《科学通报》
开博时间：2019-09-06 16:50:00《科学通报》是主要报道自然科学各学科基础理论和应用研究方面具有创新性、高水平和重要意义的研究成果。报道及时快速，文章可读性强，力求在比较宽泛的学术领域产生深刻影响。
CO2催化转化合成研究进展
2020-12-07 21:47:00有效利用可再生碳资源、保护环境、发展绿色化学已成为大势所趋。CO2是一种主要的温室气体，也是来源丰富、价廉易得的可再生碳资源、将CO2“变废为宝，高值化利用”，不仅可以实现CO2的有效固定，还可以获得高附加值的材料、精细化学品和大宗化工产品，以部分替代化石资源，满足可持续发展需求。然而，由于CO2自身具有热力学稳定性和动力学惰性，实现对CO2的高选择性、高效率转化是面临的重大难题。其中，CO2与邻氨基苯腈经羧环化反应合成喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物是有效资源化利用CO2具有工业化前景的途径之一(图1)。一方面，该反应路线符合原子经济性，相比于传统合成工艺，以CO2为原料具有绿色与价廉的优势;另一方面，喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物具有广泛的生理学和药理学活性，是合成布那唑嗪(bunazosin)、多沙唑嗪(doxazosin)、哌唑嗪(prazosin)及折那司他(zenarestat)等药物的重要中间体。
图 1 CO2与邻氨基苯腈羧环化合成喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮
近期，哈尔滨工业大学孙建敏教授课题组针对CO2与邻氨基苯腈羧环化合成喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮反应，将国内外所报道的各类催化剂进行了系统总结与对比分析。综述内容主要围绕以下几个方面展开：(1) 无催化剂条件下合成喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮;(2) 均相无机碱金属催化剂;(3) 均相有机碱催化剂;4)均相离子液体催化剂;(5) 非均相无机二元金属氧化物;(6) 非均相无机-有机固载型催化剂。作者详细对比了不同催化剂结构、酸碱性、溶剂种类及相行为等因素对催化性能的影响，并结合所报道的理论计算结果，深入总结了反应物CO2与邻氨基苯腈在不同催化体系中的活化行为及反应路径。通过对不同类型催化剂进行对比，指出了离子液体作为绿色溶剂与温和催化剂，应用于转化CO2合成喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物反应中，在催化活性、催化剂与产物的分离及普适性等方面均表现出明显优势，是具有发展潜力的催化剂。同时结合文献报道，指出了离子液体催化转化CO2合成喹唑啉-2,4(1H,3H)-二酮及其衍生物目前仍存在的不足：(1) 目前催化性能优异的离子液体大多是基于有机超强碱的质子型离子液体，其高活性仍然依赖于催化剂的超强碱性，从工业化的角度考虑，必然会大大提高对反应设备的要求;(2) 基于离子液体的高成本，其在长期运转过程中的稳定性及循环使用性尚无保证。针对以上存在的不足，文中还指出了该领域今后的发展方向，即加强对离子液体阴、阳离子协同催化反应机理的研究，从反应物活化的角度定向设计阴、阳离子结构，发展对反应物同时具有优异活化能力、低碱度、高稳定性的新型离子液体，以实现温和、无溶剂条件下CO2的高效率、高选择性转化及催化剂的简易分离回用。
文/刘猛帅, 平冉, 孙建敏
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