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如何利用二氧化碳？金屬催化劑的秘密反應讓我們驚嘆不已！
隨著全球對環境保護和可持續能源的重視，二氧化碳的利用成為一個熱門的研究領域。金屬催化劑在二氧化碳轉化中的作用，尤其受到科學家們的廣泛關注。這些金屬催化劑在化學反應中展現出驚人的能力，能將二氧化碳轉變為有用的化學品或燃料，這不僅有助於減少二氧化碳的排放，還能推動綠色化學的進步。
金屬二氧化碳復合物是含有二氧化碳配體的配位複合物，這一領域的研究不僅具有基礎的科學興趣，還與有機合成和未來的“太陽燃料”生產息息相關。
結構趨勢
二氧化碳與金屬的結合模式多種多樣，主要依賴於金屬中心的親電性和鹼性。其中，η2-CO2配位模式最為常見，此模式的典型例子是Aresta發現的復合物Ni(CO2)(PCy3)2，這是第一個報導的二氧化碳複合物。這種四面體化合物是Ni(II)的衍生物，具備減少的二氧化碳配體。雖然在某些罕見情況下，二氧化碳也可能作為路易斯鹼與金屬結合，但這類加合物通常較為弱且多數只具理論意義。
除了多數金屬的配位複合物外，還有多核複合物，其中包含多個金屬，並且觀察到更複雜、更多樣的配位幾何結構。舉例來說，含有四個鉬中心的非對稱化合物[(CO)5ReCO2Re(CO)4]2，即是一個有趣的例子。此外，二氧化碳還可以通過將羥基配體轉化為碳酸根配體的方式，與金屬配合物上的配體結合。
反應
過渡金屬二氧化碳複合物能夠進行各式各樣的反應，其中金屬羧酸的質子化反應便是其中之一。這一反應表明了二氧化碳轉化為燃料的潛力：
[LnMCO2]− + 2 H+ → [LnMCO]+ + H2O
金屬-碳鍵的碳酸化
插入Cu-C鍵
N-雜環卡賓（NHC）支持的CuI複合物能催化有機硼酸酯的羧酸化。在這一過程中，催化劑由CuCl、NHC配體及KOtBu現場生成。銅的叔丁醇氧化物經過轉移金屬作用生成CuI-C鍵，然後順利插入CO2生成相應的羧酸。這一途徑還能通過與KOtBu的鹽代換反應釋放產物並再生催化劑。
除了轉移金屬作用，有多種其它方法也可以形成Cu-C鍵，其中C-H官能化是一種直接且節省原料的方法。若基底的C-H質子具有酸性，則可經由鹼去質子化形成Cu-C鍵。
插入Pd-C鍵
在氮化鋸片存在的情況下，簡單芳香化合物在1-30巴的CO2下轉化為芳香羧酸。PSiP-Pincer配體對全烯催化羧酸化反應效果顯著，無需預功能化底物。
插入Rh-C鍵
與Cu(I)化學類似，Rh(I)複合物也能與芳基硼酸酯進行轉移金屬作用，以獲得芳基鎳中間體，隨後插入CO2生成羧酸。Iwasawa及其團隊提出的C-H羧酸化策略尤為重要，其通過Rh(I)的氧化加成與芳基C-H鍵反應。
插入Ni-C鍵
對於苯基氯化物的羧酸化，提出的反應機制是先將苯基氯進行氧化加成，以後的Ni(II)苯基配合物會被還原至Ni(I)，最後插入CO2得到鎳羧酸鹽。隨後再還原至Ni(0)，釋放出鋅羧酸鹽。
無限的可能性
目前的研究表明，轉化二氧化碳的技術仍在不斷進步，尤其是在金屬催化劑的應用上。這些新的催化劑不僅能提高反應的選擇性和效率，還能擴展我們對二氧化碳的應用領域。展望未來，這種技術有潛力改變我們的能源結構，減少對傳統化石燃料的依賴，這無疑是朝向可持續發展的重要一步。
在二氧化碳利用的未來，我們又該如何進一步探討其在誘導化學反應中的角色和可能性呢？
