2024年7月13日-15日，第一届Green Carbon青年编委会化学方向研讨会暨“绿碳能源化学与过程”学术沙龙在青岛召开。中国科学院化学研究所宋卫国研究员应邀出席，并作题为“手性氨基醇的全绿色制备”的特邀报告。
手性氨基酸的全绿色制备
一
背景介绍
宋卫国研究员在“绿碳能源化学与过程”学术沙龙上作特邀报告
二
报告内容
01 手性氨基醇的制备
从天然氨基酸羰基还原得到手性氨基醇是最理想途径。手性氨基醇的制备主要面临两个挑战。首先，羰基催化加氢反应条件苛刻，需要在高温高压条件下进行，这不仅增加了能耗，还可能导致产物的ee值下降。其次，在酸性条件下进行催化加氢反应时，产物为氨基醇盐，需要通过碱中和会产生大量磷酸盐固废，导致收率降低。
02 高效加氢催化剂：缓和条件快速反应
为了实现高效全绿色制备，需要解决催化剂的活性问题。90%精细化工需要催化剂，催化剂的合成需要考虑到三点：稳定分散的活性中心（纳米团簇）、短而畅通的扩散通道（纳米孔道）、均匀混合的反应体系（表界面）。宋卫国研究员课题组最近几年发展了可控合成方法，构筑了高效纳米结构催化剂和催化体系。针对氨基酸加氢催化剂开发了一种高性能的羰基加氢催化剂——Mo改性的Ru/C催化剂，该催化剂载体介孔孔道分布均匀，在温和条件下具有高活性和高选择性，活性显著优于商业Ru/C催化剂，产品ee值达99.9%。
除此之外，宋卫国研究员团队继续在基础研究方面开发了性能更佳的催化剂，包括单原子和纳米团簇协同催化剂。通过调控催化剂的负载量、配位环境和构效关系等因素，实现了催化剂性能的优化。
03 浸润性匹配的催化体系
为了提高反应的选择性，宋卫国研究员课题组还研究了催化剂的浸润性匹配问题。研究发现，通过浸润性匹配设计，控制催化剂附近和表面的反应物及产物浓度，可以显著提高催化反应效率，在气固、液固、气液固三相反应体系中反应物种在催化剂上的吸附和扩散速率得到大幅度提升，进而有效提高表观反应速率。在若干加氢和选择性氧化反应中，浸润性匹配的催化剂可以在缓和条件下完成催化反应。在设计浸润性匹配的催化体系时，通过表面和孔道功能化处理，可以得到不同浸润性、浸润性梯度、孔道结构的催化剂。
在前期工作中，宋卫国团队将气体浸润性引入气液固三相催化反应中，通过催化剂表面性质调控，使气体在催化剂表面快速浸润，增加气体在催化剂表面浓度，在常压下即可达到液相中高压下的浓度，实现了温和反应条件下的多相催化反应。然而，传统的催化剂表面超亲气改性多采取有机官能团修饰，一方面会覆盖部分活性中心；另一方面，这些有机小分子化学惰性，对活性中心没有调制作用。最近，课题组发现石墨炔在催化中具有独特能力，结合活性中心电子结构和浸润性调控，可以大幅度提升气液固三相界面催化反应效率。
04 高性能电化学膜分离
——双极膜电渗析（EDBM）技术
EDBM是膜分离技术，主要利用电能促进酸碱中和反应中的逆反应，能够将氨基醇磷酸盐溶液分解为对应的磷酸及氨基醇，其中磷酸可以循环使用，无需中和，无固废形成。该技术核心是双极膜中水的解离H2O→H＋＋OH—。前期小面积膜测试效果非常良好，该工艺具有普适性，硝酸回收率和丙氨醇综合收率均大于99%，无固废产生，实现了全绿色制备。
三
专家介绍
宋卫国，研究员，博士生导师，现就职于中国科学院化学研究所，中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室，中国科学院大学岗位教授。1992年北京大学化学专业本科毕业；2001年获得南加州大学理学博士学位；2005年入选中国科学院人才计划；2007年获得国家杰出青年科学基金资助；2008年起担任科技部纳米重大研究计划项目首席科学家；2016年获得国务院政府特殊津贴；2019年入选国家级高层次人才计划并被授予“有突出贡献中青年专家”称号。英国皇家化学会会士FRSC，兼任Environmental Science: Nano期刊副主编。近年研究方向主要包括应用与催化、环境等方面的功能纳米材料与多孔材料的合成表征及其应用，纳米结构材料的可控构筑以得到具有理想形貌和丰富表界面官能团的材料等。迄今已在Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie、Advanced Materials、Accounts of Chemical Research、PNAS等国际期刊上发表文章200余篇，被引18000余次，H指数65；授权国家专利49项。
供稿丨吴萍乐 硕士研究生
中国科学院青岛能源所 系统微生物工程研究组
指导丨朱佳伟 研究员
中国科学院青岛能源所 功能膜与氢能技术研究中心
编辑丨Green Carbon期刊中心
审核丨Green Carbon期刊中心
关于
Green Carbon
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Green Carbon（绿碳，ISSN 2950-1555）是由中国科学院青岛生物能源与过程研究所创办、与科爱集团联合出版的开放获取英文学术期刊，聚焦绿色碳资源的开发与利用、化石碳资源的绿色转化与利用、排放碳资源的固定与利用，以及多尺度碳循环的分析与管理等主题，推动可持续发展领域的科技创新，打造多学科融合的国际一流学术交流平台。期刊将发表原创性研究论文、综述类文章、社论、简短通讯、观点和专题类文章。
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