FeN3-SAC催化仲醇和酮中C-C键的裂解和氰化生成丁腈是一种通用、高效和实用的方法。此外,通过各种官能团,可以获得较高的腈类化合物收率。所制备的FeN3-SAC具有高类酶活性,并且能够在室温下生成氧到超氧自由基,而通常报道的含FeN4基序的FeN4-SAC是不活跃的。
密度泛函理论(DFT)计算表明,FeN3-SAC的氧活化活化能和腈形成速率决定步骤的活化能低于FeN4-SAC。
此外,DFT计算也解释了催化剂对腈的高选择性。由于缺乏贵金属、有毒溶剂和试剂,并且使用O2和NH3作为氧化剂和氮源,H2O是唯一的副产品,因此该催化剂比以往任何报告的系统更适合通过1, 2-二醇、仲醇和酮的氧化裂解来合成腈。
An enzyme-mimic single Fe-N3 atom catalyst for the oxidative synthesis of nitriles via C-C bond cleavage strategy. Sci. Adv., 2022, DOI: 10.1126/sciadv.add1267.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1267.
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