手性咪唑啉酮类有机催化剂催化的不对称反应

近年来,不对称有机催化过程日趋成熟,用于越来越多的实际应用。相对于金属催化过程有机胺催化剂具有许多潜在的优势：相对比较稳定,价格较低,容易得到,没有金属泄露到环境或产品中的风险以及对操作环境要求不高等,有机胺催化已被证明是实现不对称转化的有效手段。手性咪唑啉酮催化剂是有机胺催化剂中重要的一种类型。本文总结了手性咪唑啉酮催化剂在Diels-Alder反应、1,3-偶极环加成、Michael反应、Friedel-Crafts烷基化等不对称催化反应中的应用研究进展,并对未来手性咪唑啉酮在工业中的应用作了展望。     

生物催化进展:从计算到代谢工程（英文）

经过数次技术研究和超常创新战略的大发展,生物催化逐渐达到工业化水平,从而受到人们特别的关注.基于酶值,通过生物途径生产高附加值化合物和精细工业化学品成为人们最感兴趣的领域之一.更广泛的众多生物化学路线可由酶催化来实现,其中还有一些酶尚未被人们发现.另一方面,由于非同源底物和某些化学过程所必需的苛刻条件,导致酶催化过程的效率低、稳定性差,因而限制了生物催化的应用.因此,开发具有多催化特征、更高效率和稳定性的绿色催化剂,成为生物催化的重中之重.计算科学、代谢工程、合成生物,以及机器学习路线的运用为新催化剂的工程化提供了新方法.本文重点介绍了合成生物学和代谢工程在催化中的作用,讨论了用于催化的机器学习算法和如何选择一种预测蛋白质-配体相互作用的算法;为了预测键合和催化功能,综述了分子对接的重要性;最后给出了结束语、未来挑战和前景展望.     

工业催化剂的发展

前言催化工业若回溯到1807年的铂催化剂接触法生产硫酸的启蒙时代起,发展到现在已成为一个丰富多彩的黄金时代了。催化剂和化学工业的关系就犹如鱼同水那样密切。化学工业     

木质素氧化降解研究进展

木质素是当今世界上含量第二丰富的可再生高聚物.氧化降解是木质素价值增值过程中一种非常有前景的方法,它能提供高度官能化的单体和低聚物产品作为其他价值增值过程的起始原料,为代替化石燃料在化工和制药行业中的应用提供了一种可能.主要对木质素及其模型化合物的氧化改性方法进行了综述,包括生物催化、仿生催化、有机金属催化、电化学催化氧化及其他几种催化氧化法,并简单讨论了氧化降解过程的反应机理,为今后木质素的氧化价值增值研究提供一定的参考.     

相转移催化法合成仲丁基膦酸酯

报道了用相转移催化法合成仲丁基膦酸双正己酯以及将其水解转化为相应单酯的方法。该法产品纯，收率高，具有工业应用价值。     

多相催化理论中的几个问题

现代化学工业的最重要成就是和催化作用在工业上的应用不可分割的。应用催化剂可以在很大限度内改变化学反应的速度,并使反应朝着生成一定产品的方向进行。因此,以工业上可采用的速度及产率进行的化学反应的数量就大大增加了。要解决新产品的制备、获得生产所需的原料来源等问题,都要靠寻找相应的催化剂才行。这就证明了催化作用现在是决定化学     

