文档介绍：项目名称:
不饱和烃高效转化中的前沿科学问题
首席科学家:
史一安中国科学院化学研究所
起止年限:

依托部门:
中国科学院
二、预期目标
总体目标:
通过本项目的实施,面向原子经济性和可持续发展的指导目标,发现若干具有原始创新性的不饱和烃官能化新反应;发展一批在国际上有重要影响、具有我国自主知识产权的新型高效催化剂和环境友好的新型实用的催化体系;发明若干项具有重要应用前景的不饱和烃高效转化新技术。项目的实施还将揭示不饱和烃化学中物质转化的一些新的基本科学规律,为化学家从事涉及不饱和烃的物质转化研究提供新的思路;进一步提升我国不饱和烃高效转化研究领域在国际上的影响和地位,在不饱和烃高效转化若干基础研究方面达到,为我国不饱和烃资源的高效利用和可持续发展提供科学基础和技术支撑,为推动我国化学学科前沿的自主创新和我国化学工业的可持续发展做出贡献。
五年目标:
通过本项目的实施,以新的思路和策略发展3-6类高效、高选择性、具有重要应用前景的创新催化剂和催化体系,发现与发展4-5个在国际上有一定影响、具有原始创新性的不饱和烃转化新反应,进而发展具有重要应用前景的功能分子的绿色合成新方法,并揭示催化剂之间、催化剂与底物以及催化活性物种与介质之间的多重相互作用的本质及规律性,形成一支在国际上有重要影响力的、从事不饱和烃转化研究的队伍,培养50名左右的博士和3-4名国家杰出青年基金获得者或长江特聘教授,在影响因子>3的国际期刊上发表200篇左右的论文,申请15-25个中国发明专利和2-4个国际专利。
三、研究方案
本项目结合化学学科和社会发展的重大战略需求,组织了我国在不饱和烃转化研究领域具有有机化学、物理化学、计算化学等学科背景的一支优秀科研队伍(包括院士1名、国家“千人计划”1人、杰青4名、教育部长江学者1名和中科院百人计划3人),针对预定目标,围绕不饱和烃高效转化中原子经济性和环境友好等基本科学问题开展工作,通过探索不饱和烃化学键高效、高选择性切断与重组的科学规律,发现具有原子经济性的新反应,发现与发展用于不饱和烃高效转化的催化剂新体系,同时利用多尺度的理论计算揭示不饱和烃转化的一些基本规律,指导催化剂和转化反应的发现和优化;在此基础上,发展若干环境友好和实用性的不饱和烃官能化转化反应,为功能分子的制备提供先进方法学,为我国化学化工、医药、农药和功能材料等领域的技术进步和可持续发展提供科学基础和技术支撑。总体思路示意图如下:
根据上述总体研究思路与目标,在项目实施过程中,我们将鼓励课题研究人员和课题研究内容之间的交叉和融合,在研究方法上注重实验与理论结合,围绕发展原子经济性和环境友好的不饱和烃官能化转化反应,重点开展以下四个方面的研究工作:
在原子经济性的不饱和烃高效转化新反应研究方面,发展不同的过渡金属,如Fe、Mn、Co、Cu、Ni、Pd、Ir、Pt、Ru和Rh等催化的对不饱和烃的原子经济性的取代,加成
等新反应。在芳烃化合物直接官能化反应研究方面,拟从简单的不饱和芳烃化合物原料出发,利用过渡金属催化剂选择性地切断芳烃的C-H键,继而与其它试剂重组,实现芳烃的直接官能化反应,诸如:芳基化,烯基化,炔基化,胺基化和烷氧化反应等等;在烯烃化合物的直接官能化新反应研究方面,拟对烯烃的加成/β-H消除反应,实现烯烃的直接官能化反应;在炔烃的直接官能化反应研究方面,拟对炔烃的C-H键断裂,形成炔基C-M键后,炔基金属活性物种进一步和其它官能团亲电试剂重组,发现一些新的合成方法;在不饱和烃碳-金属键化合物的合成及反应方面,拟设计合成新的不饱和烃双或多碳-金属有机试剂,并对其结构进行鉴定,发现一些新的碳-金属键的成键模式,利用具有双或多碳-金属活性中心的碳-金属键与底物的协同相互作用,发现新反应;在不饱和烃化合物的原子经济性加成新反应研究方面,拟对烯烃的不对称环氧化,非官能团导向烯烃的环丙烷化以及不对称氮杂环丙烷化等反应进行研究;在金属催化的不饱和烃的环加成反应方面拟设计和发展几类金属催化的不饱和烃的环加成反应来合成不同大小的环系化合物,并开展这些新的环加成反应在药物和天然产物合成上的应用。
在不饱和烃高效转化中的新催化体系研究方面,利用现代分析分离方法和计算化学等了解不饱和烃转化反应中催化剂的催化活性物种、催化机理等,发展结构优化、合成简便、高效高选择性的新的催化剂和催化体系;通过对生物体内化学反应机制的了解、酶和辅酶结构和功能的模拟,发展仿生的超分子催化和小分子催化剂;基于催化剂官能团作用机制和底物催化剂作用方式等理解,通过在一个催化剂中引入多种作用官能团,发展多官能团协同的催化剂;基于多种催化剂兼容性了解,设计发展多种催化剂协同作用的催化体系。
在环境友好和实用的