Diese Studie wird von Dr. Lu Jiong von der National University of Singapore (NUS) in Zusammenarbeit mit Dr. Koh Ming Joo (NUS), Dr. Chun Zhang (NUS) und Dr. Honghan Fei von (Tongji University) geleitet. Dieses Team hat eine Ligandenaustauschstrategie entwickelt, um Bulk-Cuprat-Kristalle in atomar dünne 2D-Cuprat-Schichten zu exfolieren, deren Grundebene periodische Anordnungen zugänglicher ungesättigter Cu(II)-Einzelstellen (2D-CuSSs) enthält. Aufgrund ihrer einzigartigen Struktur katalysieren diese 2D-CuSSs eine effiziente Chan-Lam-Kopplung. Diese Arbeit wurde veröffentlicht in National Science Review Im vergangenen Monat.
Die kupferkatalysierte Chan-Lam-Kupplung ist ein wichtiger oxidativer Kupplungsprozess, der in der organischen Synthese zur Herstellung von pharmazeutisch wichtigen Aryl-Kohlenstoff-Heteroatom-Verbindungen umfassend eingesetzt wird. Im Vergleich zu homogenen Katalysatoren für die Chan-Lam-Kupplung werden heterogene viel weniger erforscht, obwohl sie aufgrund ihrer einfacheren Trennung und Wiederverwertung in der chemischen Industrie wohl attraktiver sind. Obwohl für diese Reaktion eine Reihe heterogener Cu-Katalysatoren beschrieben wurden, treten häufig Probleme wie geringe Stabilität und/oder Metallauswaschung auf.
„Die hier synthetisierten 2D-CuSSs enthalten eine hohe Dichte an zugänglichen koordinativ ungesättigten Anordnungen einzelner Cu-Stellen in der 2D-Cupratschicht, die sicherstellen, dass sie als effiziente und robuste heterogene Katalysatorkandidaten für Kreuzkupplungsreaktionen dienen“, sagt Lu Jiong.
Das Team testete eine Reihe von substituierten Anilinen und Boronsäuren, um den Substratumfang der durch 2D-CuSSs katalysierten CN-Kupplung zu untersuchen, und zeigte deutliche Vorteile von 2D-CuSSs gegenüber herkömmlichen homogenen Gegenstücken. Dies kann auf die große offene Oberfläche von 2D-CuSSs mit einer Fülle von unterkoordinierten Cu-Einzelstellen zurückgeführt werden.
Das Vorhandensein atomar genau definierter aktiver Zentren ermöglicht es uns auch, die Struktur-Leistungs-Beziehungen zu untersuchen und Einblicke auf molekularer Ebene in den Reaktionsmechanismus zu gewinnen, wie sowohl operando experimentelle als auch theoretische Studien gezeigt haben. Insgesamt unterstreichen die robuste Stabilität sowohl in Batch- als auch in kontinuierlichen Durchflussreaktionen, gepaart mit ihrer guten katalytischen Leistung bei der Herstellung komplexer Amin- und Etherverbindungen, die potenzielle Anwendbarkeit von 2D-CuSSs in der feinchemischen Synthese.
Huimin Yang et al, Katalytisch aktives, atomar dünnes Cuprat mit periodischen Cu-Einzelstellen, National Science Review (2022). DOI: 10.1093/nsr/nwac100