给化学反应装“导航”！创新破解产业难题！

师者 · 新科创

甲苯定向转化是化工领域长期面临的“卡脖子”问题，南京工业大学化学与分子工程学院毛建友教授团队研发的双金属碱催化技术，实现了甲苯绿色高效转化，犹如为化学反应装上“精准导航”。毛建友凭借此项突破性成果，荣获江苏省化学化工学会2025年度“戴安邦化学青年创新奖”。

原创突破：双金属协同催化破解甲苯转化难题

甲苯作为全球月产量达3000万吨的基础化工原料，来源丰富、成本低廉，广泛应用于医药、农药、材料等领域。“然而，其化学性质稳定，传统方法常需经过氯化、格氏反应等多步预官能化工艺，流程繁琐、成本高昂，且伴随氯气中毒、镁试剂爆炸等安全风险。”毛建友介绍说，此外，传统单金属催化剂无法精准识别反应位点，易受芳香环上其他竞争性位点的干扰，导致甲苯苄位碳—氢键选择性去质子效率低下，制约了高附加值产品的制备。

针对这一行业顽疾，毛建友自2016年从宾夕法尼亚大学学成归国后，便带领团队开展了系统研究。“单金属催化剂的选择性缺陷是核心症结，我们能不能换个思路，让两种金属协同发挥作用？”经过无数次实验摸索与机理推演，团队创新性地提出“双金属协同催化”策略——铯的空间位阻效应像“盾牌”一样，阻断非目标位点靠近反应中心，锂则精准激活甲苯苄位碳—氢键，这种新型催化剂如同给反应装上了“智能导航系统”，成功实现甲苯苄位C(sp³)‒H键与苯环C(sp²)‒H键的区分与定向转化。

该技术不仅摒弃了高危反应步骤，还大幅简化了工艺流程，降低了能耗与环保成本，为甲苯基精细化学品的绿色生产提供了全新路径。相关研究成果已在《自然・通讯》《德国应用化学》等国际顶级期刊发表，并被国内外同行广泛引用并拓展应用。团队林庭志老师表示：“这项技术为甲苯转化提供了变革性方案，已在部分重要基元反应中展现出独特优势，并应用于新农药创制与合成。”

产学研融合：实验室成果赋能医药农药产业升级

“化学研究不能只停留在论文里，要让创新成果真正服务产业、解决实际问题。”毛建友始终秉持“应用导向”的科研理念，带领团队推动实验室成果走向产业实践。

在农业领域，针对粮食作物病害防治的迫切需求，毛建友团队利用双金属碱技术，实现了2-氟甲苯的定向转化，开发出“一锅法”合成吲哚类化合物的新工艺。经过反复优化，氟取代2-芳基吲哚产品表现出优异的杀菌活性，可有效防治多种作物病害。目前，该技术已完成工艺开发，正与企业合作推进产业化。

在医药领域，团队开发的光催化剂与过渡金属协同催化体系，以廉价烯烃和芳基卤代物为原料，通过三组分不对称还原交叉偶联反应，仅需2–3步即可合成布洛芬、萘普生等药物的关键中间体α-芳基丙酸类化合物。与传统5步工艺相比，新方法反应条件温和、原料适用性广、催化剂可回收，生产成本降低30%以上。

此外，团队在醚醛、氟吡菌酰胺等医药农药中间体的合成工艺上也取得系列突破，通过简化路线、降低风险，切实推动了相关产业向绿色、高效、安全方向转型。

坚守初心：十年磨一剑的执着书写报国担当

科研成果的背后是长期的坚持与探索。毛建友回忆道：“最艰难时，团队连续半年每天工作超过12小时，反复优化催化剂配比和反应条件，每一次失败后的数据复盘会都开到深夜，实验室的灯时常亮到凌晨。双金属协同效应的发现虽源于偶然现象，但我们通过晶体计算与机理分析，历时两年才完成验证。”

在指导研究生过程中，毛建友始终鼓励学生“创新要立足实际需求”，并带领学生深入企业调研，了解行业、产业痛点。30余名研究生在他的带领下，既掌握了扎实的科研方法，又建立起了强烈的产业应用意识。研究生马俊宇表示：“毛老师让我们明白，科研不是空中楼阁，要解决真问题、产生真价值。”

“化学研究既要仰望星空探索未知，也要脚踏实地服务产业。”毛建友表示，未来将继续深耕甲苯活化转化与不对称催化领域，聚焦医药、农药等关键产业需求，推动更多原创性成果实现产业化。

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图片 | 受访者提供

采写 | 朱琳

编辑 | 张雅茹

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