壳聚糖-海藻酸修饰磁性生物纳米催化剂CuO@Fe3O4/CS/Alg高效催化C-N与C-C偶联反应

为解决均相催化剂难以回收、过渡金属污染等问题，研究人员开发了壳聚糖-海藻酸修饰的磁性纳米催化剂CuO@Fe3O4/CS/Alg，通过Chan-Lam和Suzuki-Miyaura偶联反应高效合成芳胺与联芳化合物（产率80%-96%），其56.30 emu/g的磁化强度支持6次循环使用，为绿色催化提供新策略。

　　

在有机合成领域，C-N和C-C键的构建是制备药物分子、功能材料的关键步骤。传统均相铜催化剂虽高效但存在分离困难、金属残留等问题，而钯催化的Suzuki反应则成本高昂。如何开发兼具高效性、可回收性和环境友好型的催化剂，成为化学家们亟待解决的难题。

印度巴巴萨希布安贝德卡尔研究基金会（BARTI）的研究人员Kiran S. Bagade和Arjun S. Kumbhar创新性地将生物聚合物与磁性纳米技术结合，设计出铜氧化物固定化的壳聚糖-海藻酸修饰磁性生物纳米催化剂（CuO@Fe₃O₄/CS/Alg）。该研究通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）等技术证实催化剂结构，并应用于Chan-Lam偶联（芳胺产率80%-94%）和Suzuki-Miyaura偶联（联芳烃产率85%-96%），其56.30 emu/g的饱和磁化强度可实现磁分离和6次循环使用，相关成果发表于《Journal of Organometallic Chemistry》。

关键技术包括：1）原位合成法构建CuO@Fe₃O₄/CS/Alg复合体系；2）FTIR和EDX验证元素分布；3）VSM测定磁性能；4）热过滤实验评估异相催化特性。

【材料与合成】
以壳聚糖（CS）和海藻酸（Alg）为生物载体，通过共沉淀法将Fe₃O₄与CuO整合，形成直径50-100 nm的核壳结构。XRD显示CuO特征峰位于35.5°和38.7°，EDX证实Cu、Fe、O元素均匀分布。

【催化性能】
在Chan-Lam反应中，苯胺与苯硼酸在室温下反应5.5小时获得94%产率；Suzuki反应中碘苯与苯硼酸在80℃乙醇/水体系中3小时产率达96%。对照实验表明，未修饰的CuO催化剂活性降低30%。

【稳定性分析】
热过滤实验证实反应后滤液无催化活性，说明反应由表面Cu位点驱动。经过6次循环后，催化剂仍保持85%以上活性，SEM显示其形貌未发生明显变化。

该研究开创性地将生物聚合物与磁性纳米粒子协同增效，解决了传统催化剂回收难题。CuO@Fe₃O₄/CS/Alg在温和条件下实现高选择性偶联，其生物相容性为制药工业减少金属残留提供新思路。未来可通过调控CS/Alg比例进一步优化载体稳定性，拓展至其他交叉偶联反应体系。