東京大學成功利用固體觸媒,在水中實現了醫藥與化學品製造中不可或缺的「不對稱合成(Asymmetric Synthesis)」反應。研究團隊將自行設計的「手性路易士酸觸媒(Chiral Lewis Acid Catalysts)」吸附於單層奈米碳管(SWNT)表面,在水中進行不對稱合成,並展現出極高的觸媒性能。
不對稱合成是一種能從具有相同化學組成、卻如左右手般互為鏡像的分子中,選擇性地生成其中一種的技術。從環境友善、安全的「綠色化學」角度而言,水相不對稱合成是理想的選擇,但既有手性路易士酸觸媒容易與水或其他物質反應而失去活性。雖然已知可利用共價鍵固定觸媒的方法,但製作觸媒的過程複雜,且設計自由度較低。
東京大學聚焦於具有極細管狀結構並兼具優異電學與結構特性的單層奈米碳管(SWNT),並將自行設計的鈧系(Scandium)錯合物吸附於SWNT表面,使其發揮固體觸媒功能。此方法利用SWNT與觸媒間的「π-π相互作用」引力,有效控制觸媒的電子狀態,使其在水中仍能穩定運作。實驗結果顯示,觸媒在水中進行不對稱合成時具高活性與選擇性,即使重複使用10次以上,性能也幾乎沒有衰退,且觸媒成分未出現明顯流失,穩定性堪比以共價鍵固定的觸媒。
一系列的成果證明,SWNT不僅僅是觸媒的「載體」,更具協同作用,可主動提升觸媒的活性。研究團隊亦確認,藉由化學修飾SWNT表面或改變觸媒分子的結構,能進一步強化其性能。此項技術可望有助於未來的藥品、精密化學品(Fine Chemicals)製程更具環境友善性且高效率。