Improving Carbonate-Promoted C–H Carboxylation Using Mesoporous Carbon Supports

羧化 反应性(心理学) 碳酸盐 介孔材料 化学 羧酸盐 碳酸二甲酯 无机化学 氧化物 化学工程 有机化学 催化作用 医学 工程类 病理 替代医学
作者
Emma D. Chant,Chastity S. Li,Matthew W. Kanan
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (15): 5876-5882 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.2c06977
摘要

C–H carboxylation is an attractive way to utilize CO<sub>2</sub> for chemical production provided that it does not consume resource-intensive reagents. Alkali carbonates dispersed into the pores of mesoporous supports display strongly basic reactivity under CO<sub>2</sub>, allowing them to be used as base promoters for C–H carboxylation of (hetero)arenes in the absence of other reagents or catalysts. Mesoporous oxides are convenient support materials, but only a relatively small fraction of the dispersed carbonate (ca. 10-20%) is converted to carboxylate products when metal oxide supports are used. Here we compare mesoporous oxide and carbon supports and investigate the dependence of carbonate reactivity on pore structure. We show that using mesoporous carbons supports can increase the carbonate conversion by 2–4x when compared to oxide supports. This improved carbonate reactivity is maintained across a variety of mesoporous carbons with different pore structures (ordered vs. disordered) and pore diameters, indicating that the dispersed carbonate is intrinsically more reactive on the surface of a carbon material compared to an oxide surface. Reaction of the carboxylate products with dimethyl carbonate yields isolable methyl esters as the final product and regenerates the dispersed carbonate. We show that mesoporous carbon supports are robust to at least 5 cycles of successive C–H carboxylation and methylation with dimethyl carbonate. Furthermore, understanding how the support structure affects dispersed carbonate reactivity is valuable for advancing C–H carboxylation toward practical application and utilizing these materials in other CO<sub>2</sub> transformations.
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