大连化物所研究发现碳纳米管内手性催化加速现象

2011-3-22 14:02 来源: 中国科学院
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  日前,中科院大连化学物理研究所李灿院士领导的研究团队将手性修饰的Pt纳米催化剂粒子装入碳纳米管内,发现碳纳米管显著加速手性催化的现象。

  手性催化(也称不对称催化)是当今化学领域的前沿研究方向,是合成手性药物中间体的重要技术。近年来,手性药物工业的迅速发展使手性化合物的合成更加受到学术界和工业界的广泛关注。大连化物所李灿院士领导的研究团队,在国家自然科学基金委创新群体基金项目和国家科技部“973”项目资助下,近十年来一直致力于可用于大规模工业化合成手性化合物的多相手性催化的基础和应用基础研究,先后在负载纳米粒子手性催化剂、乳液催化剂和纳米反应器中组装的手性催化剂等方面取得进展,特别是近年来发现了纳米孔道的空间限阈效应和纳米反应器中的手性催化剂双中心合作活化加速反应效应,促进了多相手性催化的发展,受到学术界的高度关注。

  在这项工作中,采用手性修饰剂cinchonidine (CD)修饰限阈在碳纳米管管腔中的Pt纳米粒子,发现该催化体系在α-ketoesters 的手性氢化反应的活性TOF(turnover frequency)高达1.2×105 h-1,手性选择性达到96%ee,碳纳米管管腔中Pt纳米粒子的催化活性和手性选择性显著高于碳纳米管管腔外Pt纳米粒子的催化性能(TOF:1.5×104 h-1,75%ee),也远远高于目前报道的最好的Pt/Al3O2催化剂的性能(TOF:1.0×104 h-1,90%ee)。初步研究发现,碳纳米管管腔对手性修饰剂CD及底物显示极强的富集作用,这可能是碳纳米管内手性催化反应活性和手性选择性大幅提升的主要原因之一。发现碳纳米管内的手性催化加速现象为发展高效多相手性催化合成提供了一种新的策略,也启发人们对多相手性催化机理的认识。

  这项研究工作最近发表在Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.201006870)上,引起学术界关注:Chemical & Engineering News对其进行了Highlight报道;著名的手性催化学者、加拿大Laval大学的McBreen教授给予该研究很高评价。同时,英国皇家化学会的Chemistry Word杂志也对这一工作给予了报道(http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2011/March/08031101.asp)。

碳纳米管管腔内的Pt纳米粒子的催化活性和手性选择性显著高于碳纳米管管腔外Pt纳米粒子的催化性能