南开大学“铁催化”本科生团队开发“空气-铁盐催化体系”开创绿色有机合成新途径

近日，南开大学“铁催化”学生科研创新团队发现了一种在温和条件下、无需外加化学氧化剂就能产生自由基的新方法，并将此方法应用到有机合成中最难发生反应的惰性甲基和亚甲基的修饰和转化上，实现了廉价金属铁在构建碳-碳、碳-杂键上的多项突破。团队紧贴国家重大战略需求，深度挖掘常见、廉价金属铁盐等催化剂在有机合成中的应用，同时研发高效、高选择性、超低“三废”排放的空气氧化体系，支持我国生态文明建设。

图：用“铁-空气”实现了新化学键的构建

图：空气氧化法在合成中的应用

“铁催化”团队由南开大学化学学院2017级、2018级、2019级8名本科生组成，由南开大学化学学院高级工程师徐大振指导。团队成员克服了繁重的学习压力，在课余时间走进实验室，积极参与有机化学研究工作，挥洒自己对化学学科的热爱。经过一年多的努力，“铁催化”团队创新性地开发了“空气-铁盐”催化体系，在温和条件下用过渡金属铁盐催化的交叉偶联反应，实现了sp3C-C、sp3C-O、sp3C-S、sp3C-N的构建，在《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Green Chemistry》等国际顶尖期刊上以第一作者身份发表多篇论文，累计影响因子达到36。此外，“铁催化”团队受到德国化学家Paul Knochel邀请，对其科研成果写了“SYNPACTS”文章[Synlett, 2020, 31(18), 1753.]，这是该期刊创刊以来，首次邀请本科生团队撰写亮点评述文章。

“铁催化”团队研究的催化氧化方法用途十分广泛，与现有的一些合成烯烃的人名反应相比更绿色、高效，能够运用到各种高附加值及大宗化学品的合成生产中，比如制备IRAP酶抑制剂、抗神经母细胞瘤药物、抗乳腺癌药物、抗疟疾药物和吡啶配体等。此外，“空气-铁盐”催化体系在化工企业生产中具有非常好的应用价值，得到了对接企业的高度评价，“不但可以用全新的技术路线生产化工品，还可缓解由于氧化反应中氧化剂被还原后，产生几倍量副产品及高浓度COD废水的‘卡脖子’问题”。团队研究的新方法在化工生产中，可以避免重金属催化剂的使用、降低能耗、减少污染性副产品产生，让我国的化工行业绿色发展向世界先进水平又迈出一大步。

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