中國儲能網訊：加州理工學院的化學家發(fā)現(xiàn)一種不依賴昂貴的貴金屬催化劑的、生產含硅有機化合物的方法。這種新技術采用一種非常便宜而且在世界各地的實驗室都很常見的化學品－叔丁醇鉀－來幫助開發(fā)了一系列產品，范圍涵蓋了從新開發(fā)醫(yī)藥到先進材料等。研究發(fā)現(xiàn)，在催化一些非常具有挑戰(zhàn)性的化學反應方面，叔丁醇鉀比貴金屬更有效。
“我們首次表明可以使用一種安全和廉價的催化劑而不是以前采用的貴重金屬，如鉑，鈀，銥等來有效形成碳－硅鍵?！眮碜曰瘜W教授Bob Grubbs 、Victor and Elizabeth Atkins實驗室的Anton Toutov說?！拔覀兎浅Ｅd奮，因為這種新技術不僅更環(huán)保有效，而且比當前采用的催化劑要便宜上千倍。這是一種可以被化學產業(yè)采用的新技術?！敝按呋瘎┲袕V泛采用的貴金屬非常稀少，而且?guī)缀蹩旌谋M了，但是鉀卻是地球上很豐富的化學元素。
該團隊將他們的新綠色化學技術發(fā)表在2月5日發(fā)行的《自然》雜志上。第一作者是加州理工的博士后Toutov and Wen-bo (Boger) Liu。Toutov憑借這部分研究工作獲得了道瓊斯可持續(xù)創(chuàng)新學生創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽大獎(SISCA)。
“當我第一次在一個會議上介紹這部分工作時，人們都驚呆了?！?2005年諾貝爾化學獎得主 Grubbs說。“在我演講的最后我加了三張關于這部分化學的幻燈片，后來就成了人們爭相談論的焦點?！?
合著者、來自加州理工的化學教授Brian Stoltz說之所有會有如此大的反響，是由于當化學催化劑驅動反應很具有挑戰(zhàn)性時，叔丁醇鉀看起來是如此簡單。這種白色的粉末提供了一種直接而且友好的方式催化一個反應－用碳硅鍵取代碳氫鍵得到有機硅烷。
這些有機分子非常有趣，因為他們可以被藥物化學家用于創(chuàng)造新的藥品。它們也可以用于開發(fā)可用于液晶顯示屏和有機太陽能電池的材料，在開發(fā)新農藥中扮演重要角色，也可用于開發(fā)新型醫(yī)藥圖像工具。
“使用叔丁醇鉀來催化這樣一個化學領域研究最多的化學放映，的的確確是一個震撼。” Stoltz說。
這個項目開始于幾年前，論文合作者之一的Alexey Fedorov－當時是Grubbs實驗室的博士后（現(xiàn)在在蘇黎世聯(lián)邦理工）－當時在研究一個完全不同的問題。他試著用簡單含硅化合物、金屬和叔丁醇鉀去打破生物質中的碳氧鍵。在這個過程中，他嘗試了只用叔丁醇鉀而沒有金屬催化劑。值得注意的是，這個反應仍然能進行。當Toutov（當時正與Fedorov一起工作）進一步分析實驗之后，他意識到除了意料之中的產物，這個反應也得到了少量的有機硅烷。這是非常出乎意料的因為有機硅烷很難得到。
“我曾經認為那是不可能的，因此我檢查了好多遍，” Toutov說?！昂翢o疑問，我們確實得到了！”
在歡欣鼓舞之下，Toutov改進了反應以便能在溫和條件下得到單一的有機硅烷，同時副產物只有氫氣。之后他擴大了生產規(guī)模以便能工業(yè)化生產化學藥品，例如新材料和新藥物的衍生物的分子。
Toutov 和Stoltz課題組的Liu組成了新的小組，繼續(xù)開發(fā)用于合成新藥品的化學藥品。這是一個Stoltz已經活躍了超過十年的領域。
但在鉆研更多的應用之前，化學家們向加州理工學院羅納德環(huán)境分析中心和全球環(huán)境科學瑪克辛林德中心主任Nathan Dalleska尋求幫助，希望用地質學家用于檢測微量金屬的質譜儀做一個測試。它們試著探測實驗中可能包含的微量金屬－這可能可以解釋為什么看起來不可能發(fā)生的實驗（只用叔丁醇鉀）最后卻發(fā)生了。
“但是什么都沒有，” Stoltz說?！拔覀冏约褐苽淞耸宥〈尖?，也采用來自不同廠商的叔丁醇鉀，但化學反應繼續(xù)一樣工作。我們不得不相信這是真的，這里沒有金屬催化劑。”
目前為止，化學家不知道為什么簡單的催化劑能驅動如此復雜的反應。但是Stoltz實驗室是選擇C－H功能化中心（美國國家科學基金會資助的化學創(chuàng)新中心）的一部分。通過該中心，加州理工學院的團隊已經開始與加州大學洛杉磯分校Ken Houk的計算化學團隊合作，研究如何從理論的角度來理解該化學反應。
“叔丁醇鉀的作用機理和貴金屬的催化機理完全不同，” Stoltz說?！斑@將會激勵一些人，包括我們自己，去思考如何使用這樣的反應?！?
Toutov說，和其他催化劑響應反應的方式不同， 這種新型催化劑可用于大規(guī)模產業(yè)化。為了顯示該工藝的產業(yè)化能力，加州理工的團隊分析了近150克鉀－通過單次催化反應所能得到的最大量。該反應要求氫氣是唯一的產物，溫度在45°C－這是目前報道的反應發(fā)生的最低溫度。
“這個發(fā)現(xiàn)表明我們對化學反應知之甚少，” Stoltz說?！叭藗儾粩喔嬖V我們化學領域有多么成熟，實際上仍然有很多我們并不知道地基礎反應。”
Kerry Betz，加州理工的一名研究生，也是該論文的合作者說，“硅烷化的芳香雜環(huán)中的C－H鍵可在金屬催化劑的催化下完成硅烷化?！?
該研究是在美國國家科學基金會資助下完成的，加州理工學院雷斯尼克可持續(xù)發(fā)展研究所、道瓊斯化學、加拿大自然科學和工程研究理事會和中國科學院上海有機化學研究所提供研究生和博士后支持。Federov的初級化學反應工作是在BP. Kerry Betz資助下完成的。
