AsianJOC:二氧化碳还原偶联C−O键构筑生成含氧化合物的研究进展

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二氧化碳(CO2)向大气中的排放量与日俱增,不断升高的CO2浓度对全球变暖等气候问题产生了巨大影响。同时,二氧化碳又是一种丰富、廉价易得的可再生资源,如何直接利用二氧化碳或将其转化为更有价值的产品,是可持续化学制造的重要方法,也是达成“二氧化碳减排战略”的重要组成部分。在过去的几年里,二氧化碳还原并构筑C-C, C-N, C-S键取得了较大的进展,但二氧化碳分级还原构筑C-O键的进展还面临巨大的挑战。


近日,山西大学魏学红、郭志强课题组详细综述了CO2分级还原构筑C-O键合成含氧化合物的最新研究进展,并以表格/图的形式比较了不同催化剂的反应活性,对该领域所面临的机遇和挑战进行了展望。


二氧化碳二电子还原构筑C-O键合成甲酸烷酯的研究中,无论是均相催化剂还是多相催化剂,其贵金属基的催化剂可以实现相对较高的转化数(TON),尤其是金属有机钌催化剂。现有的研究主要集中在寻找合适的助剂和载体,以提高催化剂的催化活性和稳定性。其中,大部分的研究实验结果表明了在催化剂中掺杂金属要比纯催化剂的催化活性高。此外,开发非贵金属催化剂和无催化对二氧化碳还原为甲酸烷酯类的反应任重道远,尤为重要的是大部分研究只停留在甲酸甲酯的合成,对以乙醇、乙二醇等醇类为底物合成甲酸烷酯类化合物的研究鲜有报道。


二氧化碳四电子还原构筑C-O键合成二甲氧基甲烷(DMM)及其甲氧基醚类衍生物(OMEs)的研究,仍以均相金属钌基催化剂活性最好,催化剂的结构和电子性质的变化对催化活性影响很大。多相催化剂中需要合适的金属负载量,目前研究3%Ru负载量为最佳。此外,二氧化碳四电子还原并构筑C-O键的方法还适用于多元醇底物,实现二氧化碳还原到亚甲基形成环缩醛和直链缩醛。


总体来讲,在液态醇中二氧化碳还原并构筑C-O键到含氧化合物研究还不够完善。目前该研究领域仍有很多挑战性的问题亟待解决:1) 非贵金属催化剂用于CO2还原到含氧化合物的TON较低,因此开发非贵金属催化剂并找到合适的载体和助剂或无催化剂显得尤为重要;2) 该方向的研究大部分还停留在以甲醇为底物合成甲酸甲酯上,尽管有些课题组也对底物进行了拓展,但TON会有明显的降低;3) CO2加氢制含氧化合物的反应研究路径已清晰明了,但工业化路线还很难实现;4) 二氧化碳二、四电子还原构建C-O键形成含氧化合物已有相关报道,但二氧化碳六电子还原到甲基水平形成含氧化合物还未见报道。







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文信息

Research Progress on Carbon Dioxide Reduction Coupled with the Formation of C−O Bonds to Oxygenated Compounds

Dr. Zhiqiang Guo, Dr. Boru Yang, Dr. Jinping Jia, Prof. Xuehong Wei


Asian Journal of Organic Chemistry

DOI: 10.1002/ajoc.202300097






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