工业催化:选择性提升策略

工业催化直接或间接贡献了世界GDP的20%-30%,推动了产业变革和社会进步.对于工业催化,开发高活性、高选择性和高稳定性的多相催化剂至关重要,而选择性是最主要的挑战.因为实现催化选择性的精确控制是绿色化学的重要概念之一,更是工业催化可持续发展的重要驱动力;而且,选择性不仅决定了催化过程的原子经济性,也影响到后续分离过程的能耗.针对多数工业催化反应存在'活性越高、选择性越低'的相互制约与矛盾问题,本文以若干能源化工催化反应为例,试图总结催化选择性提升的一般策略,以期为有关工业应用的催化新过程提供科学参考.多相催化一般经历与反应物有关的步骤(反应物的外扩散、内扩散和化学吸附)、与反应有关的步骤(活化和表面反应)、以及与产物相关的步骤(产物脱附、内扩散和外扩散).本文依此归纳并举例说明提高选择性的一般策略.在汽油催化吸附脱硫中,主要利用了催化剂中零价镍-氧化锌耦合活性中心的选择吸附策略,使零价镍优先吸附含硫化合物,从而实现选择性脱硫而不饱和烯烃.在甲苯和甲醇侧链烷基化反应中,主要利用了特定空间分布的酸碱吸附位,实现吸附甲苯和稳定甲醛中间体的协同匹配.在乙苯脱乙基型二甲苯异构化反应中,主要利用了双床层对催化剂功能的分离策略,在不同的择形催化剂床层中分别进行乙苯脱乙基反应和二甲苯异构化反应,从而提高对二甲苯的产量.在苯选择加氢制环己烯反应中,主要利用强化产品脱附的策略,促进环己烯产品从亲水改性的催化剂表面脱附,实现环己烯选择性的提升.这些炼油与化工研究案例中同时存在多个连串-平行反应,主要是利用吸附中心、反应中心在时间或空间上的耦合、解耦或限域策略,调控不同途径的扩散能垒、反应能垒,实现了催化剂选择性的提升.多相催化多是复杂过程,基于提高选择性的初步认识,还要结合具体复杂催化过程,系统研究单策略以及多策略组合作用下的选择催化过程,实现在合理时间尺度、空间尺度上设计高选择性的催化剂,而这本质上是一种介尺度催化.     

工业催化:选择性提升策略（英文）

工业催化直接或间接贡献了世界GDP的20%-30%,推动了产业变革和社会进步.对于工业催化,开发高活性、高选择性和高稳定性的多相催化剂至关重要,而选择性是最主要的挑战.因为实现催化选择性的精确控制是绿色化学的重要概念之一,更是工业催化可持续发展的重要驱动力;而且,选择性不仅决定了催化过程的原子经济性,也影响到后续分离过程的能耗.针对多数工业催化反应存在"活性越高、选择性越低"的相互制约与矛盾问题,本文以若干能源化工催化反应为例,试图总结催化选择性提升的一般策略,以期为有关工业应用的催化新过程提供科学参考.多相催化一般经历与反应物有关的步骤(反应物的外扩散、内扩散和化学吸附)、与反应有关的步骤(活化和表面反应)、以及与产物相关的步骤(产物脱附、内扩散和外扩散).本文依此归纳并举例说明提高选择性的一般策略.在汽油催化吸附脱硫中,主要利用了催化剂中零价镍-氧化锌耦合活性中心的选择吸附策略,使零价镍优先吸附含硫化合物,从而实现选择性脱硫而不饱和烯烃.在甲苯和甲醇侧链烷基化反应中,主要利用了特定空间分布的酸碱吸附位,实现吸附甲苯和稳定甲醛中间体的协同匹配.在乙苯脱乙基型二甲苯异构化反应中,主要利用了双床层对催化剂功能的分离策略,在不同的择形催化剂床层中分别进行乙苯脱乙基反应和二甲苯异构化反应,从而提高对二甲苯的产量.在苯选择加氢制环己烯反应中,主要利用强化产品脱附的策略,促进环己烯产品从亲水改性的催化剂表面脱附,实现环己烯选择性的提升.这些炼油与化工研究案例中同时存在多个连串-平行反应,主要是利用吸附中心、反应中心在时间或空间上的耦合、解耦或限域策略,调控不同途径的扩散能垒、反应能垒,实现了催化剂选择性的提升.多相催化多是复杂过程,基于提高选择性的初步认识,还要结合具体复杂催化过程,系统研究单策略以及多策略组合作用下的选择催化过程,实现在合理时间尺度、空间尺度上设计高选择性的催化剂,而这本质上是一种介尺度催化.     

