杂环翼修饰钴卟啉高效催化环氧化物与CO2的环加成反应

本文设计合成五种N-杂环修饰的双功能钴卟啉（Co-porphyrin）催化剂，在无共催化剂条件下高效催化环氧化物与CO2环加成制备环状碳酸酯（cyclic carbonates）。研究发现N-杂环基团的亲核性直接影响催化性能，最优催化剂J-o4B可实现99.9%转化率和>99%选择性，并通过动力学研究和三协同机制（tri-synergistic mechanism）阐释了Lewis酸-碱双中心协同作用原理。

　　

亮点

五款新型N-杂环翼修饰钴卟啉催化剂闪亮登场！它们像分子级"双面特工"，既能用钴金属中心（Lewis酸）激活环氧化物，又能靠杂环"翅膀"（Lewis碱）捕捉CO₂，在无帮手（共催化剂）条件下就能高效合成环状碳酸酯。明星选手J-o4B创下99.9%转化率纪录，堪称催化界的"六边形战士"！

材料与设备

实验用环氧丙烷（PO）、环氧氯丙烷（ECH）等试剂来自国药集团，所有N-杂环化合物（吡唑/三唑/苯并咪唑）购自能源化学公司。核磁共振（NMR）和质谱（MS）等检测设备为催化剂结构装上"火眼金睛"。

催化剂设计与合成

研究团队仿生设计"杂环翅膀"：就像给钴卟啉装上不同型号的"机械臂"（Im/Pa/Py/DMAP），通过调控电子效应和空间位阻，实现双活性位点的"黄金配比"。合成路线如同分子乐高，先构建卟啉骨架，再嫁接杂环功能团。

结论

这项研究破解了N-杂环亲核性与催化活性的密码，建立的"三协同"机制（金属活化-杂环助攻-底物匹配）为CO₂资源化利用提供了新范式。未来可通过杂环"基因编辑"进一步优化催化剂性能。