路易斯酸催化的酯类C-O键活化机理与应用研究

Ester is an important naturally abundant resource. Natural fats are esters of fatty acids and glycerol. Recently, biodiesel, derived from natural fats, is considered an emerging renewable fuel that is green and low emission. Moreover, biodiesel is compatible with current energy infrastructures where diesel is used. This project will study the catalytic conversion of C-O bonds in esters by homogeneous Lewis acid catalysts, aiming to (1) efficiently generate biodiesel; (2) avoid the glycerol by-product from traditional biodiesel production. The focus will be studying the detailed mechanism, which may lead to optimal catalysts and reaction conditions for efficient conversion of natural fats.

酯类化合物在自然界中广泛存在，是人类社会的重要资源，如天然油脂即是羧酸甘油酯。近年来，由天然油脂转化而来的生物柴油被认为是很有前景的绿色低碳替代能源，产品是可代替石油工业生产的柴油。本项目将研究利用均相路易斯酸为主的催化剂对酯类C-O键进行活化，一方面得到生物柴油，另一方面消除传统生物柴油生产路线无法解决的甘油副产物，将其转化为附加值更高的化学品。为了实现这个目标，本项目将着重研究反应机理及均相路易斯酸催化剂的关键作用，总结规律，在催化剂选用、反应条件控制等方面为应用研究提供理论基础。

可再生能源是我国构建和谐社会，实现“碳中和”目标的重要手段。我们针对以甘油三脂为代表的天然生物能源资源的结构特点，对路易斯酸活化酯类C-O键的机理及其转化反应的应用进行了研究，实现了对多元醇酯的选择性催化C-O键官能化反应，从简单的多元醇酯、氨基醇酯出发，合成了一系列酰胺酯与多元酰胺。同时，我们还将此项成果应用于与其化学结构类似的PET聚酯塑料上，实现了PET的化学降解及单体回收。此外，我们发现了路易斯酸可活化烯丙基酯的C-O键，催化醌类化合物发生氧化还原链式烷基化反应。我们开发了从烯丙基酯、苯甲基酯合成烯丙基醌、苯甲基醌的快速合成方法，并通过进一步的催化剂设计，发现了烷基醇钠盐与卤素的复合镂空团簇，并完成了多种高附加值醌类维生素，如维生素K族化合物、辅酶Q族化合物等的低成本快速合成。