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可伸缩的双功能有机硼催化剂用于高效催化二氧化碳和环氧化物共聚合成二氧化碳基聚碳酸酯

2020-12-01 分类：前沿动态阅读(581)

on style="white-space: normal; text-indent: 2em;">将二氧化碳与环氧化物共聚合成可降解型聚碳酸酯是缓解温室效应和塑料污染的重要手段。过去五十年，以金属催化剂合成CO₂基聚合物占据着主导地位。然而，金属催化剂的复杂制备过程以及有色金属在产品中的残留问题限制了其在该领域的实际应用。

近期，浙江大学的伍广朋研究员团队报道了一种含硼的双功能化离子液体催化剂用于CO₂聚碳酸酯的合成以有效解决以上问题。具体而言，按图1所示的步骤简单合成了一系列双功能化的季铵盐且实现了公斤级放大。其中，催化剂3b表现出了最优的活性，在氧化环己烷与催化剂进料比为20000:1的情况下，产品选择性达到了99%，催化效率达到5.0 kg产品/ 1g催化剂，这是目前所报道的最高值。实验结果和模拟计算表明离子液体的高催化活性主要归因于亲电性的硼原子和季铵盐分子内协同催化效应。此外，结合反应动力学、多种控制实验、¹¹B NMR、催化剂晶体结构以及密度泛函理论计算详细地揭示了一种新的亲电-亲核反应机理（图2）。

该项工作通过简单的合成步骤引入了一种无金属特性的离子液体催化剂，不仅有效解决了多配体金属催化剂合成步骤复杂和产品中存在金属残留的问题，而且实现了原料更加高效的转化，这为大规模无金属化生产CO₂基聚合物提供了新方案。

图1. 双功能化的非金属催化剂制备过程

（图片来源: J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 28: 12245–12255）

图2. 催化剂3b与原料的作用机理

（图片来源: J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 28: 12245–12255）

Guan-Wen Yang, Yao-YaoZhang, Rui Xie and Guang-Peng Wu*, Bifunctional organoboron catalysts for copolymerization of CO₂ and epoxides with unprecedented efficiency, J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/jacs.0c03651

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