磺酸基高效锚定硼铝分子筛：无溶剂合成关键化合物的绿色催化新突破

为解决传统液体无机酸替代及制备高性能固体酸催化剂的难题，研究人员开展了磺酸基 (-SO3H) 功能化硼铝分子筛 (PKU1) 的研究。成功制备 PKU1-SO3H 固体酸，用于合成相关衍生物，为绿色催化提供新选择。

　　

在有机合成领域，随着环保意识的增强和对可持续发展的追求，基于绿色化学过程的新型合成策略成为研究热点。传统的有机合成常依赖液体无机酸作为催化剂，然而，这些液体酸存在诸多弊端，比如腐蚀性强、难以回收利用，还会在反应过程中产生大量废水，对环境造成严重污染。与此同时，在开发高性能固体酸催化剂的道路上，科研人员也面临着重重挑战。尽管各类负载磺酸基 (-SO₃H) 的固体酸催化剂不断涌现，以碳、离子液体、介孔分子筛等为基质进行表面功能化的尝试也不少，但要制备出兼具高活性、易制备、长期稳定性好以及高环境友好性的固体酸催化剂，仍然困难重重。在这样的背景下，一项新的研究应运而生。

为了突破这些困境，来自未知研究机构的研究人员将目光投向了硼铝分子筛 HAl₃B₆O₁₂(OH)₄（简称为 PKU1）。PKU1 自 2003 年被首次报道以来，其独特的结构吸引了研究人员的关注。它拥有基于八面体的骨架结构，其中 [AlO₆] 八面体通过边共享连接，形成了沿 c 轴的大 18 元环窗口。而且，PKU1 的骨架中含有丰富的羟基，虽然其本身酸性较弱，但这些羟基却为后续的化学修饰提供了潜在的结合位点。研究人员尝试以氯磺酸 (ClSO₃H) 为磺化剂，对 PKU1 进行功能化改造，制备出新型固体酸催化剂 PKU1-SO₃H，并将其应用于无溶剂条件下 14 - 芳基 - 14H - 二苯并 [a,j] 呫吨和 α- 氨基腈衍生物的合成。这项研究成果发表在《Applied Catalysis A: General》上，为绿色催化领域带来了新的曙光。

研究人员在此次研究中运用了多种关键技术方法。首先，采用 X 射线衍射 (XRD)、高角度环形暗场扫描透射电子显微镜 (HAADF-STEM)、傅里叶变换红外光谱 (FT-IR)、热重 - 质谱联用技术 (TG-MS)、X 射线光电子能谱 (XPS) 以及紫外 - 可见光谱 (UV-Vis) 等多种物理化学表征手段，对 PKU1-SO₃H 的结构和酸性进行了深入分析。此外，利用 X 射线单晶衍射和核磁共振光谱 (NMR) 技术，确定了合成产物的分子和晶体结构，从而全面评估催化剂的性能。

在研究结果部分，研究人员成功制备出了 PKU1-SO₃H 固体酸催化剂。通过一系列的表征技术证实，磺酸基成功地被固定在了 PKU1 的骨架中。在无溶剂反应条件下，PKU1-SO₃H 展现出了令人瞩目的性能。它在合成 14 - 芳基 - 14H - 二苯并 [a,j] 呫吨和 α- 氨基腈衍生物的反应中，不仅催化产率高，而且表现出了优异的长期耐久性。研究还发现了 8 种新的晶体结构，并通过单晶 X 射线衍射方法进行了精确测定。为了解释磺酸基活性位点在催化合成 14 - 苯基 - 14H - 二苯并 [a,j] 呫吨衍生物过程中的关键作用，研究人员提出了合理的反应机制。

在结论和讨论部分，这项研究意义重大。它首次将磺酸基功能化的硼铝分子筛作为新型多相固体酸催化剂引入绿色催化领域。多种表征技术为磺酸基成功固定在 PKU1 骨架中提供了有力证据，并且通过调节氯磺酸的用量，能够很好地调控接枝的磺酸基位点数量。PKU1-SO₃H 固体酸在无溶剂条件下高效催化合成目标产物，为环境友好型催化提供了新的候选材料，有助于推动绿色化学在有机合成中的应用。同时，对反应机制的深入研究，也增进了科研人员对固体酸催化剂选择性合成增值化合物反应机理的理解，为后续相关催化剂的设计和优化提供了理论基础。这一研究成果在绿色催化领域具有广阔的应用前景，有望为未来的有机合成工业带来新的变革，助力实现更加绿色、可持续的化学合成。