原子经济反应导向的催化基础

碳氢化合物、一氧化碳和二氧化碳、生物质等碳资源的高效催化转化是实现节能减排的有效途径，碳资源清洁高效利用的核心在于含碳化学键的活化、断裂和定向构筑，关键是通过设计、合成性能优异的催化新材料，开发出原子经济和过程经济的化学反应。本项目围绕碳-氢、碳-碳和碳-杂（氧、氮）键的选择性活化与定向转化，创制一系列新型有机金属配合物、功能化离子液体及非贵金属纳米材料等均、多相催化材料；借助现代表征手段和理论计算，在原子和分子水平上认知催化剂活性中心结构、活性物种，关联构效关系和催化反应机理，探究惰性化学键的活化与定向转化模式；建立基于碳-氢键活化的功能有机分子原子经济性催化合成新方法，发展功能化离子液体酸碱催化、一氧化碳和二氧化碳合成含氧化学品、生物基碳资源（多元醇、纤维素、木质素）定向高效转化等催化反应新体系，为碳资源的高效利用、精细化学品的清洁合成奠定科学基础。

本项目主要围绕碳资源高效利用过程中所涉及的含碳化学键活化及定向转化的催化本质，以新型催化剂（材料）的创制为切入点，以高效原子经济反应为导向，发展高原子和过程经济的催化反应新体系。.发展了卤代芳烃化合物羰基化反应的非膦氮杂环卡宾配合催化体系；基于碳氢键活化新策略，实现了C-H键的直接羰基化，具有更高的原子经济性；以甲醛为羰基源，实现了烯烃的新型官能化反应。为发展新型、绿色的羰基化反应提供了有益借鉴。.发展了基于非血红素单加氧酶结构模拟的仿生催化氧化体系；构建了氧化偶联反应的新策略实现了C-H键的控制活化和定向转化，部分解决了催化氧化反应中普遍存在的氧化剂清洁化、高活性和高选择性体系构建等关键科学问题。.基于杂环化合物的C-H键活化并结合C-C和C-N键的断裂、定向重组策略，构建了以噁唑啉、吲哚等为底物催化合成功能有机分子的高原子经济性反应新体系，探讨了有机金属催化剂对惰性键的活化模式和选择性控制，对杂环化合物的C-H键活化形成规律性认识。.基于生物基分子的特征及其催化转化的反应特点，发展了甘油/木糖醇选择性氢解制二元醇、纤维素转化转化、糠醛及其衍生物氢解/加氢、乙酰丙酸催化转化等多个生物基平台化合物增值转化的多相催化新材料和高效催化反应体系。.研究了离子液体的微观结构与其特殊性质之间的关系；构建了一系列基于酸功能化离子液体的催化反应新体系，并结合量化计算探讨了催化作用本质。以离子液体为前体，创制了多类碳基催化新材料，分别在羰基化、燃料电池的氧化还原反应、炔烃水合反应中表现出优异的性能。.通过本项目研究工作，在C-H键活化和C-X键构筑、离子液体催化、羰基化、生物质催化转化等方面取得了一批具有创新性的研究成果，加深了对含碳化学键活化及定向转化的催化本质认识，形成了原子经济反应导向的催化基础研究特色。为碳一资源和生物质等碳资源的高效利用、精细化学品的清洁合成提供了新的解决方案和理论依据，并奠定了较为坚实的科学基础。