四核镱(III)簇合物高效催化CO2环加成与Knoevenagel缩合反应的研究

研究人员针对传统催化剂分离困难、稳定性差等问题，设计合成了两种四核Yb(III)簇合物[Yb4(acac)4(μ3-O)2(L)6]和[Yb4(dbm)4(μ3-O)2(L)6]，通过单晶X射线衍射确认其结构。该簇合物在温和条件下可高效催化CO2环加成和Knoevenagel缩合反应，为绿色化学提供了新型多相催化剂。

　　

在全球能源危机与环境问题日益严峻的背景下，传统化学工业面临高能耗、高污染的挑战。二氧化碳（CO₂）作为主要温室气体，其化学固定与转化成为研究热点。然而，传统均相催化剂存在难以回收、稳定性差等缺陷。金属有机框架（MOF）材料因其可调控的孔结构和活性位点，为开发高效多相催化剂提供了新思路。与此同时，Knoevenagel缩合反应在药物合成等领域应用广泛，但现有催化体系仍需优化。针对这些问题，山西某研究团队通过溶剂热法设计合成了两种四核镱(III)簇合物，系统研究了其在CO₂环加成和Knoevenagel缩合反应中的催化性能，成果发表于《Journal of Molecular Structure》。

研究采用溶剂热法合成簇合物，通过单晶X射线衍射解析结构，利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和热重分析（TGA）表征材料稳定性，并在溶剂-free条件下测试其对环氧烷烃与CO₂环加成、丙二腈与芳香醛缩合反应的催化效率。

晶体结构分析
单晶衍射显示，簇合物1和2均以四个Yb³⁺为核心，通过μ₃-O和配体L^?桥联形成四面体结构。每个Yb³⁺呈现八配位构型，配位环境包含乙酰丙酮（acac）或二苯甲酰甲烷（dbm）阴离子。这种刚性结构为底物提供了精确的空间取向。

催化性能研究
在CO₂环加成中，簇合物1在80°C、1 atm条件下使环氧氯丙烷转化率达92%，且循环5次后活性保持90%以上。对于Knoevenagel缩合，簇合物2催化苯甲醛与丙二腈反应的产率可达95%，显著高于传统碱催化剂。机理研究表明，Yb³⁺的Lewis酸性与配体氮/氧位点协同活化底物。

结论与意义
该工作首次将四核镱簇合物应用于两类重要反应，其结构明确性为机理研究提供理想模型。相较于MOF材料，离散簇合物更易调控配位微环境，且兼具均相催化剂的高活性和多相催化剂的易回收特性。山西团队的研究为稀土催化剂设计开辟了新途径，对实现CO₂资源化利用和绿色合成具有重要参考价值。作者Xiao-Fen Guan等特别指出，后续将探索该类催化剂在不对称合成中的应用潜力。