Bidentate Ligand-Engineered MOF-Based Cu Single-Atom Catalyst for Selective Conversion of Organic Azides into Unsymmetrical Carbonyls via Functionalized Building Units and Atomic Regulation

催化作用 化学 齿合度 配体(生物化学) Atom(片上系统) 光化学 组合化学 有机化学 晶体结构 生物化学 受体 计算机科学 嵌入式系统
作者
Wen-Yu Luo,Yingying Xu,Fei Wen,Zelong Sun,Zhuo Li,Chengyi Dai,Lin‐Yu Jiao,Mingyue Ding
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:15 (14): 12563-12575 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c03581
摘要

The construction of unsymmetrical molecular structures has been a long-standing challenge in organic chemistry, particularly in the field of unsymmetrical carbonyls, which requires precise control over reaction selectivities. In this study, we introduced an innovative protocol that facilitates the one-step, completely selective preparation of a series of unsymmetrical carbonates, ureas, and carbamates from conventional carbonyl azides with the complete dissociation of the azido group. Leveraging the structural programmability of metal–organic frameworks (MOFs), we implemented a dual-modification strategy involving: (i) precise tailoring of functional building blocks with Schiff-base linkage to construct the microenvironment of the scaffold and (ii) coordination of copper species onto the predesigned N,N-bidentate ligand, ultimately fabricating a MOF-based Cu single-atom catalyst with defined activities. Furthermore, density functional theory (DFT) calculations revealed that the activation of nucleophiles and the subsequent attack on the carbonyl group are involved in the rate-determining step. The protocol not only allows for fine-tuned modulation of the Cu coordination environment but also ensures stable immobilization of Cu single atoms. This work underscores the pivotal role of a single-atom catalyst in the transformation of organic azides into unsymmetrical carbonyls, as well as their critical contribution in reactivity and selectivity control in organic synthesis.
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