上海科技大学物质科学与技术学院左智伟

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左智伟，上海科技大学，研究员、博士生导师。2007年本科毕业于南京大学，2012年毕业于中国科学院上海有机化学研究所（导师：马大为 研究员）。2013-2015在普林斯顿大学进行博士后研究（导师：David MacMillan 教授）。2015年-至今，上海科技大学历任助理教授、研究员、博士生导师。2011年获得“汪猷优秀博士生奖学金”，2012年获得“中科院院长优秀奖”，2019年获得“Thieme Chemistry Journals Award”等奖励。主要从事廉价金属催化的光促有机合成反应研究、惰性能源小分子的高选择性催化转化研究和光激发电子转移机理研究。


左智伟    助理教授、研究员
研究方向        有机合成，化学生物学
联系方式        zuozhw@@shanghaitech.edu.cn
备　　注        青年##

研究介绍                 
有机合成已广泛渗透到生命医学、材料科学等领域，对合成效率的确实提高不仅将在合成领域得到量的提升，而且将会给这些学科的发展带来质的飞跃。我们将致力于开发新型催化剂，发掘新的反应活性，利用可见光等清洁能源，将最简单易得的原料高效转化为高附加值产品。在这些高效合成方法的基础上，我们将展开对高活性天然产物、药物分子的合成；同时也将探索小分子试剂与蛋白质等大分子的反应性，开发新型生物正交反应。
科研成果                 
1. Zhiwei Zuo, Derek Ahneman, Lingling Chu, Jack Terrett, Abigail G. Doyle and David W. C. MacMillan “Merging photoredox with nickel catalysis: Coupling of α-Carboxyl sp3-Carbons with Aryl Halides”, Science 2014, 345, 437. (Highlighted in C&EN: “ A Marriage of Catalysts”, 2014, 92, 9.)
2. Zhiwei Zuo and David W. C. MacMillan. “Decarboxylative Arylation of α-Amino Acids via Photoredox Catalysis: A One-Step Conversion of Biomass to Drug Pharmacophore”, J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 5257.
3. Zhiwei Zuo and Dawei Ma. “Enantioselective Total Syntheses of Communesins A and B”, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 12008.
4. Zhiwei Zuo, Weiqing Xie and Dawei Ma. “Total Synthesis and Absolute Stereochemical Assignment of (−)-Communesin F”, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13226.

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物质学院左智伟课题组在可见光催化碳氢键活化研究方面取得新进展

我校物质学院左智伟教授课题组在可见光催化高选择性碳氢键官能团化研究方面取得新进展。近日，相关研究成果以“δ‑Selective Functionalization of Alkanols Enabled by Visible-Light-Induced Ligand-to-Metal Charge Transfer”为题，于国际知名学术期刊《Journal of the American Chemical Society》上在线发表。

相较于传统有机反应，可见光催化反应通过催化剂吸收利用可见波段光的能量，能在温和反应条件下高选择性高效率地构建化学键，与当前对新时期化学发展的环保、绿色等要求十分契合，因此新型光催化剂的研发成为化学家们关注的焦点。目前常用的光催化反应主要是依赖于贵重过渡[url=]金属[/url]铱、釕等复合物，通过金属到配体的电子转移（MLCT）实现能量转换利用，这类技术一方面催化剂之昂贵让大规模应用受限，另一方面系间跃迁和单电子转移过程等损失了化学能，造成了反应适用性上的局限。左智伟课题组的该项工作提出了配体金属电子转移催化（LMCT catalysis）,该催化模式中光激发过程与底物电子转移过程同时发生从而避免了能量损失，使得更多廉价且对环境友好的金属开发为高效光催化剂成为可能，对新型光催化体系设计具有指导意义。

