Palladium nanocluster katalysator understøtter højeffektiv og regioselektiv hydrogenering af epoxider

Alkoholer anvendes i vid udstrækning inden for biovidenskab og den kemiske industri. Selektiv hydrogenering af epoxider ved hjælp af brintmolekyler som reduktionsmiddel anses for at være en af ​​de mest lette og atomøkonomiske strategier for alkoholsyntese. Det er dog stadig en udfordring at kontrollere den regioselektive ringåbning af epoxider.

Der er gjort betydelige fremskridt i den selektive hydrogenering af epoxider ved hjælp af homogen katalyse. Imidlertid er der stadig udfordringer i den vanskelige adskillelse og genvinding af katalysatoren, såvel som ulemperne ved at kræve dyre og sofistikerede ligander, hvilket i høj grad begrænser deres praktiske potentiale. Derfor er udviklingen af ​​effektive og meget regioselektive heterogene katalysatorer til epoxidhydrogenering særlig vigtig.

En palladium (Pd) nanocluster-katalysator til selektiv hydrogenering af epoxider er blevet udviklet af Yang Yong fra Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology i det kinesiske videnskabsakademi.

Resultaterne blev offentliggjort i CCS Chemistry .

Modulationen af ​​elektroniske effekter og rumlig struktur af phosphinligander førte til design og syntese af et nyt porøst organisk bur (FPPOC). Dette bur blev brugt som både ligand og til at understøtte fremstillingen af ​​en Pd nanocluster katalysator ved navn Pd@FPPOC.

Resultaterne indikerer, at interaktionen mellem organisk phosphin og Pd nanoclusters (Pd NC'er) har resulteret i den ensartede spredning af ultrafine Pd NC'er på FPPOC. Denne interaktion stabiliserer effektivt Pd NC'erne, forhindrer deres oxidation og aggregering og øger overfladeelektrondensiteten af ​​Pd NC'er betydeligt, hvorved den katalytiske ydeevne forbedres.

Ved systematisk at optimere betingelserne blev den effektive omdannelse af aromatiske epoxider til lineære alkoholer og alifatiske epoxider til forgrenede alkoholer opnået ved anvendelse af Pd@FPPOC. Succesen kan tilskrives den robuste koordinationseffekt af fosfor i det molekylære bur, kombineret med den fordelagtige geometriske struktur af det porøse organiske bur.

Forskellige terminale og interne epoxider kan effektivt hydrogeneres til de tilsvarende lineære eller forgrenede alkoholer med fremragende funktionel gruppetolerance. Katalysatoren udviser bemærkelsesværdig høj katalytisk aktivitet (TON> 16.000) og stabilitet (bevarer aktivitet og selektivitet efter 10 brugscyklusser), og den letter den skalerbare syntese af phenylethanol i 100 mmol skalaen.

Mekanismen for hydrogenering af aromatiske og alifatiske epoxider ved Pd@FPPOC blev belyst ved kontroleksperimenter og densitets funktionelle teoriberegninger.

Flere oplysninger: Xin Zhou et al., Phosphine-indbygget porøst organisk bur-understøttet ultrafine Pd nanoclusters muliggør højeffektiv og regioselektiv hydrogenering af epoxider, CCS-kemi (2024). DOI:10.31635/ccschem.024.202303468

Leveret af Chinese Academy of Sciences