明胶调控下单分散CaCO_3花瓣球形微粒的制备

近来,碳酸钙高技术附加价值产品的生产越来越多地进入公众的视野,同时环保、绿色等意识逐渐为人们所接受则为新型碳酸钙产品的发展提供了广阔的市场应用空间.碳酸钙微粒在造纸,涂料生产以及日化行业等工业领域有广泛的应用,例如在天然橡胶中添加一定的碳酸钙不仅可以节约昂贵的橡胶用量,降低成本,而且获得的抗张强度和耐磨性甚至要优于硫化橡胶;造纸工业中添加一定比例的碳酸钙则起到了增加纸张白度和柔顺性并降低成本的作用.     

人工固碳技术—热催化还原CO_(2)催化剂的研究进展北大核心CSCD

选择性加氢在功能材料合成和化学产品提纯等化工领域中有非常重要的应用,并且近年来为减少温室效应的影响,将CO_(2)催化选择性加氢转化成其他有应用价值的物质成为研究热点之一。其中热催化是应用较为广泛、易得到多种目标产物并且获得产品收率较高的方法。目前,利用CO_(2)多相热催化加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃等多种高价值的燃料和化学品已取得了一定进展,但仍存在一些难点问题,其中制备高效催化剂是催化加氢反应的关键问题之一。一直以来,研究人员致力于解决催化剂的活性和选择性问题,通过助剂掺杂和加入功能性载体对催化剂进行改性。针对这些问题,本文简要介绍了CO_(2)催化加氢的研究背景,总结了近5年来热催化CO_(2)加氢制得甲烷、甲醇、轻烯烃产品过程中使用催化剂的种类及对加氢反应的影响,期望为CO_(2)多相催化加氢中新型催化剂的开发提供参考。     

相转移催化反应的新进展——气-液相转移催化

相转移催化反应由于具有反应速度快、操作简单、收率高和污染少等优点早就被有机化学工作者所瞩目,现在相转移催化已成为一种公认的合成技术而应用到各类有机化学反应中。目前广泛应用的相转移催化技术大致可概括为液-液相转移催化(l-l PTC)和液-固相转移催化(l-s PTC)两大类。所用的催化剂主要     

Mn(Ⅰ)催化亚胺和炔烃脱氢偶联反应的机理研究

近年来随着过渡金属催化剂的发展和广泛使用,C—H键的活化成为了有机合成中的一大热点,尤其是在构建有机化合物C—C键中应用广泛.作为一种储量较大的廉价催化剂,Mn催化的C—H活化表现出巨大的应用价值和研究潜力.我们采用密度泛函理论(DFT),对1,4-二氧六环溶液中Mn活化C—H/N—H键实现[4+2]脱氢环化的反应机理进行了系统的研究.我们发现该反应的催化循环包括溴负离子辅助的催化剂引发、炔烃的插入、双键迁移成环、β-H消除释放产物异喹啉以及催化脱氢循环的C—H键活化等步骤.旨在深入理解Mn(I)活化C—H键脱氢气的具体过程,为更多Mn催化的C—H活化反应提供理论依据.     

HMF催化合成生物基聚酯单体FDCA

在石油资源日渐紧缺的背景下,充分利用自然界中可再生的生物质资源无疑是缓解当前和未来资源危机的有效手段,基于生物质平台分子的绿色化工正在逐渐替代传统石化产品的生产模式。来源于生物质的5-羟甲基糠醛(HMF)经过催化氧化可合成高附加值化学品2,5-呋喃二甲酸(FDCA)。FDCA是生产绿色聚合物聚2,5-呋喃二甲酸乙二酯(PEF)的重要单体。综合近年来利用热、电、光与生物催化模式进行的HMF氧化研究成果,热催化在产率与产品纯度方面显示出明显优势,但其对高能耗与高氧压的依赖限制了在工业中的应用。以电催化和光催化为基础的催化模式能够高效利用电能和太阳能,氧化活性物种丰富可调,有广阔应用前景。此外,生物催化模式虽目前产率较低,但具有反应条件温和、选择性高的突出特点,是未来有效利用生物质资源的重要发展方向。本文对氧化途径与相应反应机理进行讨论,并全面地总结了目前由HMF催化氧化生产FDCA的研究现状,包括已取得的进展与将面临的挑战,最后对未来发展方向与前景进行了展望。     

