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乳酸及其衍生物是重要的平臺分子，廣泛應用于食品、化妝品、藥物、聚合物等多個領域，尤其是可用作制備生物可降解塑料聚乳酸，預計2022年其全球需求量高達4 × 105噸。然而其產能受限于高效催化劑及合適原料的不足，生物發酵法效率低且需要繁瑣費時的分離提純，而傳統化學催化通常需要用到有毒試劑（如氫氰酸或乙醛）。針對這些問題，近年來已經發展了通過氮雜環卡賓金屬催化劑實現山梨醇到乳酸（C6到C3）和甘油到乳酸（C3到C3）兩種脫氫催化轉化，其中都涉及到兩種共同中間體，從理論上講通過乙二醇和甲醇交叉偶聯（C2+C1到C3）也可生成同樣的中間體，進而得到乳酸。然而，乙二醇和甲醇的交叉偶聯極具挑戰性，因為催化劑不僅要可以選擇性的將原料脫氫生成所需中間體，而且要選擇性的催化二者間的交叉偶聯而非自偶聯、過渡氧化、酯化、乙二醇的聚合等副反應。因此，如何增強催化劑選擇性及活性是實現該轉化的關鍵點和難點。

       近日，復旦大學化學系涂濤教授和徐昕教授等人基于金屬-配體協作的理念，以包含三個氮雜環卡賓配體的新型三氮雜環卡賓銥化合物（tris-NHC-Ir）為催化劑，實現了乙二醇和甲醇通過脫氫交叉偶聯選擇性制備乳酸，反應表現出極高的轉化率和選擇性，反應轉化頻率（TOF）高達3660 h-1。實驗及DFT計算表明金屬配體的協作至關重要，金屬中心Ir的催化活性隨氮雜環卡賓個數增加而增加，即mono-NHC-Ir < bis-NHC-Ir < tris-NHC-Ir。控制實驗、高分辨質譜、核磁、單晶等實驗結合理論計算闡明了反應機理。首先，tris-NHC-Ir上的CO解離形成配位空穴，其可催化乙二醇、甲醇脫氫形成相應的醛，同時自身從Ir(I)轉變成二氫物種Ir(III)。所得醛進行交叉偶聯形成中間體GAL，然后進一步在強堿性條件下通過分子內坎尼扎羅（Cannizzaro）反應轉化成乳酸。
       這類新型選擇性交叉偶聯反應原料簡單易得、催化劑效率高、反應原子經濟、僅有氫氣作為副產物，因此具有很好的應用前景，為乳酸的綠色合成提供了新的制備途徑。

       這一研究成果近期作為Hot Paper發表于Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 10421-10425，并被選入熱點文章集Hot Topic: C-C Coupling。碩士生吳嘉杰是該論文的第一作者，涂濤教授、徐昕教授為論文共同通訊作者。本項目得到了科技部重點專項、國家自然科學基金的資助支持。
       全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202002403