Hydrolytic cleavage of both CS2 carbon–sulfur bonds by multinuclear Pd(II) complexes at room temperature

化学 部分 光化学 催化作用 亲核细胞 电喷雾电离 分子内力 键裂 质谱法 有机化学 色谱法
作者
Xuan‐Feng Jiang,Hui Huang,Yunfeng Chai,Tracy L. Lohr,Shu-Yan Yu,Wenzhen Lai,Yuan-Jiang Pan,Massimiliano Delferro,Tobin J. Marks
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:9 (2): 188-193 被引量:75
标识
DOI:10.1038/nchem.2637
摘要

Developing homogeneous catalysts that convert CS2 and COS pollutants into environmentally benign products is important for both fundamental catalytic research and applied environmental science. Here we report a series of air-stable dimeric Pd complexes that mediate the facile hydrolytic cleavage of both CS2 carbon–sulfur bonds at 25 °C to produce CO2 and trimeric Pd complexes. Oxidation of the trimeric complexes with HNO3 regenerates the dimeric starting complexes with the release of SO2 and NO2. Isotopic labelling confirms that the carbon and oxygen atoms of CO2 originate from CS2 and H2O, respectively, and reaction intermediates were observed by gas-phase and electrospray ionization mass spectrometry, as well as by Fourier transform infrared spectroscopy. We also propose a plausible mechanistic scenario based on the experimentally observed intermediates. The mechanism involves intramolecular attack by a nucleophilic Pd–OH moiety on the carbon atom of coordinated µ-OCS2, which on deprotonation cleaves one C–S bond and simultaneously forms a C–O bond. Coupled C–S cleavage and CO2 release to yield [(bpy)3Pd3(µ3-S)2](NO3)2 (bpy, 2,2′-bipyridine) provides the thermodynamic driving force for the reaction. Converting CS2 and COS pollutants into benign products is critical in eliminating waste exhaust fumes. Now, a series of air-stable palladium complexes mediate hydrolysis of both CS2 carbon–sulfur bonds at 25 °C to produce CO2. Oxidation of the resulting complexes regenerates the starting complexes with SO2 and NO2 release.
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