中国储能网讯：加州理工学院的化学家发现一种不依赖昂贵的贵金属催化剂的、生产含硅有机化合物的方法。这种新技术采用一种非常便宜而且在世界各地的实验室都很常见的化学品－叔丁醇钾－来帮助开发了一系列产品，范围涵盖了从新开发医药到先进材料等。研究发现，在催化一些非常具有挑战性的化学反应方面，叔丁醇钾比贵金属更有效。
“我们首次表明可以使用一种安全和廉价的催化剂而不是以前采用的贵重金属，如铂，钯，铱等来有效形成碳－硅键。”来自化学教授Bob Grubbs 、Victor and Elizabeth Atkins实验室的Anton Toutov说。“我们非常兴奋，因为这种新技术不仅更环保有效，而且比当前采用的催化剂要便宜上千倍。这是一种可以被化学产业采用的新技术。”之前催化剂中广泛采用的贵金属非常稀少，而且几乎快耗尽了，但是钾却是地球上很丰富的化学元素。
该团队将他们的新绿色化学技术发表在2月5日发行的《自然》杂志上。第一作者是加州理工的博士后Toutov and Wen-bo (Boger) Liu。Toutov凭借这部分研究工作获得了道琼斯可持续创新学生创新挑战赛大奖(SISCA)。
“当我第一次在一个会议上介绍这部分工作时，人们都惊呆了。” 2005年诺贝尔化学奖得主 Grubbs说。“在我演讲的最后我加了三张关于这部分化学的幻灯片，后来就成了人们争相谈论的焦点。”
合著者、来自加州理工的化学教授Brian Stoltz说之所有会有如此大的反响，是由于当化学催化剂驱动反应很具有挑战性时，叔丁醇钾看起来是如此简单。这种白色的粉末提供了一种直接而且友好的方式催化一个反应－用碳硅键取代碳氢键得到有机硅烷。
这些有机分子非常有趣，因为他们可以被药物化学家用于创造新的药品。它们也可以用于开发可用于液晶显示屏和有机太阳能电池的材料，在开发新农药中扮演重要角色，也可用于开发新型医药图像工具。
“使用叔丁醇钾来催化这样一个化学领域研究最多的化学放映，的的确确是一个震撼。” Stoltz说。
这个项目开始于几年前，论文合作者之一的Alexey Fedorov－当时是Grubbs实验室的博士后（现在在苏黎世联邦理工）－当时在研究一个完全不同的问题。他试着用简单含硅化合物、金属和叔丁醇钾去打破生物质中的碳氧键。在这个过程中，他尝试了只用叔丁醇钾而没有金属催化剂。值得注意的是，这个反应仍然能进行。当Toutov（当时正与Fedorov一起工作）进一步分析实验之后，他意识到除了意料之中的产物，这个反应也得到了少量的有机硅烷。这是非常出乎意料的因为有机硅烷很难得到。
“我曾经认为那是不可能的，因此我检查了好多遍，” Toutov说。“毫无疑问，我们确实得到了！”
在欢欣鼓舞之下，Toutov改进了反应以便能在温和条件下得到单一的有机硅烷，同时副产物只有氢气。之后他扩大了生产规模以便能工业化生产化学药品，例如新材料和新药物的衍生物的分子。
Toutov 和Stoltz课题组的Liu组成了新的小组，继续开发用于合成新药品的化学药品。这是一个Stoltz已经活跃了超过十年的领域。
但在钻研更多的应用之前，化学家们向加州理工学院罗纳德环境分析中心和全球环境科学玛克辛林德中心主任Nathan Dalleska寻求帮助，希望用地质学家用于检测微量金属的质谱仪做一个测试。它们试着探测实验中可能包含的微量金属－这可能可以解释为什么看起来不可能发生的实验（只用叔丁醇钾）最后却发生了。
“但是什么都没有，” Stoltz说。“我们自己制备了叔丁醇钾，也采用来自不同厂商的叔丁醇钾，但化学反应继续一样工作。我们不得不相信这是真的，这里没有金属催化剂。”
目前为止，化学家不知道为什么简单的催化剂能驱动如此复杂的反应。但是Stoltz实验室是选择C－H功能化中心（美国国家科学基金会资助的化学创新中心）的一部分。通过该中心，加州理工学院的团队已经开始与加州大学洛杉矶分校Ken Houk的计算化学团队合作，研究如何从理论的角度来理解该化学反应。
“叔丁醇钾的作用机理和贵金属的催化机理完全不同，” Stoltz说。“这将会激励一些人，包括我们自己，去思考如何使用这样的反应。”
Toutov说，和其他催化剂响应反应的方式不同， 这种新型催化剂可用于大规模产业化。为了显示该工艺的产业化能力，加州理工的团队分析了近150克钾－通过单次催化反应所能得到的最大量。该反应要求氢气是唯一的产物，温度在45°C－这是目前报道的反应发生的最低温度。
“这个发现表明我们对化学反应知之甚少，” Stoltz说。“人们不断告诉我们化学领域有多么成熟，实际上仍然有很多我们并不知道地基础反应。”
Kerry Betz，加州理工的一名研究生，也是该论文的合作者说，“硅烷化的芳香杂环中的C－H键可在金属催化剂的催化下完成硅烷化。”
该研究是在美国国家科学基金会资助下完成的，加州理工学院雷斯尼克可持续发展研究所、道琼斯化学、加拿大自然科学和工程研究理事会和中国科学院上海有机化学研究所提供研究生和博士后支持。Federov的初级化学反应工作是在BP. Kerry Betz资助下完成的。
