三种新型无机簇加速化学反应以形成碳-碳键

香水、外用酒精、胆固醇药物甚至生物过程都依赖于一种称为羟醛反应的化学过程。该反应主要将化合物结合形成碳-碳键，这种键非常坚固，并为分子提供了稳定性。

中国的一组研究人员表示，由铝和氧制成的催化剂簇通常有助于加速这一反应，但也包含稀土元素的催化剂簇可以提供更理想的协同特性。

该团队开发了三个这样的集群，每个集群的实际产量至少为理论潜在最终产品的 74%，最高可达 86%，这在实验室等实际环境中被认为是良好的。他们发表了他们在多金属氧酸盐中的研究结果。

“在有机化学中，羟醛反应是形成碳-碳键的最重要方法之一，”通讯作者、中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室研究员方伟辉说。 “到目前为止，羟醛反应中已经使用了很多催化剂，但团簇在这方面的应用较少。”

簇由结合的原子组成，比分子大但比块状固体材料小。传统的催化簇，称为同金属络合物，由铝和氧或稀土元素制成。然而，Fang 表示，将两者结合在一起的异金属配合物要少得多，尽管其特性可以让两种成分更好地协同工作。

“异金属化合物可以产生新的协同特性，但由于复杂的反应系统包含三种以上的组分(包括两种金属和连接体)，因此仍然相对未得到探索，”方说。

Fang 和她的团队之前开发了一种方法来生产负载单一镧系元素离子的铝分子环，这是一类稀土元素称为轻金属。他们发现，通过增加铝和镧系离子的含量，可以产生具有晶体结构的纯簇化合物。通过改变稀土离子(铈、镨或钕)的数量和种类，他们产生了三种异金属簇。

“我们采用配体控制的部分水解来产生这些帽子形状的簇，”方说。这个过程涉及使用水将分子分解成更小的成分，这些更小的成分可以重新排列成不同的复合物。配体或与原子结合的离子可以通过防止某些解离来帮助控制该过程。 “其独特的顶点到边缘共享排列在稀土或铝氧簇中尚未有报道。”

共享排列是指分子如何结合在一起，边和顶点以这样的方式配对，使簇看起来像帽子。研究人员使用各种成像和化学分析技术来表征这些簇。然后他们测试了每种物质加速丙酮羟醛反应的效果。在 60°C 下，48 小时后，带有铈的团簇产生了 86% 的产率，方称其为“优秀”的结果。结果。含有镨的簇的产率为84%，含有钕的簇的产率为74%。

“可以看出，铝与稀土系的异金属组合带来了与两种原始体系完全不同的结构类型，”方说。 “我们预计配体控制的部分水解将在异金属合成中继续有效。”