铈（Ce）是稀土金属中储量最丰富的一种元素，我国是稀土资源的储量大国，铈的储量更是达到了稀土金属总储量的28%。目前在工业上，铈主要以辅助角色使用，如作为添加剂用于荧光材料、工业废气处理等；而在传统的有机化学中，大多利用它作为路易斯酸和氧化剂，在光催化这一新领域对它的研究十分少见，将它作为光催化剂用于可见光催化反应中更是鲜有报道。该项研究中，科研人员在前期工作的基础上，进一步深入探索铈复合物的光学性质，发现四价铈和醇形成的复合物能被蓝光波长区域的光照射激发，通过配体到金属电子转移（LMCT）过程促进配位键均裂，在温和的反应条件下产生高活性的烷氧自由基物种。通过催化循环设计和优化，他们成功将这一创新理念应用于伯醇类化合物的选择性远程官能团化反应中。这一高效的方法在复杂分子合成中有着潜在利用价值，该项研究扩展了铈催化的反应类型，同时为稀土金属的高端催化应用开辟了新的途径。

该论文中，左智伟组博士后胡安华、郭婧婧为共同第一作者，左智伟为通讯作者，上科大为第一完成单位。该项研究还得到了国家自然科学基金委、中组部青年##计划的支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.7b13131

可见光催化高选择性碳氢键官能团化

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揭示光能+廉价稀土金属=室温甲烷绿色转化新途径

《科学》发表上海科技大学重大研究成果

上海科技大学物质科学与技术学院左智伟团队，在光促进甲烷转化这一重要能源化工领域取得突破性进展：成功发展了一种廉价、高效的铈基催化剂和醇催化剂的协同催化体系。

这一基础研究领域的突破，解决了利用光能在室温下把甲烷一步转化为液态产品的科学难题，为甲烷转化成高附加值的化工产品（例如火箭推进剂燃料）提供了崭新和更加经济、环保的解决方案。同时，对这一高效、可持续的光促进铈催化模式的深入研究和进一步推广应用，将为我国高效利用特有的稀土金属资源提供新的思路和前景。

7月27日凌晨，这一重大科研成果在线发表于《科学》（Science）。据悉，该课题由左智伟课题组独立完成，四位作者全部来自上科大物质学院，平均年龄不到30岁。

天然气中的主要化合物是甲烷。由于甲烷分子中碳氢键的高度稳定性和弱极性，它的转化极具挑战性，通常需要高温高压等苛刻的反应条件，因此如何在温和条件下实现甲烷分子碳氢键的官能团化，被认为是化学中的‘圣杯’。

铈是我国特有的稀土资源，具有低廉的价格和独特的光物理特性，因此研究人员选择了配体到金属电子跃迁途径，一个之前未受广泛关注的简称为 LMCT的光促跃迁过程，作为研究新型光催化剂的突破点。

左智伟团队经过2年多的艰苦攻关，2202次尝试和优化，终于寻找到了一个非常廉价、高效的催化剂组合。在极其普通的三氯乙醇的协同作用下，并成功地使用商品化LED 光源作为反应能量来源，廉价稀土金属铈能发挥出与稀有的贵金属相媲美的甲烷催化效果，在室温条件下，顺利实现了高选择性的甲烷到高附加值产物的转化。

该论文第一作者胡安华告诉《中国科学报》记者，这一体系的特色在于，突破均相催化中依左智伟赖贵金属的碳氢键插入实现甲烷活化的范式，高效利用铈催化剂将光能转化为化学能，采用氢转移模式来直接将甲烷活化为高反应性的甲基自由基，结合自由基偶联策略，从而能够实现一系列光促进的官能团化反应，给甲烷活化提供了条件温和、多样性转化的新平台。

中科院院士、中科院上海有机化学研究所所长、上海科技大学副校长丁奎岭认为，“左智伟团队的工作代表了甲烷转化研究中的一个新的重大突破，通过精妙的催化反应设计，利用光的促进作用，在室温下实现了甲烷分子的转化，为甲烷的资源化和高值化利用开辟了一条新的途径。”

美国国家科学院院士，普林斯顿大学教授David MacMillan 评价说：“左智伟团队取得了一个惊人的突破。这一新的研究成果又开创了一个甲烷活化的新方向，他们发展的LMCT 催化方法将在医药、农业化学品和精细化工等行业中有着毋庸置疑的应用潜力。这是一个来自中国的年轻研究小组所完成的一项将在世界范围内产生广泛影响的工作，我十分期待他们的下一个突破。”

