氧气氧化和氧气固定反应及其应用研究

• 作 者: 张淳
• 机 构: 北京大学
• 出 处: 北京大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 氧气氧化 固定反应 催化体系 有机合成 脱氢偶联策略

氧气是最廉价、环保的氧化剂,采用氧气作氧化剂及氧原子来源一直是最理想的化学转化方法。然而,由于氧气自身化学性质的特殊性,使其在常压下作为氧化剂和氧原子供体存在着巨大的挑战。生物体内的一些复杂酶类物质可以实现在常温常压下运用氧气固定合成生命分子。以生命科学研究为基础,有机化学家通过发展仿生催化体系实现了将氧气固定运用到有机合成中,但这些方法要使用一些常温常压条件下并不稳定的金属复合物(A,图1)。因此,苛刻的反应条件令这些合成方法很难得到广泛的应用。　　本篇论文所介绍的工作有2个研究目的:1)通过发展绿色、温和、高效的催化体系,在化学转化中实现采用廉价易得且绿色环保的氧气去代替昂贵且有害的氧化剂。2)我们的工作注重于发展简单实用的催化体系,以此实现将氧气固定广泛运用到有机合成之中。在本文所介绍的工作中,我们发展了采用铜-吡啶-氧气这种简单的反应体系实现一系列的氧气氧化和氧气固定合成方法(B,图1)。经过较为深入的机理研究,我们证实了这一反应体系可以将氧气转化为超氧自由基中间体。本文针对氧气氧化和氧气固定反应及其应用研究一共完成了11项科研工作(图2)。这些工作实现了使用简单易得的原料合成复杂的生物活性分子片段。并且以上合成方法都采用氧气氧化脱氢偶联策略,因此反应的主要副产物是对环境没有危害的水分子。通过我们发展的这些绿色、高效的合成方法,很多重要的生物活性分子可以实现便捷合成(图3)。