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在有机化学领域取得了重大突破，他们开发出一种新方法来激活烷烃，而烷烃是化学工业中起着至关重要作用的化合物。这项发表在《科学》杂志上的新技术使这些结构单元更容易转化为有价值的化合物，为药物和尖端材料的生产提供了进展。

烷烃是化石燃料的主要成分，也是生产各种化学品和材料(如塑料、溶剂和润滑剂)的重要组成部分。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来说是一个挑战。

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

目前，许多分解长链烷烃的技术(称为裂解)往往会产生分子混合物，这使得分离所需产品变得具有挑战性。这一挑战来自反应中间体碳正离子，该离子的碳原子与五个基团结合，而不是化学教科书中通常描述的碳正离子的三个基团。这使得它反应性极强，难以控制其选择性。

研究小组发现，一种名为亚氨基二磷酰亚胺酯(IDPi)的受限手性布朗斯台德酸可以解决这个问题。IDPi是一种非常强的酸，可以捐献质子来激活环丙烷，并促进其在微环境中的选择性碎裂。

在如此狭窄的活性位点内捐献质子的能力可以更好地控制反应机制，从而提高生产有价值产品的效率和选择性。

“通过利用一类特定的酸，我们建立了一个受控环境，使环丙烷分解成烯烃，同时确保所得分子中原子的精确排列，”本杰明·利斯特(BenjaminList)教授说道，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也(NobuyaTsuji)共同领导了这项研究，并隶属于马克斯普朗克煤研究所和北海道大学。

“这种精度，即立体选择性，对于制药等行业来说至关重要，因为分子的特定形式可显著影响其功能。”

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，引导反应过程生成所需产品，同时最大限度地减少不需要的副产品。为了优化方法，研究人员系统地改进了催化剂的结构，从而改善了结果。

“我们对催化剂某些部分所做的修改使我们能够生产出更多所需产品和特定形式的分子，”该研究的另一位通讯作者副教授NobuyaTsuji解释道。

“通过使用先进的计算机模拟，我们能够直观地看到酸如何与环丙烷相互作用，从而有效地引导反应朝​​着预期的结果发展。”

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

这种创新方法不仅提高了化学反应的效率，还为从常见的碳氢化合物来源中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以促进开发用于从药物到先进材料等各种应用的有针对性的化学品。

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