一项研究为天然气资源的高价值应用提供了一条新的途径

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员吴晓峰团队在铜催化光诱导基化转化研究中取得新进展，构建了甲烷、乙烷等低碳烷烃在软环境中转化为低碳羧酸衍生物的反应系统，为天然气资源的高价值应用提供了新的途径，将系统扩展到各种官能团化烷烃，合成了一系列结构多样的基化产物。相关结果发表在自然通信和ACS上在Catalysis上。

甲烷和乙烷作为天然气的主要成分，直接制备乙酸、丙酸及其衍生物是实现碳资源高效转换和提高附加值的有效途径。然而，由于C-H键活化能量基础高、反应活性差、气液传质效率低，这种基础转换长期面临挑战。近年来，光催化技术引起了人们的广泛关注，因为它在室温下激发了惰性分子，并实现了准确和官能的潜力。

在这项工作中，吴晓峰团队提出了一种基于铜催化的光诱导策略。通过释放氯自由基，完成了甲烷、乙烷等小分子烷烃与一氧化碳的有效联系，产生了乙酸酯、丙酸酯等低碳羧酸衍生物。研究表明，在蓝光下，以氯化铜为催化剂，乙烷可以有选择地转化为丙酸酯。丙酸酯作为一种重要的工业中间体，可以进一步转化为聚甲基丙烯酸甲酯的关键前体——甲基丙烯酸甲酯。与传统的丙酮氰醇法和异丁烯氧化法相比，该策略具有原料便宜、反应条件柔和、原子经济性高、产品选择性优异等优点。该团队还发现，由于甲烷分子中碳氢建筑的电负差异很小，其反应活性远低于乙烷。

基于上述发现，研究小组进一步提出了一种通用的光催化基化系统，可以实现C(sp3)-H键官能团的选择性基化反应，包括醚、酮、卤代烃、腈、硅烷等，产生酰胺、酯、烯酮、炔酮、酰硒等多种基化合物。在保证统一反应条件的前提下，该系统最大限度地减少了不同基础之间的条件，提高了需求，显示出良好的适应性和转化效率，为复杂分子的多样化建设和有机合成方法的扩展提供了有力的工具。