无过渡金属催化的C(sp~2)—H键官能化反应构建C(sp~2)—S键研究进展

含有C(sp~2)—S键的芳基/烯基硫醚类化合物广泛存在于具有生物活性或其它潜在应用价值的有机化合物中.在过去的十来年时间,构建C(sp~2)—S键的相关研究发展迅猛,大量新型高效的催化体系和丰富多样的反应底物被开发报道,极大地丰富了含有C(sp~2)—S骨架的化合物合成的研究方法学.综述了2001~2016年期间通过无过渡金属催化的碳-氢键官能化反应构建C(sp~2)—S键的研究进展.     

邻氯甲苯在HZSM-5沸石催化剂上常压异构化反应的研究

关于邻氯甲苯多相催化异构化的研究国内至今未见报道.国外有关的报道也为数不多,而且反应都是在≥20kg/cm~2的加压下进行的,还未见到常压下气固相催化异构化的研究报道. “杀草丹”生产过程中有大量副产物邻氯甲苯,其经济价值不大.如果将它异构化得到对氯甲苯就可直接作为“杀草丹”的主要原料;所得间氯甲苯经催化水解为间甲酚,又是     

丙烯酶催化氧化制环氧丙烷反应产物的气相色谱分析

近年来,生物技术在石油化工中的应用引起了人们的极大兴趣。很多有机化工产品都可由生物化学方法生产。生物催化法与化学催化法相比具有反应条件温和、选泽性高等优点。在某些合成步骤比较复杂的精细化工产品的生产中,生物催化将逐步取代化学催化法。环氧丙烷是一种重要的精细化工原料。采用酶催化氧化方法从丙烯制取环氧丙烷已引起人们的广泛注意。本文选择不同担体制备的填充色谱柱,在不同的检测器上进行考察,建立了丙烯酶催化氧化制环氧丙烷及卤代醇的反应产物气相色谱分析测试方法。     

热稳定单原子催化剂的理性构筑:从原子级结构到实际应用

80%以上的工业生产过程涉及催化,如化工生产、能源转换、制药和废物处理等等.催化剂的使用显著提高了生产效率,降低了生产成本,为国民经济、地球环境和人类文明的可持续发展做出了很大贡献.为了满足日益增长的生产需求和最大的经济效益,开发高效、稳定、低成本的新型催化剂已成为当务之急.金属中心负载在载体上的负载型金属催化剂因其较好的催化活性和相对较低的金属用量而受到广泛关注.研究发现,负载型结构可增强传热和传质并增加活性金属中心的分散度,从而影响催化性能.此外,负载金属的颗粒尺寸对催化剂的性能有很大影响.迄今为止,科学家们一直在通过减小金属颗粒尺寸和提高原子利用效率来提高催化剂的活性.原子级尺寸的颗粒通常表现出与大尺寸颗粒显着不同的物理和化学性质,而当活性位点的尺寸缩小到单个原子时,单原子催化剂的概念应运而生.对于单原子催化剂,金属原子中心通过配位被载体中的缺陷锚定,从而调整金属原子的电子云分布.这种配位调整使得单原子催化剂拥有与传统催化剂不同的性能.作为催化领域的新前沿,单原子催化剂已经在许多催化反应中表现出前所未有的活性和选择性.然而,许多报道的单原子催化剂在高温环境或长期催化应用中容易受到奥斯特瓦尔德熟化过程的影响,从而导致催化剂烧结和失活.而烧结的原因在于金属原子和载体之间较弱的相互作用.失活催化剂的再生和回收将大大增加工业生产的时间和经济成本.因此,开发具有优异热稳定性的单原子催化剂以满足工业需求是十分必要的.本综述首先总结了近年来关于热稳定型单原子催化剂合成方法的基础研究,并从原子尺度上分析了这些方法所构建的金属中心的结构形态和配位环境.此外,结合近些年的研究中新的表征技术与理论计算手段解释了热稳定性的来源.重点讨论了热稳定单原子催化剂的实际催化应用.分析了热稳定单原子催化剂在热催化应用中的独特作用机理、并尝试为确定催化过程中真正的活性中心以及通过原子级调控手段进行高活性热稳定单原子催化剂的合成提供理论指导.最后总结了热稳定单原子催化剂发展的主要问题,并简要分析了单原子催化领域的研究挑战和发展前景.     