荷兰壳牌石油公司的新能源技术资深首席科学家Alexander van der Made和甲烷转化项目经理Sander Van Bavel一致认为：“在烷烃活化领域，这一工作是优异和精巧化学设计的体现。更重要的是，这一发现标志着，我们已经在温和条件下烷烃的绿色转化道路上迈出了关键一步。最终，这一方向的发展将能为化学工业充分利用甲烷这一丰富的自然资源提供解决方案。”

值得一提的是，左智伟课题组开发出的这一独特的铈催化体系，催化剂的廉价实用性已经引起了工业界的关注。2017年底，已经与相关药业公司签订了铈催化氧化反应的合作转让协议。

相关论文信息：DOI: 10.1126/science.aat9750

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中国学者在甲烷绿色转化领域取得突破性进展

　　在国家自然科学基金面上项目（项目编号：21772121）等资助下，上海科技大学物质科学与技术学院左智伟团队成功研发了一种廉价、高效的铈基催化剂和醇催化剂的协同催化体系，在光促进甲烷转化这一重要能源化工领域取得突破性进展。相关研究成果以“Selective functionalization of methane, ethane and higher alkanes by cerium photocatalysis”（光促铈催化的甲烷、乙烷和高级烷烃的选择性光能团化）为题，于2018年7月27日在Science（《科学》）上发表。论文链接：http://science.sciencemag.org/co ... /25/science.aat9750。

　　随着可燃冰的发现以及页岩气、油田气、煤层气等开采技术的发展，天然气的使用已不仅局限作为燃料。甲烷作为天然气中的主要成分，对它进行直接转化利用，生产出高附加值的化工产品，对天然气的利用有着十分重要的意义。但是，由于甲烷分子中碳氢键的高度稳定性和弱极性，使得它的转化极具挑战性，目前对甲烷的选择性官能团化，一般需要使用稀有且昂贵的贵金属（铂、钯等）作为催化剂，同时需要高温来提供反应活化能，因此如何在温和条件下实现甲烷分子碳氢键的官能团化，被认为是化学中的“圣杯”。


　　铈金属作为我国特有的稀土资源（占我国稀土金属总储量的50%），具有低廉的价格和独特的光物理特性。考虑到铈高价态的独特外层电子空穴结构，研究团队选择配体到金属电子跃迁（ligand-to-metal charge transfer，简称LMCT）这一类之前未受到广泛关注的光促跃迁过程作为研究新型光催化剂的突破点，经过2年多时间的尝试和优化，探索到一个廉价、高效的催化剂组合。在三氯乙醇的协同作用下，使用商品化LED光源作为反应能量来源，廉价稀土金属铈即能发挥与稀有贵金属相媲美的催化效果。在室温条件下，顺利实现了甲烷高选择性的向高附加值产品的转化。该体系突破均相催化中依赖贵金属的碳氢键插入实现甲烷活化的模式，高效利用铈催化剂将光能转化为化学能，采用氢转移模式来直接将甲烷活化为高反应性的甲基自由基，结合自由基偶联策略，从而能够实现一系列光促进的官能团化反应，给甲烷活化提供了条件温和、多样性转化的新平台。


　　这一基础研究领域的突破，解决了利用光能在室温下把甲烷一步转化为液态产品的科学难题，为甲烷转化成高附加值的化工产品（例如火箭推进剂燃料）提供了崭新和更加经济、环保的解决方案。同时，对这一高效、可持续的光促进铈催化模式深入研究和进一步推广应用，可为我国高效利用特有的稀土金属资源提供新的思路和前景。

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光促环酮扩环反应应用于中环内酯合成研究
批准号        21971163       
学科分类        新试剂与新反应 ( B010301 )
项目负责人        左智伟       
依托单位        上海科技大学
资助金额        68.00万元       
项目类别        面上项目       
研究期限        2020 年 01 月 01 日 至2023 年 12 月 31 日