JACS : 單鏈納米粒子作為納米催化反應器

【引言】

無論是工業生產還是實驗室科學研究使用，化學催化體系，在我們的日常生活中都是扮演著至關重要的角色。催化劑不僅能激活惰性反應材料，還能降低反應條件，提高產物的選擇性。然而，由于現代催化劑經常表現出各種各樣的缺點，因此需要進一步開發和改進催化體系。現實社會對高效、特制的催化劑的需求，激發了化學家們將天然酶的設計原理與合成大分子結構結合起來，制備出仿酶催化劑。

【成果簡介】

近日，澳大利亞的昆士蘭科技大學的Christopher Barner-Kowollik教授和卡爾斯魯厄技術研究所的Peter W. Roesky教授（共同通訊作者）采用了高分子聚合物制備了單鏈納米粒子（SCNPs），負載金屬離子仿照生物體內的酶催化劑。將金屬有機和大分子化學結合起來，在分子層面制備的各種各樣的單體幾乎是無限的，并使分子環境的多用途調整為特定的反應條件，且在分子層面研究宏觀自然的復雜國產，同時將這些理解應用到新的催化發展中去。為進一步發展和推動催化化學，提供一種新的方法和思考模式。研究成果以題為“Single-Chain Nanoparticles as Catalytic Nanoreactors”發布在國際著名期刊JACS上。

【圖文導讀】

圖一、SCNPs配位金屬離子過程?

（a） 在聚合物鏈中引入優良的配體功能-金屬絡合-使單鏈折疊和催化功能化成為一個步驟；

（b） 通過一個外部觸發器和隨后的金屬負載的一個預先折疊的支架形成納米粒子。

圖二、分子催化劑與SCNPs催化活性之間的概念差異?

（a） 當分子催化劑[Rh(cod)Cl]₂被Rh(I)-SCNPs取代時，在交叉耦合反應中對產物比的顯著影響；（b） 當用Cu(II)-SCNPs而不是CuCl₂作為催化劑時，在末端乙炔的氧化偶聯中獨特的底物特異性。

圖三、選擇性反應條件下的SCNP特性的修飾?

（a） 在聚合物鏈中磷化氫與外部添加的Pt(II)鹽之間形成2:1的復合物負載在SCNPs上；

（b） Pt(II)- SCNPs應用于烯丙醇的氨基化過程中，由于溶劑極性的變化，使其溶解性行為和催化活性發生了變化，從而結合了同質性和異質性，并使催化劑具有可回收性。；

圖四、SCNPs的第二反應位點對催化效果的影響?

（a） 第二協調點對催化應用的影響是由螺旋狀的聚合物催化L-脯氨酸來說明的:環己酮和對硝基苯甲醛的醛醇縮合反應只有在聚合物處于折疊構象中才能被催化，從而在催化的L-脯氨酸中心周圍形成疏水囊；

（b） 在周圍的聚合物體系中，由于附加的功能羥基單元的作用，使得一個Ni-SCNPs腔的簡化形成，具有較高的溫度穩定性和催化活性，這是由于二次協調效應引起的。

圖五、SCNPs對序列定義聚合物的研究

（a） SCNP技術實現了序列定義聚合物的受控折疊過程；

（b） 可逆折疊SCNPs的可視化，可根據需要，通過外場控制開關其催化活性。

【小結】

研究采用了將聚合物和大分子化學結合，制備出單鏈納米顆粒（SCNPs）作為通用載體。研究了在容易制得的合成聚合物上進行酶模擬，是一個非常吸引人的研究方向，隨著研究的深入，它也將進入成熟的研究領域。而它的吸引力包括對每個催化反應精確定制SCNP系統的能力，融合高催化劑穩定性、選擇性和重復利用性和動態特性，從而使催化能力的遠程激活或失活。通過研究證實基于合成聚合物的SCNPs具有實現這些特性的潛力。

文獻鏈接：Single-Chain Nanoparticles as Catalytic Nanoreactors（JACS, 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02135）

本文由材料人生物材料組小胖紙編譯，點我加入材料人編輯部。

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