Карен Голдберг - Karen Goldberg

Карен Ила Голдберг американский химик, в настоящее время профессор энергетических исследований Вагелоса в Пенсильванский университет.[1] Гольдберг наиболее известна своей работой в неорганический и металлоорганический химия. Ее последнее исследование сосредоточено на катализ, в частности, по разработке катализаторов окисления, а также синтеза и активации молекулярного кислорода.[1] В 2018 году Голдберг был избран в Национальная Академия Наук.[2]

Карьера

Карен Голдберг получила степень бакалавра права. степень в области Химия в 1983 году из Колледж Барнарда Колумбийского университета. Ее исследования в бакалавриате включали работу с профессорами. Роальд Хоффманн, Стивен Липпард в Корнелл Университет и Колумбийский университет соответственно, а также с докторами Томом Граделом и Стивеном Берцем из AT&T Laboratories. Она получила докторскую степень. по химии в 1988 г. с профессором Роберт Бергман на Калифорнийский университет в Беркли. Она закончила постдокторантуру под руководством профессора Брюс Бурстен в Государственный университет Огайо прежде чем стать преподавателем Государственный университет Иллинойса в 1989 году. В 1995 году Голдберг начал работать в Вашингтонский университет в качестве доцента химии, и она была удостоена должности и повышена до доцента в 2000 году и до профессора в 2003 году.[3] В 2017 году Голдберг перевела свою исследовательскую группу в Пенсильванский университет, где она - профессор энергетических исследований Вагелоса на кафедре химии.[1][4]

Исследование

Исследовательские интересы Голдберга включают понимание механизма и применение катализаторов в фундаментальных металлоорганических реакциях. Это приводит к цели разработать более эффективный, дешевый и зеленее химические продукты и топливо из разнообразного сырья, такого как алканы. Одним из таких процессов, который помог разработать Голдберг, является дегидрирование аммиачного борана с использованием иридиевого клещевого катализатора, реакция, которая протекала в мягких условиях с высокой скоростью с эффективной регенерацией катализатора.[5]

Электрофильный окислительный катализ

Более тридцати лет назад Шилов открыл селективный окисление из алканы в присутствии металлов на основе платины. Это было непрактично, потому что требовалось стехиометрического окислителя в дополнение к каталитическому металлу Pt (II), что побудило Голдберга глубже изучить вопрос об активации, окислении и образовании связи C-гетероатома C-H-связи, что привело к разработке более практичных продуктов. В недавних исследованиях использования алканов Голдберг исследовал функционализацию алканов посредством реакций окисления с использованием катализаторов на основе платины.[6]

Реакция пивальдегида с водой, катализируемая комплексами пара-цимола Ru с образованием карбоновой кислоты и газообразного водорода.

Метильные комплексы Pt (II) являются ключевыми промежуточными продуктами как в системе окисления метана Шилова, так и в более современных системах каталитического окисления метана Pt. Исследования Голдберга включают образование спиртов из алканов с использованием платины или других катализаторов поздних металлов, включая рутений, иридий и родий. В результате ее исследования открыли метод использования семейства диаминовых комплексов Ru (II) в качестве предкатализатора для обеспечения селективности и высокой конверсии альдегидов в карбоновые кислоты по сравнению с конкурирующей реакцией диспропорционирования альдегидов.[7]

Литийалюминийгидрид широко используется в качестве сильнодействующего восстанавливающего реагента. Однако трудно восстановить резонансно-стабилизированные карбонильные группы, присутствующие в сложных эфирах и лактонах, до спиртов. Именно тогда ее исследовательская группа пришла к идее гидрирования сложных эфиров и лактонов с образованием спирта с использованием комплексов, катализируемых металлами, не содержащих основания. Катализатор, который дает высокий выход сложных эфиров формиата, представляет собой полусэндвич-комплекс иридий-бипиридин. Те же полусэндвич-комплексы иридия и родия использовали в качестве подходящих катализаторов для гидрирования карбоновых кислот в относительно мягких условиях. Механизм, лежащий в основе этой реакции, включает перенос гидрида от катализатора к муравьиной кислоте как основной части реакции.[8]

Через Центр внедрения новых технологий посредством катализа (CENTC),[9] Гольдберг также способствовал поиску методов активация сильные связи, такие как C-H, C-C, C-O, C-N и N-H. Благодаря этому исследовательская группа Голдберга обнаружила, как функционализировать эти связи после их активации посредством окислительного добавления и восстановительного удаления. Это исследование предоставило подробные механизмы, промежуточные соединения и кинетические барьеры для этих каталитических процессов.[6]

Антимарковниковское гидроаминирование алкенов.

