Intermetallic Palladium–Zinc Nanoparticles for the Ultraselective Hydrogenative Rearrangement of Furan Compounds

糠醛 呋喃 环戊酮 催化作用 化学 羟醛缩合 有机化学 药物化学
作者
Likang Zhang,Yao Zhong,Jun Wang,Zheling Zeng,Shuguang Deng,Ji‐Jun Zou,Qiang Deng
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (20): 13205-13214 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c03189
摘要

The tandem hydrogenative rearrangement of furan aldehydes/ketones into cyclopentanones is crucial for synthesizing biobased fine chemicals but remains challenging because of the complexity of the tandem reaction network. Herein, intermetallic PdZn nanoparticle-supported catalysts were prepared, which showed a high catalytic efficiency for synthesizing 3-methyl cyclopentanone with a 96.3% yield from 5-methyl furfural at the hitherto lowest temperature of 120 °C. Furthermore, they exhibited catalytic generality for the synthesis of cyclopentanones with yields above 90% from other furan aldehydes (i.e., furfural, 5-hydroxymethyl furfural, and 5-ethyl furfural) and furan ketones (i.e., 2-furan methyl ketone and 2-furan ethyl ketone). Investigations into the catalytic mechanism showed that H2 was heterolytically activated on the Pd–Zn pair to form H––Pd–Zn–H3O+ via an ionic water-mediated pathway, which not only functioned as unconventional active sites for the carbonyl group hydrogenation step but also provided Brønsted acid sites for ring opening and intramolecular aldol condensation steps. This study presents an exciting strategy for the bifunctional catalysis of challenging substrates by generating transient H+–H– pairs using advanced intermetallic alloy catalysts.
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