单原子催化:沟通均相催化与多相催化的桥梁（英文）

催化在现代化学工业中占据着极为重要的地位.催化剂是催化过程的核心.均相催化剂由于具有均一、孤立的活性位点,往往具有高活性与高选择性;但是分离困难限制了其实际应用.多相催化剂由于金属原子利用效率低、活性组分不均匀,活性与选择性相对较低;但其稳定易分离的特点使得目前大多数工业催化过程都是多相催化过程.近年来,单原子催化逐渐成为催化领域新的研究热点与前沿,受到相关研究人员的广泛关注.作为一种多相催化剂,单原子催化剂具有稳定易分离的优势.此外,单原子催化剂具有类似均相催化剂的孤立活性位点,可能具有高活性与高选择.因此单原子催化的概念一经提出,便被认为有望成为架起多相催化与均相催化的桥梁;但几年来并未从实验上得到证实.2016年开始,逐渐有单原子催化剂在经典均相催化反应过程中的应用报道,为该观点提供了实验上的证据.本综述概述了2016至2017年单原子催化剂在典型均相催化反应中的成功应用,包括:1)氢甲酰化反应.以烯烃和合成气为原料合成精细化学品醛类化合物的氢甲酰化反应是目前化工生产中典型的均相催化反应之一.2016年,张涛课题组和曾杰课题组先后报道了Rh/ZnO和Rh/CoO单原子催化剂在该反应中的成功应用.催化剂都表现出优异的催化性能,活性与经典均相Wilkinson’s催化剂相当;2)氢硅加成反应.作为合成有机硅产品的重要反应之一,工业上硅氢加成反应主要由Pt基均相催化剂催化.2016年Beller课题组首次报道了将Pt/Al_2O_3单原子催化剂用于烯烃硅氢加成反应中.该催化剂除表现出良好的催化活性和区域选择性外,还具有较高的稳定性和底物普适性;3)C–H键选择性氧化.烷烃部分氧化反应在学术研究和工业应用方面都有重要意义.刘文刚等将M-N-C单原子催化剂(其中M为Fe,Co等金属)成功应用于C–H键的活化反应中,并对催化剂的结构进行了深入剖析.以上实例表明通过调控金属与载体组合、设计开发合适的单原子催化剂,可以达到结合均相催化高活性、高选择性与多相催化稳定易分离的目的,为均相催化多相化提供了一条新途径,也证明单原子催化可望成为沟通均相催化与多相催化的桥梁.     

环钯化合物在Heck反应中的应用研究

钯催化交叉偶联反应在化学工业、合成天然产物及生物活性物质中有着广泛的应用。催化剂体系是交叉偶联反应研究的核心。环钯化合物结构简单、性能稳定,在催化交叉偶联反应中具有高活性、高选择性,引起研究者们的极大关注,不断有新的环钯化合物被合成出来,其催化性能也得到了研究。本文综述了环钯化合物的合成方法及其在Heck反应中的应用。     

从工业催化角度看分子筛催化剂未来发展的若干思考

从工业催化的角度思考和探讨了分子筛催化剂合成、催化及应用方面存在的一些问题与挑战, 并从沸石分子筛的高效催化、新结构分子筛合成与催化应用、沸石分子筛的经济合成、分子筛在绿色环保领域的新应用等几个方面, 综述了国内外相关的最新研究进展, 探讨了分子筛催化剂未来的发展方向. 旨在引发人们对分子筛催化未来向经济、可控、高效催化、绿色环保和新应用等方面发展的思考与探索.