水参与的丙烯羰基化生成异丁酸及乙烯羰基化生成丙酸反应示意图。大连化物所供图

羰基化反应是化学工业的“基本功”，过去主要靠贵金属催化。如今，kaiyun官网入口大连化学物理研究所刘中民院士团队等合作开辟了一条新路径：既不用金属催化剂，也不用有机配体，让分子筛“独自”完成催化，成功实现丙烯制异丁酸、乙烯制丙酸两个新反应，并发现了分子筛孔道影响催化反应的基础规律。相关研究成果21日在线发表于《自然》杂志。

简单说，羰基化反应就是给烯烃分子“接”上一氧化碳，生成酸、酯、醇类化合物。从醋酸、增塑剂醇，到香料与医药中间体，许多产业链都搭建在这个反应上。不过，这一反应发展百余年，工业上主流方法仍依赖铑、铱等贵金属和有机配体，存在体系复杂、流程繁琐、成本高、催化剂与产物分离困难等问题。

分子筛是一种多孔、有序的晶体材料，孔道尺寸精确到分子级别，像一把“分子级筛子”。2017年，刘中民团队曾成功让分子筛催化二甲醚羰基化，实现无水乙醇大规模工业化生产。这说明，分子筛不仅能在化工装置里“筛分子”，本身也能当催化剂。

受此启发，团队历经近3年攻关，巧妙利用分子筛的“限域效应”，通俗地说，就是把反应分子“关”进大小合适的孔道内小空间里，成功实现丙烯羰基化制异丁酸、乙烯羰基化制丙酸两个新反应。整个过程不需要金属，也不需要有机配体。更巧妙的是，分子筛孔道在推动反应顺利进行的同时，还抑制了烯烃聚合的副反应；作为固体催化剂，它和产物天然分处两相，分离回收比传统液相体系简便得多。

研究还发现了一条基本规律：分子筛孔道就像一扇扇门，“门”开在哪里、有多大，会影响催化什么反应。不同孔道能识别不同底物分子。这打破了传统催化剂依赖金属或配体调控的固有思维，也证明孔道微环境本身就是控制反应路径的“核心密码”。换句话说，反应选择性不再只能靠反复调配方“碰”出来，而可以由孔道的几何结构预先“设定”。

这项研究为构建能反向预测、理性设计新反应的分子筛催化羰基化通用框架提供了依据。研究团队表示，下一步将把实验室反应推向工艺放大，让分子筛羰基化真正走进工厂，为高端化学品及新材料的高效、绿色制备打开更大空间。