新型光催化剂利用蓝光实现高效酯还原

Josiah · 发表于 2024-6-30 18:28:21

　　草莓和其他水果的甜味来自于一种叫做酯的化合物，这种化合物也存在于许多脂肪和聚酯中。这种普遍存在的化合物可以分解成所需的酒精和其他化学物质，供制药和化妆品等各行各业使用，但这一过程成本高昂，既耗费经济成本，又会损害环境。
　　现在，日本国家自然科学研究所 (NINS) 的一组研究人员开发出了一种利用光作为能源的新方法。他们于 6 月 14 日在《美国化学学会杂志》上发表了他们的研究成果。
　　为了分解（或者说在化学反应中还原）酯类，科学家实际上采取了一种看似违反直觉的举动，即在化合物中添加电子。添加电子迫使酯类的组成基团还原为更基本的成分。传统的酯类还原方法需要过量的高反应性且难以处理的金属还原剂。
　　现在，研究人员正在研究可持续光催化剂的使用。众所周知，光催化剂或受光激发而激活的催化剂可以促进催化剂和有机化合物之间的电子转移过程，而无需使用高活性金属还原剂。
　　传统光催化剂采用昂贵且不可再生的贵金属，可还原有限的有机化合物，并且通常只能向化合物中添加一个电子。该过程称为单电子转移 (SET)，必须进行多次，直到添加所需数量的电子，以实现酯类的目标还原。
　　“在过去十年中，光催化反应作为适合联合国有机合成可持续发展目标 (SDG) 的理想方法获得了广泛关注，”共同通讯作者、NINS 分子科学研究所 (IMS) 助理教授 Shintaro Okumura 说。
　　Okumura 表示：“光催化剂在没有金属还原剂的情况下，利用可见光作为能源来促进氧化还原反应。然而，通过多电子转移过程的光催化反应尚未得到充分开发，因此需要四个电子的光催化还原酯形成醇的过程仍未得到充分开发。光催化还原酯形成醇是一项艰巨的挑战，因为它需要前所未有的连续四重 SET 过程。”
　　为了实现这一四重 SET 过程，研究人员开发了一种新型光催化剂，他们称之为“N-BAP”。当受到蓝光照射时，光催化剂会引发反应，产生一个与水反应的化学基团和第二个碳基化学基团。加入草酸（一种在自然界中广泛存在的带负电荷的分子）后，该反应可以快速连续地添加四个电子，从而产生所需的醇。
　　Okumura 说道：“N-BAP 催化剂与草酸盐结合作为无痕还原剂，可以快速连续地对酯进行四电子还原，生成甲醇阴离子，随后进行质子化，生成醇。”
　　“这项工作可以为酯类的新型转化铺平道路，并有望作为适合可持续发展目标的绿色有机合成为可持续社会做出贡献。”

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