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可切换双功能双态可重复使用的ZnO-Cu用于选择性氧化和还原反应

DOI:10.1021/acscatal.8b03785 期刊:ACS Catalysis 出版年份:2018 更新时间:2025-09-09 09:28:46
摘要: 本文报道了负载铜的氧化锌(ZnO-Cu)在氧气/光照刺激响应下,于还原态(S-1)与氧化态(S-2)之间可逆切换,从而选择性催化两种对立反应:烷基芳烃/杂芳烃氧化为醛/酮,以及硝基芳烃/杂芳烃还原为相应胺类。该催化剂两种状态分别表现出对氧化和还原反应的高度活性差异——通过调控光照及氧气/氮气氛围即可实现反应的"开启"与"关闭"。研究发现,其状态切换效率与相对反应活性在不同反应条件下保持稳定,且不受氧化-还原顺序(或逆向过程)及底物种类的影响。光催化剂(S-1和S-2)对两类反应均展现出优异催化活性、良好循环使用性、广泛底物适用范围及合理的官能团耐受性,并在大规模装置中验证了性能。该体系通过催化剂状态的光刺激切换,实现了氧化与还原反应的协同串联催化,用于苯甲基胺类化合物的合成。
作者: Kasturi Sarmah,Subhamoy Mukhopadhyay,Tarun K. Maji,Sanjay Pratihar
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研究概述 实验方案 设备清单

研究某种特定草药对特定疾病的治疗效果。

总之,负载铜的氧化锌(S-1)由对O?/光响应的醋酸锌钠络合物(C??H??O??Na?Zn?,C-1)合成,该络合物在氧化态(S-2)与还原态(S-1)间表现出高度可逆的开关活性。在光照条件下,还原态(S-1)对烷基芳烃/杂芳烃选择性气相氧化为相应醛/酮的反应活性显著高于其氧化态(S-2)。相反,氧化态(S-2)对硝基芳烃选择性光还原为相应胺类化合物的效率则明显优于其还原态(S-1)。此外,通过改变刺激条件(光/O?/N?),两种反应均可实现"关闭"与"开启"调控。状态间的切换效率及其相对反应活性在多种反应条件下均保持稳定。原位生成状态的相对反应活性与异位生成状态相似,且不受氧化-还原(或反之)顺序及所用底物影响?;硌芯勘砻鳎和拇嬖诓唤鐾ü种瓶昭?电子对复合过程提升光谱响应,还促进形成负责氧化反应的活性超氧(O??)物种;而催化剂表面吸附氢经电子转移则主导还原反应。光催化剂(S-1和S-2)具有可重复使用性,在多克级规模制备醛/酮及氨基芳烃/杂芳烃的大规模装置中表现优异。最终,该体系通过催化剂状态的可控切换,利用氧化与还原反应协同串联催化,在两产物缩合形成的亚胺还原步骤中,实现了苯甲基胺类化合物的合成。

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