지구를 활성화하는 새로운 방법

2017년 1월 31일 보고

헤더 자이거(Heather Zeiger), Phys.org

(Phys.org) - 많은 산업 관련 반응에는 귀금속 촉매 또는 낮은 산화 상태의 지구에 풍부한 금속 촉매가 필요합니다. 예를 들어, Fe(0) 착물을 갖는 촉매는 수소화붕소화 및 하이드로실릴화에 대한 우수한 촉매이지만 철을 환원하는 데 필요한 방법은 실제 사용이 불가능합니다. 영국 에든버러 대학의 연구자들은 나트륨 tert- 부톡사이드는 지구에 풍부한 금속 촉매에 대해 강력하고 일반적으로 적용 가능한 활성화제 역할을 합니다. 그들은 철, 코발트, 망간, 니켈이 포함된 사전 촉매 복합체를 테스트했습니다. 그들의 방법은 상업적으로 이용 가능한 시약과 온화한 조건을 사용했습니다. 그들은 또한 촉매 활성화를 위한 나트륨 tert-부톡사이드 방법이 다양한 작용기 및 금속 리간드와 함께 작동한다는 것을 입증했습니다. 그들의 연구는 Nature Chemistry에 게재됩니다.

연구자들이 전이 금속의 첫 번째 줄에서 발견되는 지구에 풍부한 금속을 사용하려면 사전 촉매 활성화제를 사용해야 합니다. 첫 번째 행 금속은 가장 안정적인 산화 상태를 선호합니다. 철과 코발트의 경우 Fe(II)와 Co(II)가 가장 안정적인 상태입니다. 그러나 촉매 활성을 위해서는 Fe(0)과 Co(I)가 선호됩니다. 이를 위해서는 나트륨 수은 아말감과 같은 강력한 환원제나 리튬 알루미늄 수소화물 또는 그리냐르 시약과 같은 유기금속 활성화제를 사용해야 합니다. 이러한 옵션 중 어느 것도 공기와 물에 민감하기 때문에 대규모 응용 분야에는 그다지 실용적이지 않습니다.

더 나은 활성제를 찾기 위해 Jamie H. Docherty, Jingying Peng, Andrew P. Dominey 및 Stephen P. Thomas는 화학적으로 안정하고 취급이 쉽고 확장 가능하며 무독성인 시약을 찾았습니다. 그들은 결국 철 촉매 수소화붕소화 반응을 사용한 모델 반응을 사용한 연구를 바탕으로 나트륨 tert-부톡사이드에 도달했습니다.

"우리 연구의 가장 중요한 목표는 지구에 풍부한 금속 촉매 작용을 위한 실용적이고 간단한 합성 방법을 개발하는 것입니다."라고 수석 연구원인 Stephen P. Thomas 박사는 Phys.org에 말했습니다. "이 점을 염두에 두고 우리는 상업적으로 이용 가능한 공기 및 수분에 안정한 시약을 사용하는 활성화 프로토콜을 찾고자 했습니다. 이 공정에 3차 아민을 사용한 이전 연구를 바탕으로 우리는 다양한 알콕시드가 활성화될 수 있음을 발견했습니다. 철(II) 전촉매(예: 나트륨 메톡사이드, 칼륨 tert-부톡사이드 등)가 있지만 가장 강력한 것으로 입증된 것은 나트륨 tert-부톡사이드였습니다. 여기에서 우리는 이 방법을 다양한 범위에 적용할 수 있음을 입증했습니다. 4가지 금속에 걸쳐 5가지 합성 변환을 위한 촉매제입니다."

"전촉매" 시약은 안정한 산화 상태의 금속과 리간드입니다. 리간드 구조는 종종 특정 반응 유형에 따라 다릅니다. Thomas 그룹은 이전에 발표된 붕소화 첨가 반응을 사용하여 나트륨 tert-부톡사이드 절차를 사용하여 여러 사전 촉매를 테스트했습니다. 그들은 1-옥텐뿐만 아니라 4-페닐-1-부텐과 미르센을 출발 물질로 사용했습니다. 특히 Thomas 그룹의 방법은 25oC에서 1시간 동안 원포트 합성을 포함합니다.

그들은 자신들의 기술을 사용하여 이전에 보고된 활성화제와 비슷한 수율을 보여주었습니다. 또한 그들은 몇 가지 코발트 전촉매를 테스트하여 붕소화 반응에 효과가 있는지 확인하고 나트륨 tert-부톡사이드 방법이 코발트 기반 전촉매를 활성화하는 데 효과가 있음을 발견했습니다.

반응을 최적화한 후 그들은 하이드로실릴화로 전환했습니다. 알켄 하이드로실릴화는 현재 진행 중인 가장 큰 산업 공정 중 하나이며 일반적으로 산업 환경에서 백금 촉매를 사용합니다. 하이드로보레이션 반응과 마찬가지로, 하이드로실릴화를 위해 지구에 풍부한 금속을 사용하려면 활성화가 필요했습니다.

Thomas 그룹은 그들의 방법이 1-옥텐 또는 미르센과 여러 철 전촉매를 사용하여 하이드로실릴화 반응에 효과가 있는지 테스트했습니다. 그들은 나트륨 tert-부톡사이드가 다시 촉매 활성화제로 잘 작동하고 다른 방법과 비교할 수 있는 수율을 생성한다는 것을 발견했습니다.