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  以二氧化碳作為原料和環氧化合物通過環加成耦合反應制備環狀碳酸酯是一個原子經濟性的綠色化學反應，所得環狀碳酸酯產物廣泛用在、芳香族聚碳酸酯、纖維紡絲、電解液等。目前諸多的高活性金屬催化劑被陸續報道用于這一綠色環化反應，如席夫堿和卟啉類鈷、鎂、鋁等金屬配合物。盡管金屬催化劑的活性很高，但是其制備往往涉及多步反應，合成復雜。而非金屬催化劑因其制備簡單，結構易調變以及無金屬殘留等特點，受到越來越多的關注，但非金屬催化劑與金屬催化劑相比還存在活性差距過大的問題。

  近日，浙江大學高分子系SIEPM科研團隊的伍廣朋研究員課題組開發了系列的雙功能有機硼催化劑，本文是繼高活性制備聚碳酸酯（J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 12245–12255）、聚醚（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 16910–16917）之后的新用途——高效催化二氧化碳和環氧化合物的環加成反應。與目前用于環狀碳酸酯制備的大多數非金屬催化體系相比，該類催化劑的催化活性可以提高3個數量級，甚至與部分金屬催化劑的催化活性相當，大大縮小了非金屬催化劑和金屬體系之間的差距。此外，催化劑在常溫常壓（25 °C，1 bar）條件下每小時轉化數TOF = 4.0 h^-1，120 °C的TOF值達到了 815 h^-1，150 °C在助催化劑的作用下TOF 值達到了11050 h^-1均為目前已報道的非金屬催化劑在相似反應條件下的最高值。同時，這類雙功能有機硼催化劑還具有可規模化制備、熱穩定性好和可循環回收利用等優點，顯示了良好的工業化前景。

  作者還詳細考察了催化劑結構對催化活性的影響，包括有機硼中心、季銨鹽結構、以及兩者的距離，探究了最優的催化體系。作者通過單晶結構的分析、動力學研究、關鍵反應中間體的捕捉和表征，提出并證明了一種分子內協同機理，即：負離子同時作用于路易斯酸硼中心以及正電性的銨陽離子間；硼中心通過配位作用活化環氧烷烴，而被季銨陽離子束縛的鹵素負離子可以有效地親核進攻環氧烷烴形成烷氧基負離子；隨后二氧化碳快速地插入形成碳酸根鍵；最后，季銨鹽輔助的分子內閉環反應，釋放出催化劑并生產環狀碳酸酯產物。最后，作者研究了不同環氧化合物與二氧化碳的環加成反應，包括端位環氧烷烴和內環氧烷烴，結果表明該催化劑對這些環氧烷烴都具有比較高的反應活性和產物選擇性。

  博士生張瑤瑤為該論文的第一作者，浙江大學伍廣朋研究員為論文的通訊作者，該研究得到了國家自然科學基金和浙江大學百人計劃啟動經費的支持。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202010651