Catalyst-free selective oxidation of C(sp3)-H bonds in toluene on water

甲苯 苯甲醛 催化作用 化学 氢键 激进的 选择性 水溶液 氧化还原 光化学 氢原子萃取 无机化学 有机化学 分子
作者
Kyoungmun Lee,Yumi Cho,Jin Chul Kim,C. S. Choi,Jiwon Kim,Jae Kyoo Lee,Sheng Li,Sang Kyu Kwak,Siyoung Q. Choi
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50352-7
摘要

Abstract The anisotropic water interfaces provide an environment to drive various chemical reactions not seen in bulk solutions. However, catalytic reactions by the aqueous interfaces are still in their infancy, with the emphasis being on the reaction rate acceleration on water. Here, we report that the oil-water interface activates and oxidizes C(sp 3 )-H bonds in toluene, yielding benzaldehyde with high selectivity (>99%) and conversion (>99%) under mild, catalyst-free conditions. Collision at the interface between oil-dissolved toluene and hydroxyl radicals spontaneously generated near the water-side interfaces is responsible for the unexpectedly high selectivity. Protrusion of free OH groups from interfacial water destabilizes the transition state of the OH-addition by forming π-hydrogen bonds with toluene, while the H-abstraction remains unchanged to effectively activate C(sp 3 )-H bonds. Moreover, the exposed free OH groups form hydrogen bonds with the produced benzaldehyde, suppressing it from being overoxidized. Our investigation shows that the oil-water interface has considerable promise for chemoselective redox reactions on water without any catalysts.
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