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目前催化劑的設(shè)計(jì)主要基于經(jīng)驗(yàn)和意外發(fā)現(xiàn)，試錯(cuò)成本高，成功率低，且經(jīng)驗(yàn)難以推廣。南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院朱守非課題組報(bào)道了一種基于基元反應(yīng)的催化劑定向設(shè)計(jì)（Catalyst oriented design based on elementary reactions，簡稱CODER）新方法，實(shí)現(xiàn)了一類C-N偶聯(lián)超高效鈀催化劑的發(fā)現(xiàn)，顯著提升了重要光電材料三芳胺的合成效率，催化劑轉(zhuǎn)化數(shù)（TON）最高可達(dá)340000，比文獻(xiàn)報(bào)道的最高TON值高1-3個(gè)數(shù)量級。

CODER操作步驟：（1）搜索催化劑結(jié)構(gòu)：在機(jī)理研究成熟的C-N偶聯(lián)反應(yīng)中提取已有優(yōu)勢催化劑的共性結(jié)構(gòu)特征為P-C=C-Ar；（2）分析結(jié)構(gòu)與機(jī)理關(guān)系：推測聯(lián)芳基膦配體的鄰位芳基可自適應(yīng)旋轉(zhuǎn)滿足氧化加成對較大反應(yīng)口袋的需求而還原消除則相反，但P-C=C-Ar剛性的二維平面型骨架限制了芳環(huán)和C-P鍵的旋轉(zhuǎn)；（3）催化劑設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)了包含自適應(yīng)旋轉(zhuǎn)的苯環(huán)和具有部分雙鍵性質(zhì)的P-^cPr-(cis)Ar（^cPr表示環(huán)丙烷）骨架配體，使其Pd配合物具有更大和更靈活可調(diào)的反應(yīng)口袋；（4）催化劑預(yù)評估：通過理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)Cy-Tphos/Pd埋藏體積百分比范圍為4.3-29.9%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cy-JohnPhos/Pd（21.5-35.8%）和Cy-vBRIDP/Pd（15.8-32.4%），具有更靈活的反應(yīng)口袋；（5）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：通過三步簡單高效合成TPhos-BH3，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Tphos在鈀催化二苯胺與溴苯的C-N偶聯(lián)中表現(xiàn)出的活性優(yōu)異于文獻(xiàn)中已報(bào)道的配體。

CODER的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）利用優(yōu)勢催化劑結(jié)構(gòu)作為數(shù)據(jù)源，計(jì)算結(jié)果更可靠；（2）充分利用了反應(yīng)的機(jī)理信息：從基元反應(yīng)的電性或位阻需求出發(fā)設(shè)計(jì)催化劑核心結(jié)構(gòu)；（3）將研究人員的專業(yè)知識和想象力與計(jì)算工具有機(jī)結(jié)合。

使用Tphos/Pd作為催化劑，實(shí)現(xiàn)了一系列二芳胺與鹵苯的高效偶聯(lián)，TON值比文獻(xiàn)報(bào)道高出1-2個(gè)數(shù)量級，最高達(dá)340000。

使用Tphos/Pd催化劑，以克級規(guī)模高效制備了系列商業(yè)化的光電材料，TON高達(dá)99000。反應(yīng)可以放大到100 g規(guī)模，直接在無內(nèi)襯的鋼釜中進(jìn)行，操作簡單，TON基本上不受影響，產(chǎn)物純度高，為三芳胺基光電子材料的合成提供了更為經(jīng)濟(jì)、綠色的方案。

在該工作中，朱守非課題組報(bào)道了一種基于基元反應(yīng)的催化劑定向設(shè)計(jì)（CODER）新方法，并上述該策略的指導(dǎo)下設(shè)計(jì)合成了基于環(huán)丙烷骨架的新型單膦配體TPhos及相應(yīng)的鈀配合物催化劑，該催化劑在二芳胺的C-N偶聯(lián)反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的活性，顯著提高了三芳基胺類光電材料的合成效率，具有很好的應(yīng)用前景。CODER有望助力催化劑骨架創(chuàng)新和用于重要反應(yīng)的高效催化劑發(fā)現(xiàn)。