催化烷烃活化的创新方法提供了新的化学途径

日本北海道大学的研究人员通过开发一种活化烷烃的新方法，在有机化学领域取得了重大突破，烷烃是在化学工业中发挥着至关重要作用的化合物。新技术，发表在科学，使得更容易将这些结构单元转化为有价值的化合物，从而推动药物和尖端材料生产的进步。

烷烃是化石燃料的主要成分，也是至关重要的用于生产各种化学品和材料，例如塑料、溶剂和润滑剂。但它们强大的碳-碳键使它们非常稳定和惰性，这对试图将它们转化为有用化合物的化学家提出了挑战。

为了解决这个问题，科学家们将注意力集中在环丙烷上，这是一种特殊类型的烷烃，具有这使得它们比其他烷烃更具反应性。

许多现有的分解长链烷烃的技术（称为裂解）往往会产生分子混合物，这使得分离所需产物变得具有挑战性。这一挑战来自于反应中间体碳正离子，它有一个碳原子与五个基团键合，而不是化学教科书中通常描述的碳正离子的三个基团。这使得它的反应性极强并且难以控制其选择性。

研究小组发现，一类特殊的受限手性布朗斯台德酸，称为亚氨基二磷酸酯（IDPi），可以解决这个问题。 IDPi 是非常强的酸，可以提供质子来激活环丙烷并促进其在微环境中选择性裂解。

在如此有限的活性位点内捐赠质子的能力可以更好地控制，提高生产有价值产品的效率和选择性。

“通过利用这些酸的特定类别，我们建立了它允许环丙烷分解成烯烃，同时确保所得分子中原子的精确排列，”本杰明·李斯特教授说，他与北海道大学化学反应设计与发现研究所的副教授辻信哉副教授一起领导了这项研究。隶属于马克斯普朗克研究所和北海道大学。

“这种被称为立体选择性的精确度对于制药等行业至关重要，因为分子的特定形式可以显着影响其功能。”

该方法的成功源于催化剂能够稳定反应过程中形成的独特瞬态结构，引导过程产生所需的产物，同时最大限度地减少不需要的副产物。为了优化他们的方法，研究人员系统地改进了催化剂的结构，从而改善了结果。

“我们对催化剂的某些部分进行的修改使我们能够生产更多数量的所需产物和特定形式的分子，”该研究的另一位通讯作者 Nobuya Tsuji 副教授解释道。

“通过使用先进的计算模拟，我们能够可视化酸与环丙烷的相互作用，有效地引导反应达到预期的结果。”

研究人员还在多种化合物上测试了他们的方法，证明其不仅可以有效地将特定类型的环丙烷，而且可以有效地将更复杂的分子转化为有价值的产品。

这种创新方法提高了化学反应的效率，并为从常见碳氢化合物来源生产有价值的化学品开辟了新途径。精确控制最终产品中原子排列的能力可能会导致针对从药物到先进材料等多种应用的目标化学品的开发。