Deze studie wordt geleid door Dr. Lu Jiong van de National University of Singapore (NUS), in samenwerking met Dr. Koh Ming Joo (NUS), Dr. Chun Zhang (NUS) en Dr. Honghan Fei van (Tongji University). Dit team heeft een liganduitwisselingsstrategie bedacht om bulkcupraatkristallen te exfoliëren tot atomair dunne 2D-cupraatlagen waarvan het basale vlak periodieke reeksen van toegankelijke onverzadigde Cu(II)-single-sites (2D-CuSSs) bevat. Vanwege hun unieke structuur blijken deze 2D-CuSS's een efficiënte Chan-Lam-koppeling te katalyseren. Dit werk is gepubliceerd in National Science Review vorige maand.

Door koper gekatalyseerde Chan-Lam-koppeling is een belangrijk oxidatief koppelingsproces dat op grote schaal wordt gebruikt in de organische synthese voor de productie van farmaceutisch belangrijke aryl-koolstof-heteroatoomverbindingen. Vergeleken met homogene katalysatoren voor Chan-Lam-koppeling, worden heterogene katalysatoren veel minder onderzocht, hoewel ze aantoonbaar aantrekkelijker zijn in de chemische industrie vanwege hun gemakkelijkere scheiding en recycling. Hoewel een aantal heterogene Cu-katalysatoren voor deze reactie zijn gemeld, komen problemen zoals lage stabiliteit en/of metaaluitloging vaak voor.

"2D-CuSS's die hier worden gesynthetiseerd, bevatten een hoge dichtheid van toegankelijke, coördinatief onverzadigde enkele Cu-plaatsarrays in een 2D-kopraatlaag, waardoor ze dienen als efficiënte en robuuste heterogene katalysatorkandidaten voor kruiskoppelingsreacties", zegt Lu Jiong.

Het team testte een reeks gesubstitueerde anilines en boorzuren om het substraatbereik van de CN-koppeling te onderzoeken die door 2D-CuSS's wordt gekatalyseerd en toonde duidelijke voordelen van 2D-CuSS's ten opzichte van traditionele homogene tegenhangers. Dit kan worden toegeschreven aan het grote open oppervlak van 2D-CuSS's met een overvloed aan ondergecoördineerde Cu-single-sites.

De aanwezigheid van atomair goed gedefinieerde actieve sites stelt ons ook in staat om de structuur-prestatierelaties te onderzoeken en om op moleculair niveau inzicht te krijgen in het reactiemechanisme zoals onthuld door zowel operando-experimentele als theoretische studies. Over het algemeen onderstrepen de robuuste stabiliteit in zowel batch- als continue stroomreacties, gekoppeld aan hun goede katalytische prestaties bij de bereiding van complexe amine- en etherverbindingen de potentiële toepasbaarheid van 2D-CuSS's in fijnchemische synthese. + Verder verkennen

Nikkel-gekatalyseerde kruiskoppeling van aromatische ethers verloopt via een nikkelaatanion