Professor Jian He, från Institutionen för kemi vid University of Hong Kong (HKU), har lett en forskningsinsats som syftar till att revolutionera organisk syntes. Hans forskargrupp har framgångsrikt utvecklat en ny heterogen kopparfotokatalysator som möjliggör effektiv bildning av cyklobutanringar, ett avgörande strukturelement i ett stort antal bioaktiva molekyler.
Cyklobutanringar är framträdande i läkemedel, naturprodukter och olika biologiskt aktiva föreningar. Genom att göra det möjligt för forskare att konstruera dessa ringar enkelt och selektivt, har professor Hes team låst upp större kontroll över syntesen av dessa vitala molekyler. Forskningsresultaten har nyligen publicerats i Nature Catalysis .
Under de senaste två decennierna har fotokatalysatorer för synligt ljus använts för att driva sådana transformationer genom fotokemiska [2+2] cykloadditioner; deras substratomfattning har dock varit begränsad. Dessutom förlitar sig befintliga fotokatalytiska system ofta på homogena ädelmetallkatalysatorer, vilket utgör utmaningar vid katalysatoråtervinning och hindrar storskalig organisk syntes.
För att ta itu med dessa begränsningar har professor He och hans team utvecklat en innovativ heterogen kopparfotokatalysator. Denna katalysator underlättar effektivt energiöverföringsprocesser för en rad intermolekylära korsade [2+2] cykloadditioner, inklusive de som tidigare varit otillgängliga i konventionell homogen fotokatalys. Detta nya reaktionssystem har utmärkt katalysatorstabilitet och återvinningsbarhet, och det är inte beroende av ädelmetaller, vilket gör det mer ekonomiskt och miljömässigt hållbart.
Professor He uttryckte stor entusiasm för den potentiella inverkan av denna upptäckt och sa:"Vår nya heterogena kopparfotokatalysator öppnar nya möjligheter för att syntetisera bioaktiva molekyler med ökad effektivitet och selektivitet. Genom att eliminera beroendet av ädelmetaller och förbättra katalysatorns återvinningsbarhet har vi tagit itu med kritiska utmaningar inom storskalig organisk syntes som banar väg för en mer hållbar och ekonomiskt lönsam kemisk produktion."
I den här studien utvecklade teamet en speciell sorts kopparfotokatalysator som kan hjälpa till att göra cyklobutanmolekyler mer effektivt. De förberedde framgångsrikt en stabil heterogen koppartriplettfotosensibilisator genom att konstruera binap-ligerade heteroleptiska koppar(I)-komplex i porerna i zirkoniumbaserade metall-organiska ramverk (MOF).
Vid heterogenisering visar reaktiva koppar(I)-arter i fotoexciterade tillstånd ökade övergångsenergier och livslängd, vilket är väsentligt för att öka katalytisk effektivitet i energiöverföringsmedierade [2+2]-cykloadditioner av styrener med en mängd olika olefiner, inklusive elektronbrist. alkener.
Till skillnad från motsvarande homogena kopparfotokatalysatorer uppvisar den MOF-stödda kopparfotokatalysatorn hög stabilitet och katalytisk aktivitet och kan återvinnas flera körningar utan katalysatornedbrytning.
Detta arbete ger ett allmänt och tvärvetenskapligt tillvägagångssätt för att designa högreaktiva kopparfotokatalysatorer för ett brett spektrum av praktiska organiska reaktioner, och det kan bidra till att göra processen att producera olika bioaktiva föreningar enklare och effektivare i framtiden.
Mer information: Jun Guo et al, Visible light-medied intermolecular crossed [2+2] cycloadditions med en MOF-stödd koppartriplett fotosensibilisator, Nature Catalysis (2024). DOI:10.1038/s41929-024-01112-9
Tillhandahålls av University of Hong Kong
