酯作为一类重要的化工原料在橡胶、塑料、染料以及香料等领域都有着广泛的应用。传统的酯生产工艺通常涉及到多个步骤，且要使用腐蚀性酸或酸衍生物。严苛的反应条件不仅产生诸多副产物，而且会增加设备的维护成本。因此，开发环境友好、高经济效益的酯生产技术路线已受到学术界和工业界的广泛关注。
醇到酯的直接转化(Direct alcohol to ester conversion, DAEC)是一种极具应用前景的新型酯合成策略。该方法以醇为起点，通过一步反应直接获得脂，从而避免了腐蚀性酸及其衍生物的使用，并有望降低酯的生产成本。成功实现DAEC的关键在于开发合适的催化剂，近些年，一些基于如钴、钌、钯和金等过渡金属的均相或异相催化剂已被成功用于DAEC。然而这些催化剂大多局限于苄醇及其衍生物原料，更具挑战性的脂肪醇DAEC则鲜有报道。此外，现有的催化体系几乎都是在极稀溶液中进行，不适用于规模化工业应用。
针对该难点，上海科技大学李涛团队开发了一种基于金属有机框架(MOF)的复合催化剂Sc-Ru⊂MOF-808。通过同时在MOF-808上装载金属钌纳米颗粒(Ru NPs)和Sc(III)均相Lewis酸催化剂，该催化剂可在严格无溶剂的条件下，以氧气为唯一氧化剂实现脂肪醇到对称脂的高效转化。
机理研究发现，醇在Ru NPs活性位点上氧化为醛之后能迅速的被临近的Sc(III)酸性位点转化为缩醛。随着反应的进行，缩醛的缓慢水解可控地释放出低浓度的醛，并被进一步氧化为羧酸。羧酸与过量的醇在Sc(III)位点上酯化生成最终产物。缩醛中间体的存在使得醛在整个反应过程中始终保持极低浓度，因而其过度氧化得到有效控制。这是该反应在无溶剂条件下获得高转化率和高选择性的关键。我们把这一特殊的DAEC途径称之为“via acetal”。
经验证，这一催化体系对于不同碳数、不同结构（直链、含支链、含环烷基）的脂肪醇都能达到85-93%的转化率以及81-91%的选择性。该生产酯的绿色工艺是目前工业多步法合成酯的一个有吸引力的替代品，独特的“via acetal”反应途径也为未来理性设计高性能DAEC催化剂提供了参考。
该成果近期发表于国际知名期刊《绿色化学》(Green Chemistry)，上海科技大学物质学院2018级本科生冯霆楷为第一作者，李涛教授为通讯作者，上海科技大学物质科学与技术学院为唯一完成单位。
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/GC/D1GC04289K
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