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西班牙圣地亞哥德孔波斯特拉大學(xué)科學(xué)家開發(fā)出一種新型超分子催化劑，可將甲烷等天然氣成分轉(zhuǎn)化為具有高附加值的化合物，如藥物合成中的關(guān)鍵中間體等。相關(guān)成果發(fā)表于最新一期《科學(xué)進展》雜志。

科學(xué)界與工業(yè)界一直在探索如何將甲烷等碳氫化合物直接轉(zhuǎn)化為高價值化學(xué)品。然而，甲烷本身極為穩(wěn)定、反應(yīng)活性低，限制了其在化工領(lǐng)域作為可持續(xù)原料的應(yīng)用。

此次團隊利用甲烷直接合成出具有生物活性的化合物——二甲基雌酚，這是一種常用于激素療法的非甾體雌激素。研究表明，新方法能以簡單、豐富且廉價的原料，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價值高的分子。

研究策略聚焦于烯丙基化反應(yīng)，即在氣體分子上連接一個稱為“烯丙基”的小化學(xué)基團，作為后續(xù)合成從藥物到日用化學(xué)品多種終端產(chǎn)品的“多功能錨點”。然而，傳統(tǒng)催化系統(tǒng)容易生成無用的氯化副產(chǎn)物。為解決這一問題，團隊設(shè)計了一種定制化的超分子催化劑。其核心在于采用四氯高鐵酸鹽陰離子作為催化活性中心，并通過三甲基吡啶對苯甲磺酸鹽陽離子進行穩(wěn)定，從而有效調(diào)控反應(yīng)中自由基的活性。

催化劑中鐵原子周圍形成的復(fù)雜氫鍵網(wǎng)絡(luò)，既能維持光催化活化烷烴所需的高反應(yīng)性，又能抑制副反應(yīng)，尤其是競爭性氯化反應(yīng)的發(fā)生，為實現(xiàn)烯丙基化反應(yīng)創(chuàng)造了理想條件。

最新方法采用廉價、豐富且低毒的鐵元素替代傳統(tǒng)貴金屬，反應(yīng)在溫和的溫度與壓力條件下進行，并由LED光源驅(qū)動，大幅降低了能耗與環(huán)境負擔。