钴基氮掺杂介孔碳催化氧化醇C-C断裂制备酯

来源：X一MOL资讯

C−C键是构筑有机化合物的基本单元，其选择性断裂在有机化学、生物降解和石油工业中有着重要的应用。然而，由于C−C键的内在化学惰性和种类多样性，使得如何高效、高选择性地实现C−C键的断裂仍是挑战性难题。
生物质中含有丰富的醇类C-C键，比如木质素结构单元中含有大量的C(OH)-C和C−C键，因此研究它们的断裂对木质素降解具有重要意义。近些年来，均相过渡金属催化醇类化合物C(OH)-C键断裂已经得到了广泛的研究。然而，用于-(C-C)n-键连续断裂和官能化的体系鲜有报道。此外，虽然通过氧化醇类化合物C−C键断裂合成酸或醛取得了很大的进展，但直接合成酯未有报道。因此，开发一种高效的、低成本的多相催化剂用于氧化断裂C(OH)-C和-(C-C)n-键直接合成酯显得尤为重要。
近日，中国科学院大连化学物理研究所戴文课题组通过模板法成功制备了氮掺杂多孔碳负载的钴基催化剂Co-NC-900，在氧气氛围下，将其用于催化醇类化合物C-C断裂合成酯。该方法对各种芳香类、脂肪类、杂环类、烯丙基类、炔丙基类伯醇和仲醇以及木质素模型化合物都可以适用，不仅能够断裂C(OH)-C键，而且能够实现相邻-(C-C)n-的连续断裂，底物范围非常广，且催化剂循环使用7次活性无明显下降，显示了该反应重要的合成价值。

催化剂表征结合KSCN中毒实验表明材料中石墨烯包裹的钴纳米粒子对C-C键断裂优异的催化活性起关键作用，而Co-Nx的存在则有相反的效果。最后，通过大量的对比实验和动力学实验，对氧化断裂反应过程进行研究发现该催化过程顺次发生了逐步氧化、亲核加成和C-C键断裂。

本项研究工作将氮掺杂多孔碳材料应用于醇类化合物的C-C键氧化断裂直接制备酯，为C-C键氧化断裂提供了新的策略。
这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是中国科学院大连化学物理研究所博士研究生骆慧慧。