纤维素固载咖啡因-NHC-铜复合物在Ullmann交叉偶联反应中的应用研究

研究人员针对均相NHC-金属催化剂难以回收的问题，开发出纤维素固载的咖啡因-NHC-Cu复合物[Cell-Caffeine-NHC@Cu]，通过FT-IR、13C NMR、XPS等多维表征证实其结构。该异相催化剂在芳基卤化物与酚类的Ullmann偶联反应中表现出优异活性和6次循环稳定性，为绿色化学提供了可再生载体解决方案。

　　

在金属有机化学领域，N-杂环卡宾(N-heterocyclic carbenes, NHCs)作为明星配体已展现出非凡的催化潜力，但其均相体系存在催化剂回收困难、金属残留污染等痛点。与此同时，全球每年产生约5000亿吨的纤维素——这种由β-D-葡萄糖单元通过1,4-糖苷键构成的天然高分子，因其可再生性、生物降解性和独特刚性结构，正成为绿色化学的理想载体。如何将NHCs的催化优势与纤维素载体特性相结合，成为突破现有技术瓶颈的关键。

研究人员创新性地将咖啡因结构单元引入NHC-铜复合物设计，构建出[Cell-Caffeine-NHC@Cu]异相催化体系。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、固态¹³C核磁共振、X射线光电子能谱(XPS)等先进表征技术证实，该复合物成功实现了纤维素载体与咖啡因修饰的NHC-Cu活性位点的稳定结合。热重分析(TGA)显示材料在300°C以下保持稳定，X射线衍射(XRD)图谱则揭示了其独特的晶体结构特征。

研究团队采用三步合成策略：首先在纤维素表面构建Al₂O₃涂层增强界面结合力，随后通过硅烷偶联剂引入氯丙基活性位点，最终完成咖啡因-NHC配体与铜离子的螯合。在芳基碘化物与苯酚的Ullmann偶联模型反应中，该催化剂在温和条件下即可实现90%以上的产物收率，且经6次循环后仍保持85%活性。透射电镜(TEM)显示循环后铜纳米颗粒仍均匀分散，能量色散X射线谱(EDX)证实金属流失量低于3%。

这项发表于《Journal of Organometallic Chemistry》的研究具有三重创新价值：其一，咖啡因结构的立体位阻效应可有效调控催化活性中心的电子环境；其二，纤维素载体解决了传统均相催化剂难以回收的难题；其三，整个体系符合原子经济性原则，催化剂制备过程未使用有毒有机溶剂。Taha Najm Aalhusaini等研究者通过巧妙的分子设计，为发展可持续的绿色催化技术提供了新范式，在制药中间体和功能材料合成领域具有广阔应用前景。