Photochromic Cu-TiO2 Nanocatalysts for Visible-Light-Triggered C−Cl Activation and Selective Molecular Assembly

光致变色 纳米材料基催化剂 可见光谱 材料科学 纳米技术 光化学 光电子学 化学工程 纳米颗粒 化学 工程类
作者
Chaowei Han,Yun Zhang,Lulu Fu,Lili Xu,Wenzhao Xue,Zhen Zhang,Guanfeng Ji,Mei Yan,Wenshou Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c08299
摘要

The efficient photoactivation of C-Cl bonds to selectively form C-C and C-O bonds via cross-coupling has emerged as a promising strategy for photosynthesizing pharmaceuticals. However, achieving selective cross-coupling of unactivated C-Cl bonds using visible light in a photoredox system remains a formidable challenge. Herein, we report a cooperative photoredox catalysis system that efficiently activates benzyl chloride (BnCl) in conjunction with photooxidation of hydroxyphenol, enabling the selective formation of C-C and C-O pharmaceuticals, such as 4-(benzyloxy)phenol (monobenzone) and benzylated 1,4-benzoquinone, over photochromic Cu-doped TiO2 (Cu-TiO2) nanoparticles. Mechanistic investigations and theoretical calculations reveal that the Cu doping enhances the BnCl coordination, and the photochromism-induced Cu+/0 active sites efficiently promote the C-Cl bonds activation, resulting in homocoupling of bibenzyl with excellent yield (>96%), selectivity (>99%), and stability (>30 days). Moreover, C-C and C-O bond pharmaceuticals are selectively synthesized by cooperating the photoreduction of BnCl with the solvent-induced photooxidation of p-phenol, facilitated by photochromism-induced Cu+/0 species and oxygen vacancies in Cu-TiO2 nanoparticles. This work establishes a framework for the rational design of photochromic catalysts for the activation and functionalization of C/Cl bonds within a photoredox system.
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