羰基化反应是现代化工的基础反应，醋酸、香料、医药中间体等很多产品都依靠它生产。近日，中国科学院大连化学物理研究所刘中民院士团队实现无金属、无配体的分子筛催化烯烃羰基化新反应，相关成果10月21日在国际学术期刊《自然》发表。
羰基化反应就是把一氧化碳接入烯烃分子，制造酸、酯、醇类化工原料。这项反应已经发展上百年，但目前工业主流工艺离不开铑、铱这类贵金属催化剂，还要搭配复杂有机配体，不仅成本高、流程复杂，催化剂和产物分离也十分困难，长期制约绿色化工发展。
分子筛是一种带有精准微孔的晶体材料，孔道尺寸精细到分子级别，常用来筛分气体、油品分子。2017年，刘中民团队就利用分子筛催化二甲醚羰基化，实现了煤制乙醇的工业化，证明分子筛不只是 “筛子”，本身就能充当高效催化剂。
受到这条工业化路线启发，团队历时近三年攻关，借助分子筛独特的孔道限域效应，实现两项全新反应：有水参与条件下，丙烯羰基化生成异丁酸、乙烯羰基化生成丙酸。整个过程无需贵金属和有机配体。分子筛固体催化剂还天然容易和产物分开，同时抑制烯烃聚合的副反应，一举补齐传统工艺的短板。
研究还揭示了一条全新规律：分子筛不同位置的孔道，相当于精准的“开关”。十元环孔口位点适合催化丙烯，八元环位点适配乙烯。依靠孔道结构就能预先指定反应走向，打破了过去只能靠调配金属、配体来控制反应的思路。
这项研究搭建起分子筛羰基化的底层理论框架，证明可以根据孔道微环境理性设计催化过程，而不是反复试错。下一步，科研团队将推进工艺放大，推动这项实验室成果走向工业化，为高端含氧化合物、新材料的绿色高效制备开辟了新路径。
|
