科技日?qǐng)?bào)記者 劉霞

西班牙圣地亞哥德孔波斯特拉大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一種新型超分子催化劑，可將甲烷等天然氣成分轉(zhuǎn)化為具有高附加值的化合物，如藥物合成中的關(guān)鍵中間體等。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志。

科學(xué)界與工業(yè)界一直在探索如何將甲烷等碳?xì)浠衔镏苯愚D(zhuǎn)化為高價(jià)值化學(xué)品。然而，甲烷本身極為穩(wěn)定、反應(yīng)活性低，限制了其在化工領(lǐng)域作為可持續(xù)原料的應(yīng)用。

此次團(tuán)隊(duì)利用甲烷直接合成出具有生物活性的化合物——二甲基雌酚，這是一種常用于激素療法的非甾體雌激素。研究表明，新方法能以簡(jiǎn)單、豐富且廉價(jià)的原料，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)值高的分子。

研究策略聚焦于烯丙基化反應(yīng)，即在氣體分子上連接一個(gè)稱為“烯丙基”的小化學(xué)基團(tuán)，作為后續(xù)合成從藥物到日用化學(xué)品多種終端產(chǎn)品的“多功能錨點(diǎn)”。然而，傳統(tǒng)催化系統(tǒng)容易生成無(wú)用的氯化副產(chǎn)物。為解決這一問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種定制化的超分子催化劑。其核心在于采用四氯高鐵酸鹽陰離子作為催化活性中心，并通過(guò)三甲基吡啶對(duì)苯甲磺酸鹽陽(yáng)離子進(jìn)行穩(wěn)定，從而有效調(diào)控反應(yīng)中自由基的活性。

催化劑中鐵原子周圍形成的復(fù)雜氫鍵網(wǎng)絡(luò)，既能維持光催化活化烷烴所需的高反應(yīng)性，又能抑制副反應(yīng)，尤其是競(jìng)爭(zhēng)性氯化反應(yīng)的發(fā)生，為實(shí)現(xiàn)烯丙基化反應(yīng)創(chuàng)造了理想條件。

最新方法采用廉價(jià)、豐富且低毒的鐵元素替代傳統(tǒng)貴金屬，反應(yīng)在溫和的溫度與壓力條件下進(jìn)行，并由LED光源驅(qū)動(dòng)，大幅降低了能耗與環(huán)境負(fù)擔(dān)。