Признавая важность линейного антимарковский продукты, исследования Голдберга сосредоточены на открытии катализаторов переходных металлов, которые помогают в катализе антимарковских гидроаминирование алкенов. В одной из своих публикаций она представляет метод катализатора гидроарилирования неактивированных алкенов с использованием комплексов Pt (II) с несимметричными пирролидными лигандами. Селективность обеспечивали за счет использования бензола и 1-гексена и оптимизированного катализатора. Результатом было получение олефинов с высокой концентрацией с использованием пропилена в качестве субстрата.[10]

Большая часть ее исследований по этому вопросу включала экспериментальные исследования реакций восстановительного элиминирования и окислительного присоединения с участием углеродсодержащих молекул с целью получения информации о координатах реакций таких процессов. Ее дальнейшие исследования по использованию катализаторов на основе платины для восстановительного удаления алкановых продуктов также включали кристаллография характеристики комплексов платины и выбранных промежуточных продуктов для определения механизма таких реакций.[11]

Молекулярный кислородный катализ

Пример палладиевого каталитического цикла, в котором в качестве конечного окислителя используется кислород.

Исследовательские интересы Голдберга также включают использование молекулярный кислород как селективный окислитель в катализе. Поскольку молекулярный кислород легко доступен и экологически безопасен, группа Голдберга вместе с другими исследовательскими группами, участвующими в CENTC, попытались лучше понять реакционную способность кислорода и активировать его, чтобы использовать его в полной мере. Текущие исследования направлены на то, чтобы понять, как происходят реакции между комплексами переходных металлов и кислородом. Гольдберг недавно исследовал внедрение молекулярного кислорода в палладий -гидрид связей, с результатами, предполагающими, что эта реакция внедрения не вовлекает радикальные цепные механизмы.[12] Это исследование способности кислорода вставляться в связи гидрида палладия было расширено за счет изучения общей реакционной способности молекулярного кислорода с металлами со средней и поздней фазой перехода, такими как платина.[13] Этот вклад в понимание метода реакции молекулярного кислорода с палладием и другими переходными металлами может привести к дальнейшему развитию и совершенствованию молекулярного кислорода как селективного окислителя.

Гем-диалкильные лиганды

Тетраметильный комплекс платины отщепляет молекулу этана посредством хелатирующего бидентатного лиганда.

Дальнейшие исследования Голдберга по изучению реакций, катализируемых переходными металлами, делают дополнительный акцент на металлокомплексе. лиганды. Последние публикации сообщают, что самоцвет-диалкильные заместители в комплексах металлов на основе платины можно использовать для определения механизма пути реакции и того, включает ли этот механизм хелат открытие.[14] В самоцвет-диалкильные заместители использовались в прошлом для распознавания термодинамический свойств химических систем, хотя недавние исследования подтолкнули эти открытия к пониманию кинетический системы тоже. Исследования Голдберга о влиянии этих типов заместителей на бидентатные лиганды и о том, как эти эффекты изменяют механизмы и скорости реакций восстановительного элиминирования, помогли улучшить неорганический и органический катализ на основе переходных металлов.

Награды и отличия

Ее похвалы включают:

Рекомендации

  1. ^ а б c «Кафедра химии». www.chem.upenn.edu. Получено 2017-05-02.
  2. ^ а б «Избраны члены и зарубежные сотрудники Национальной академии наук». Национальная академия наук. 1 мая 2018. Получено 12 мая 2018.
  3. ^ "Карен И. Голдберг - химический факультет Университета штата Вашингтон". depts.washington.edu. Получено 2017-04-21.
  4. ^ «Карен Голдберг присоединяется к Penn Chemistry». Химический факультет Пенсильванского университета. Получено 12 мая 2018.
  5. ^ Денни, Мелани С.; Понс, Винсент; Хебден, Трэвис Дж .; Хейнки, Д. Майкл; Гольдберг, Карен И. (2006). «Эффективный катализ дегидрирования борана аммиака». Журнал Американского химического общества. 128 (37): 12048–12049. Дои:10.1021 / ja062419g. PMID  16967937.
  6. ^ а б Посмотри, Дженнифер Л .; Фекл, Ульрих; Гольдберг, Карен И. (2004). Активация и функционализация C — H-связей. Серия симпозиумов ACS. 885. С. 283–302. CiteSeerX  10.1.1.610.3949. Дои:10.1021 / bk-2004-0885.ch017. ISBN  978-0-8412-3849-7.
  7. ^ Прантнер, Дж. Д; Гольдберг, Карен. Я (2014). «Метилплатина (II) и молекулярный кислород: окисление до метилплатины (IV) в конкуренции с переносом метиловой группы в форму диметилплатины (IV)». Металлоорганические соединения. 33 (13): 3227–3230. Дои:10.1021 / om500243n.
  8. ^ Брюстер, Т. П.; Гольдберг, Карен. Я (2016). "Неосновное гидрирование сложных эфиров и лактонов, катализируемое иридием". ACS Catal. 6 (5): 3113–3117. Дои:10.1021 / acscatal.6b00263.
  9. ^ а б Катализ, CENTC, Центр внедрения новых технологий через. «CENTC - Центр внедрения новых технологий посредством катализа». depts.washington.edu. Получено 2017-05-10.
  10. ^ Clement, M. L; Гольдберг, К. I (2014). «Катализаторы гидроарилирования олефинов платины (II): настройка селективности для антимарковниковского продукта». Химия: европейский журнал. 20 (52): 17287–91. Дои:10.1002 / chem.201405174. PMID  25377546.
  11. ^ Crumpton-Bregel, Dawn M .; Гольдберг, Карен И. (2003). «Механизмы восстановительного удаления C-C и C-H алкана из октаэдрической Pt (IV): реакция через пятикоординатные промежуточные соединения или прямое удаление?». Журнал Американского химического общества. 125 (31): 9442–9456. Дои:10.1021 / ja029140u. PMID  12889975.
  12. ^ Денни, Мелани С.; Смайт, Николь А .; Cetto, Kara L .; Кемп, Ричард А .; Гольдберг, Карен И. (2006). «Введение молекулярного кислорода в гидридную связь палладия (II)». Журнал Американского химического общества. 128 (8): 2508–2509. Дои:10.1021 / ja0562292. PMID  16492014.
  13. ^ Schuermann, M.L .; Гольдберг, К. (10 октября 2014 г.). «Реакции комплексов Pd и Pt с молекулярным кислородом». Химия: европейский журнал. 20 (45): 14556–14568. Дои:10.1002 / chem.201402599. PMID  25303084.
  14. ^ Артур, Кэтрин Л .; Ван, Ци Л .; Bregel, Dawn M .; Смайт, Николь А .; О'Нил, Бриджит А .; Гольдберг, Карен I .; Молой, Кеннет Г. (2005). «Эффект гем-диалкила как тест на предварительное открытие хелата дифосфина в реакции восстановительного элиминирования †». Металлоорганические соединения. 24 (19): 4624–4628. Дои:10.1021 / om0500467.
  15. ^ РУХИ, МОРИН (1995). "ОБРАЗОВАНИЕ". Новости химии и машиностроения. 73 (15): 39–40. Дои:10.1021 / cen-v073n015.p039.
  16. ^ «Гольдберг, Карен». Американская ассоциация развития науки. Получено 12 мая 2018.
  17. ^ «Три видеоролика, выпущенные на церемонии вручения награды IPMI Premier Professional Awards 2015» (PDF). Международный институт драгоценных металлов. 15 сентября 2015 года.
  18. ^ «Лауреаты Национальной премии 2016 года - Американское химическое общество». Американское химическое общество. Получено 2017-05-09.
  19. ^ Лэнгстон, Дженнифер (19 апреля 2017 г.). «Два факультета UW названы Американской академией искусств и наук». UW Новости. Получено 12 мая 2018.

внешняя ссылка