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如何利用二氧化碳？金属催化剂的秘密反应让我们惊叹不已！
随着全球对环境保护和可持续能源的重视，二氧化碳的利用成为一个热门的研究领域。金属催化剂在二氧化碳转化中的作用，尤其受到科学家们的广泛关注。这些金属催化剂在化学反应中展现出惊人的能力，能将二氧化碳转变为有用的化学品或燃料，这不仅有助于减少二氧化碳的排放，还能推动绿色化学的进步。
金属二氧化碳复合物是含有二氧化碳配体的配位复合物，这一领域的研究不仅具有基础的科学兴趣，还与有机合成和未来的“太阳燃料”生产息息相关。
结构趋势
二氧化碳与金属的结合模式多种多样，主要依赖于金属中心的亲电性和碱性。其中，η2-CO2配位模式最为常见，此模式的典型例子是Aresta发现的复合物Ni(CO2)(PCy3)2，这是第一个报导的二氧化碳复合物。这种四面体化合物是Ni(II)的衍生物，具备减少的二氧化碳配体。虽然在某些罕见情况下，二氧化碳也可能作为路易斯碱与金属结合，但这类加合物通常较为弱且多数只具理论意义。
除了多数金属的配位复合物外，还有多核复合物，其中包含多个金属，并且观察到更复杂、更多样的配位几何结构。举例来说，含有四个钼中心的非对称化合物[(CO)5ReCO2Re(CO)4]2，即是一个有趣的例子。此外，二氧化碳还可以通过将羟基配体转化为碳酸根配体的方式，与金属配合物上的配体结合。
反应
过渡金属二氧化碳复合物能够进行各式各样的反应，其中金属羧酸的质子化反应便是其中之一。这一反应表明了二氧化碳转化为燃料的潜力：
[LnMCO2]− + 2 H+ → [LnMCO]+ + H2O
金属-碳键的碳酸化
插入Cu-C键
N-杂环卡宾（NHC）支持的CuI复合物能催化有机硼酸酯的羧酸化。在这一过程中，催化剂由CuCl、NHC配体及KOtBu现场生成。铜的叔丁醇氧化物经过转移金属作用生成CuI-C键，然后顺利插入CO2生成相应的羧酸。这一途径还能通过与KOtBu的盐代换反应释放产物并再生催化剂。
除了转移金属作用，有多种其它方法也可以形成Cu-C键，其中C-H官能化是一种直接且节省原料的方法。若基底的C-H质子具有酸性，则可经由碱去质子化形成Cu-C键。
插入Pd-C键
在氮化锯片存在的情况下，简单芳香化合物在1-30巴的CO2下转化为芳香羧酸。 PSiP-Pincer配体对全烯催化羧酸化反应效果显著，无需预功能化底物。
插入Rh-C键
与Cu(I)化学类似，Rh(I)复合物也能与芳基硼酸酯进行转移金属作用，以获得芳基镍中间体，随后插入CO2生成羧酸。 Iwasawa及其团队提出的C-H羧酸化策略尤为重要，其通过Rh(I)的氧化加成与芳基C-H键反应。
插入Ni-C键
对于苯基氯化物的羧酸化，提出的反应机制是先将苯基氯进行氧化加成，以后的Ni(II)苯基配合物会被还原至Ni(I)，最后插入CO2得到镍羧酸盐。随后再还原至Ni(0)，释放出锌羧酸盐。
无限的可能性
目前的研究表明，转化二氧化碳的技术仍在不断进步，尤其是在金属催化剂的应用上。这些新的催化剂不仅能提高反应的选择性和效率，还能扩展我们对二氧化碳的应用领域。展望未来，这种技术有潜力改变我们的能源结构，减少对传统化石燃料的依赖，这无疑是朝向可持续发展的重要一步。
在二氧化碳利用的未来，我们又该如何进一步探讨其在诱导化学反应中的角色和可能性呢？
