掺杂二氧化钛半导体光催化剂对芳基C-H键官能团化反应的催化活性研究

The transition-metal catalyzed C-H bond functionalization reactions have demonstrated the great potential of these chemical transformations to synthesize valuable products from simple starting materials in concise steps and therefore minimize waste formation in the synthesis process. However, the high loading of expensive metal catalyst limited their publication to a cartain extent. On the other hand, the titanium dioxide semiconductor photocatalyst has emerged as a green catalyst and found wide application in sterilization, air-purifying, waste water treatment etc. Our research aims to examined various titanium dioxide semiconductor photocatalyst dopped by traditional-matal ions, rare earth elements and nonmetal element to explore the excellent ones which has a increased photocatalytic activity as well as the absorption ability of visible light, then further applied the dopped titanium dioxide semiconductor photocatalyst in the C-H bond functionalization reaction. The expected photocatalysis process would decrease the cost greatly and do minimum damage to the environment.

过渡金属催化C-H键的直接官能团化反应允许人们从简单易得的原料制备有价值的产物，这样省去了原料预先官能团化的过程，简化了合成路线，减少了对环境有害的副产物的排放，符合现代绿色化学的发展趋势。然而，这类反应普遍面临的一个关键问题是贵金属催化剂用量过高，使得反应成本太高。另一方面，半导体光催化作为一种绿色的催化过程，具有非常诱人的优势和应用前景。本研究旨在探索二氧化钛半导体光催化技术在C-C键形成方向的应用，通过设计研究各种过渡金属离子、稀土元素、非金属元素掺杂的二氧化钛半导体光催化剂，筛选出光催化活性强、吸收范围在可见光区的优良催化剂，用于催化C-H键直接官能团化来合成各种联芳烃类化合物，以期降低C-H键直接官能团化反应的生产成本，促进这类反应的实际应用。

鉴于TiO2半导体光催化反应和C-H键直接官能团化各自的优势，发展TiO2半导体光催化的C-H键直接官能团化反应无疑具有重要科学意义和研究价值。本项目拟通过设计研究各种金属离子掺杂、非金属离子掺杂以及共掺杂的TiO2 半导体光催化剂，发展TiO2 半导体光催化C-H 键直接官能团化来合成各种联芳烃类化合物，预期探索出催化性能优良的TiO2半导体光催化剂，用于发展光催化C-H 键直接转化的交叉偶联反应体系，从而促进C-H 键直接官能团化反应的实际应用。本项目在实施期间，圆满完成了项目计划书预期的要求，主要发展了光驱动Rh/TiO2纳米颗粒催化三氟乙酸脱羧/芳烃三氟甲基化反应、非邻位取代羧酸的氧化性脱羧偶联反应以及高价碘催化芳基酮α-C-H键与醇的直接烷氧基化偶联反应，在Org. Chem. Front., Adv. Synth. Catal., Angew Chem. Int. Ed.等国际著名期刊杂志发表论文4篇。