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Co(III)/K(I)配合物是一種罕見的雙核催化劑,可用於CO2和環氧丙烷的共聚的大規模商業生產。雖然對Co(III)/K(I)異雙核配合物在二氧化碳和環氧丙烷開環共聚的催化循環進行了計算和實驗相結合研究。但是,充分了解產品和副產品形成的機理對於合理改進催化劑至關重要,但是相關研究很少報道。
鑑於此,牛津大學Charlotte K. Williams系統研究了Co(III)/K(I)異雙核催化劑上二氧化碳和環氧丙烷開環共聚的機理。

本文要點

要點1.作者研究發現,鈷既可以活化環氧丙烷,也可以穩定催化中間體,而鉀提供了一種瞬間的碳酸鹽親核劑,可以使活性環氧丙烷開環。

要點2.通過密度泛函理論(DFT)計算表明,由於金屬具有難以跨越的高勢壘,所以在實驗條件下不太可能發生相反的作用。速率確定步驟計算為環氧丙烷的開環量(ΔGcalc†=+22.2 kcal mol–1);與實驗測量(ΔGexp†=+22.1 kcal mol–1,50°C)一致。計算出的選擇性限制步驟的勢壘,即醇鹽中間體反咬合形成碳酸丙烯酯(ΔGcalc†=+21.4 kcal mol–1),與環氧環開口勢壘(ΔGcalc†=+22.2 kcal mol–1)競爭,表明醇鹽和碳酸鹽中間體之間存在平衡。這一想法經過實驗驗證,發現選擇性由二氧化碳壓力或溫度控制。

Arron C. Deacy, Andreas Phanopoulos, Wouter Lindeboom, Antoine Buchard, and Charlotte K. Williams Insights into the Mechanism of Carbon Dioxide and Propylene Oxide Ring-Opening Copolymerization Using a Co(III)/K(I) Heterodinuclear Catalyst JACS (2022)
DOI: 10.1021/jacs.2c06921
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c06921

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