浙江大学伍广朋课题组Acc. Chem. Res.封面论文：可模块化设计的高活性有机硼催化体系及其催化转化
硼化合物因其本征的缺电子特征，表现出类金属的催化特性，为多种催化反应提供了通用转化平台。如：当下广泛研究的受挫路易斯酸碱对催化的氢化和聚合反应等。但遗憾的是，当前众多有机硼化合物的催化效率仍难以媲美金属催化体系；此外，许多有机硼催化剂往往需要通过耗时的多步合成进行制备，这给此类无金属催化剂的规模化合成和工业应用带来了挑战。因此，开发高活性、易制备的有机硼催化剂具有重要的研究意义和实用价值。
近年，浙江大学高分子系伍广朋课题组一直致力于高活性、可规模化制备的有机硼催化剂的开发及催化转化研究。他们首次提出了分子内动态酸碱体系（DLMCS）的催化剂设计理念，并利用简单的季铵化和硼氢化两步反应，开发出了可模块化设计、并具有超高催化效率的有机硼催化体系（图1）。他们基于研究催化剂的晶体结构，关键中间体，反应动力学和密度泛函理论计算多种研究手段，发现动态路易斯酸多核之间的相互作用（硼中心与季铵盐之间的分子内协同效应）是催化剂具有高活性和选择性的关键所在。
伍广朋课题组开发的系列硼催化剂：
①用于二氧化碳和环氧烷烃环化制备环状碳酸酯时，每小时单体的转化数可达11050 h−1，显著缩小了和金属催化剂之间的活性差距（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 23291-23298.）；
②用于环氧环己烷与二氧化碳的共聚合，催化剂催化效率高达5 kg聚合物/g催化剂，超过了目前已报到的所有金属和非金属均相催化体系（J. Am. Chem. Soc., 2020, 142, 12245-12255.）；
③催化环氧烷烃和环状酸酐开环共聚制备聚酯，催化剂表现出空前的催化活性，催化效率高达7.4 kg聚合物/g催化剂，催化剂耐受温度、聚合产物分子量均为目前报道的最高值（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 19253-19261.）；
④利用双核硼催化剂实现了脂肪族聚醚的高效制备，单体转化数达到56500，该催化效率可媲美当下工业界使用的双金属腈化物催化剂，并提出了氮正离子辅助的链穿梭聚合机理（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, 59, 16910-16917.）；
⑤开发的四核硼催化剂首次实现了环氧氯丙烷和二氧化碳在温和反应条件下（25-40 ℃）的全交替共聚，制备出了当下最高分子量共聚物，提出了分子内循环顺序交替共聚合机理（J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 3455-3465.）（图2）。
上述开发的高活性有机硼催化剂在三年前（2018年）就布局了系列的国内和国际专利，相关专利已接连获得产权保护。有机硼催化剂用于制备可降解高分子材料的产业化项目进入中试开发阶段。
近日，上述研究以“Modular Organoboron Catalysts Enable Transformations with Unprecedented Reactivity”为题受邀发表于Acc. Chem. Res.，本文详细介绍了分子内动态酸碱（DLMCS）硼系催化剂的设计理念和催化转化，并当选为本期的封面论文。
论文信息：第一作者为杨贯文博士，第二作者为张瑶瑶博士，通讯作者为伍广朋研究员。
论文链接：
Modular Organoboron Catalysts Enable Transformations with Unprecedented Reactivity, Guan-Wen Yang, Yao-Yao Zhang, and Guang-Peng Wu*, Acc. Chem. Res., 2021, 54, 4434-4438.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.accounts.1c00620
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