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钨基双金属选择催化氢解木质素为芳香类化合物

木质素具有丰富的官能团化苯环结构,被视为替代石油资源制备芳香化学品的可再生原料。在众多木质素解聚方法中,选择催化氢解是不破坏芳环情况下选择切断木质素芳醚键获得酚类化合物的一种策略,是木质素高值利用的关键途径之一。贵金属催化氢解可实现高度解聚,但往往需要高温高压、强酸、强碱等条件,且难以控制芳环过度加氢,产物往往为多种类型混合物。现有文献催化木质素解聚芳香单体收率普遍偏低。中科院大连化学物理研究所李昌志副研究员与张涛院士研究团队提出类贵金属碳化钨高效活化木质素β-O-4链接(ChemSusChem 2016, 9, 3220; 2017, 10, 523),获得低分子量芳香化合物片段。

钨基双金属选择催化氢解木质素为芳香类化合物

在前期进展基础上,研究者近日借助贵金属较强的加氢性能,开发了M-W/AC(M=Ru、Pd、Pt)双金属催化体系用于选择氢解具有α-O-4 结构的木质素模型底物。钨与贵金属之间的协同催化作用一方面大幅提高了钨基催化剂氢解能力,另一方面抑制了贵金属催化导致的芳环过度加氢。此外,在液相反应中,碳化钨催化剂往往容易因氧化、积碳等原因而失活,而本文发展的钨基双金属催化剂体现了更高的稳定性。底物拓展实验结果表明,芳环上具有不同官能团的一系列α-O-4模型化合物在M-W/AC作用下都实现了高效解聚。非极性溶剂和芳环上供电子基团有利碳氧键活化。将该催化体系应用于真实木质素原料的催化转化,可获得低分子量酚类化合物收率超过40wt%。对比反应前后木质素结构表征结果表明,来源于硬木、软木、 草类的木质素基本结构单元G/S/H的比例差别显著,是影响转化效率和产物类别的重要因素;2D-HSQC- NMR表征结果表明Ru-W/AC双金属催化剂不仅对β-O-4和α-O-4氢解具有高活性,且能高效活化更顽固的ββ链接,从而使木质素的转化获得高收率的酚类产物。

本工作提高了钨基催化剂氢解能力的同时并未破坏木质素解聚产物芳环结构,并增加了催化剂稳定性,为木质素定向解聚制苯酚类化合物提供了有益参考。

 相关工作发表在ChemCatChem, DOI: 10.1002/cctc.201701240.

作者: Dr. Jianwei Ji, Haiwei Guo, Dr. Changzhi Li,*Zaojuan Qi, Dr. Bo Zhang, Tao Dai, Min Jiang, Chuanqing Ren, Prof. Aiqin Wang and Prof. Tao Zhang*

原文链接如下,或点击下方“阅读原文”

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cctc.201701240/full


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