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Biomass-Derived Single Zn Atom Catalysts: The Multiple Roles of Single Zn Atoms in the Oxidative Cleavage of C–N Bonds
JACS Au ( IF 8.5 ) Pub Date : 2023-02-16 , DOI: 10.1021/jacsau.2c00605 Jingzhong Qin 1 , Bo Han 2 , Xiaomei Lu 1 , Jiabao Nie 1 , Chensheng Xian 1 , Zehui Zhang 1
JACS Au ( IF 8.5 ) Pub Date : 2023-02-16 , DOI: 10.1021/jacsau.2c00605 Jingzhong Qin 1 , Bo Han 2 , Xiaomei Lu 1 , Jiabao Nie 1 , Chensheng Xian 1 , Zehui Zhang 1
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The C–N bond cleavage represents one kind of important organic and biochemical transformation, which has attracted great interest in recent years. The oxidative cleavage of C–N bonds in N,N-dialkylamines into N-alkylamines has been well documented, but it is challenging in the further oxidative cleavage of C–N bonds in N-alkylamines into primary amines due to the thermally unfavorable release of α-position H from N–Cα–H and the paralleling side reactions. Herein, a biomass-derived single Zn atom catalyst (ZnN4-SAC) was discovered to be a robust heterogeneous non-noble catalyst for the oxidative cleavage of C–N bonds in N-alkylamines with O2 molecules. Experimental results and DFT calculation revealed that ZnN4-SAC not only activates O2 to generate superoxide radicals (·O2–) for the oxidation of N-alkylamines to generate imine intermediates (C═N), but the single Zn atoms also served as the Lewis acid sites to promote the cleavage of C═N bonds in imine intermediates, including the first addition of H2O to generate α-hydroxylamine intermediates and the following C–N bond cleavage via a H atom transfer process.
中文翻译：
生物质衍生的单锌原子催化剂：单锌原子在 C-N 键氧化裂解中的多重作用
C-N键断裂代表了一种重要的有机和生化转化，近年来引起了人们的极大兴趣。N， N-二烷基胺中的 C-N 键氧化裂解为N-烷基胺已得到充分证明，但由于不利的热释放，N-烷基胺中的 C-N 键进一步氧化裂解为伯胺具有挑战性来自 N–C α –H的 α-位 H和平行的副反应。在此，发现生物质衍生的单锌原子催化剂 (ZnN 4 -SAC) 是一种强大的多相非贵金属催化剂，可用于N-烷基胺中 C-N 键与 O 2的氧化裂解分子。实验结果和DFT计算表明，ZnN 4 -SAC不仅可以激活O 2产生超氧自由基（·O 2 –）来氧化N-烷基胺生成亚胺中间体（C=N），而且单个Zn原子也起到了作用。作为路易斯酸位点促进亚胺中间体中C=N键的裂解，包括首先加入H 2 O生成α-羟胺中间体和随后通过H原子转移过程的C-N键裂解。
更新日期：2023-02-16
中文翻译：
生物质衍生的单锌原子催化剂：单锌原子在 C-N 键氧化裂解中的多重作用
C-N键断裂代表了一种重要的有机和生化转化，近年来引起了人们的极大兴趣。N， N-二烷基胺中的 C-N 键氧化裂解为N-烷基胺已得到充分证明，但由于不利的热释放，N-烷基胺中的 C-N 键进一步氧化裂解为伯胺具有挑战性来自 N–C α –H的 α-位 H和平行的副反应。在此，发现生物质衍生的单锌原子催化剂 (ZnN 4 -SAC) 是一种强大的多相非贵金属催化剂，可用于N-烷基胺中 C-N 键与 O 2的氧化裂解分子。实验结果和DFT计算表明，ZnN 4 -SAC不仅可以激活O 2产生超氧自由基（·O 2 –）来氧化N-烷基胺生成亚胺中间体（C=N），而且单个Zn原子也起到了作用。作为路易斯酸位点促进亚胺中间体中C=N键的裂解，包括首先加入H 2 O生成α-羟胺中间体和随后通过H原子转移过程的C-N键裂解。
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