戴文研究员团队实现钴纳米颗粒和钴单原子协同催化有机硫化物的高值转化

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近日，我所精细化工研究室有机硼化学与绿色氧化创新特区研究组（02T6组）戴文研究员团队在多相催化有机硫化物的高值转化与利用研究方面取得新进展。团队利用石墨烯包裹的Co纳米颗粒和原子分散的Co-Nx协同催化策略，实现了一系列芳香族及脂肪族有机硫化物C-S键的氧化断裂到腈和酰胺类化合物的转化。
　　有机硫化合物是有机合成中最基本的合成砌块之一，同时也普遍存在于许多天然产物和化石资源中。因此，对C-S键活化模式与机理的探索引起了研究者的广泛关注，目前，均相过渡金属催化的C-S键催交叉偶联和C-S键的还原裂解均取得了重要进展。相比之下，由于氧化条件下，化学选择性难控制，使得有机硫化物中C-S键的氧化裂解和官能团化仍未得到充分认识。

　　在上述研究背景下，戴文团队开发了一种简单、高效的多相催化体系，在以分子氧为氧化剂、氨水为氨源的条件下，实现了石墨烯包裹的Co纳米颗粒和原子分散的Co-Nx协同催化多种类型的芳香族，以及脂肪族硫醇、硫醚、亚砜、砜、磺酰胺和磺酰氯等化合物中C-S键的断裂制备腈或酰胺类化合物，并通过改变反应条件，实现了腈和酰胺类产物的选择性调控。研究还发现，该方法的放大实验仍具有较高的产物选择性，且催化剂多次循环后依旧保持稳定的产品收率，在工业化方面可提供参考。更值得一提的是，该方法在重油的氧化脱硫反应中也得到了很好的应用。该方法不但丰富和升级了有机硫化物的转化路线，并且还为含巯基药物、农药及生物活性分子等先导化合物的改造与修饰提供了一条高效、通用的新途径。
　　戴文团队一直致力于多相催化氧化C-C、C-杂键断裂/官能团化以实现生物质及化石资源的高值转化相关领域的研究，在多功能多相催化剂的设计和可控合成、化石资源与生物质资源高值转化新路线和催化机理研究方面取得了系列成果。在前期的工作中，团队通过C-C键氧化断裂/官能团化的策略，分别发展了钴基氮掺杂介孔碳催化醇的氧化酯化制备酯（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）、廉价锰氧化物催化醇的氧化氨化制备酰胺和腈（Chem，2022）、铁单原子纳米酶催化酮的氧化氨化制备腈（Science Advances，2022）；锰氧化物催化不饱和碳氢资源的氧化氨化制备酰胺和腈（JACS Au，2023）。
　　相关研究成果以“Oxidative Cleavage and Ammoxidation of Organosulfur compounds via Synergistic Co-Nx Sites and Co Nanoparticles Catalysis”为题，于近日发表在《自然—通讯》（Nature Communications）上。该工作的共同第一作者是我所02T6组博士研究生骆慧慧和我所与辽宁石油化工大学联合培养硕士研究生田帅男。本工作还得到辽宁石油化工大学王贺教授团队在催化反应机理方面的支持。（文/图 骆慧慧）
　　文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-38614-2
       文章来源：大连化物所
       戴文，博士，江西抚州人，大连化物所研究组组长。2011年7月于沈阳药科大学获得药物化学硕士学位；2015年1月于中国科学院大连化学物理研究所获得博士学位；同年获得“大连化物所优秀博士后奖励基金”资助，于2015年1月至2016年9月留所从事博士后研究；2016年10月至2019年10月在美国匹兹堡大学继续从事博士后研究。迄今已在J. Am. Chem. Soc.、ACS Catal.、Org. Lett.等国际知名期刊发表论文20余篇，多篇论文被Synfacts亮点评论。2020年1月加入中国科学院大连化学物理研究所开展独立研究工作，受聘为有机硼化学与绿色氧化创新特区研究组组长。