Alkoholer används i stor utsträckning inom biovetenskap och den kemiska industrin. Selektiv hydrogenering av epoxider med användning av vätemolekyler som reduktionsmedel anses vara en av de mest enkla och atomekonomiska strategierna för alkoholsyntes. Att kontrollera den regioselektiva ringöppningen av epoxider förblir dock en utmaning.
Betydande framsteg har gjorts i den selektiva hydreringen av epoxider med användning av homogen katalys. Emellertid kvarstår utmaningar i den svåra separationen och återvinningen av katalysatorn, såväl som nackdelarna med att kräva dyra och sofistikerade ligander, vilket allvarligt begränsar deras praktiska potential. Därför är utvecklingen av effektiva och mycket regioselektiva heterogena katalysatorer för epoxidhydrering särskilt viktig.
En palladium (Pd) nanoklusterkatalysator för selektiv hydrogenering av epoxider har utvecklats av Yang Yong från Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology vid den kinesiska vetenskapsakademin.
Resultaten publicerades i CCS Chemistry .
Moduleringen av elektroniska effekter och rumslig struktur av fosfinligander ledde till design och syntes av en ny porös organisk bur (FPPOC). Denna bur användes som både ligand och för att stödja framställningen av en Pd-nanoklusterkatalysator med namnet Pd@FPPOC.
Resultaten indikerar att interaktionen mellan organisk fosfin och Pd-nanokluster (Pd NCs) har resulterat i en enhetlig spridning av ultrafina Pd NCs på FPPOC. Denna interaktion stabiliserar effektivt Pd NCs, förhindrar deras oxidation och aggregering och ökar avsevärt ytelektrondensiteten hos Pd NCs, vilket förbättrar den katalytiska prestandan.
Genom att systematiskt optimera förhållandena uppnåddes den effektiva omvandlingen av aromatiska epoxider till linjära alkoholer och alifatiska epoxider till grenade alkoholer med Pd@FPPOC. Framgången kan tillskrivas den robusta koordinationseffekten av fosfor i den molekylära buren, i kombination med den fördelaktiga geometriska strukturen hos den porösa organiska buren.
Olika terminala och interna epoxider kan effektivt hydreras till motsvarande linjära eller grenade alkoholer med utmärkt funktionell grupptolerans. Katalysatorn uppvisar anmärkningsvärt hög katalytisk aktivitet (TON> 16 000) och stabilitet (behåller aktivitet och selektivitet efter 10 användningscykler), och den underlättar den skalbara syntesen av fenyletanol i 100 mmol-skalan.
Mekanismen för hydrering av aromatiska och alifatiska epoxider med Pd@FPPOC klargjordes genom kontrollexperiment och beräkningar av densitetsfunktionella teorier.
Mer information: Xin Zhou et al, Fosfin-inbyggd porös organisk bur med ultrafina Pd-nanokluster möjliggör högeffektiv och regioselektiv hydrering av epoxider, CCS-kemi (2024). DOI:10.31635/ccschem.024.202303468
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
