Unveiling the mechanism for selective cleavage of C-C bonds in sugar reactions on tungsten trioxide–based catalysts

化学 催化作用 键裂 反应机理 分子 羟醛缩合 组合化学 磷酸糖 光化学 有机化学
作者
Yue Liu,Wei Zhang,Cong Hao,Shuai Wang,Haichao Liu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:119 (34) 被引量:14
标识
DOI:10.1073/pnas.2206399119
摘要

Conversion of naturally occurring sugars, the most abundant biomass resources on Earth, to fuels and chemicals provides a sustainable and carbon-neutral alternative to the current fossil resource-based processes. Tungsten-based catalysts (e.g., WO3) are efficient for selectively cleaving C-C bonds of sugars to C2,3 oxygenate intermediates (e.g., glycolaldehyde) that can serve as platform molecules with high viability and versatility in the synthesis of various chemicals. Such C-C bond cleavage follows a mechanism distinct from the classical retro-aldol condensation. Kinetic, isotope 13C-labeling, and spectroscopic studies and theoretical calculations, reveal that the reaction proceeds via a surface tridentate complex as the critical intermediate on WO3, formed by chelating both α- and β-hydroxyls of sugars, together with the carbonyl group, with two adjacent tungsten atoms (W-O-W) contributing to the β-C-C bond cleavage. This mechanism provides insights into sugar chemistry and enables the rational design of catalytic sites and reaction pathways toward the efficient utilization of sugar-based feedstocks.

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