Highly Selective Dehydroaromatization of n -Alkanes to Aromatics and Hydrogen Gas

化学 脱氢 催化作用 甲苯 键裂 氢键 光化学 双键 有机化学 反应中间体 选择性 诱导效应 级联 组合化学 碳氢化合物 三键 均三甲苯 小学(天文学)
作者
Jing Lu,Jie Zhang,Bo Liu,Dan Zhou,Biao Jiang,Meng Wang,Hong Zhao
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (3): 3250-3258 被引量:1
标识
DOI:10.1021/jacs.5c17351
摘要

Transformation of available and inexpensive alkanes to high-value aromatics and hydrogen gas represents an atom-economical route of great interest. However, concurrent C–C bond scission and recombination side reactions severely challenge the selectivity and efficiency of conventional catalytic systems. Herein, we report a phosphorus-doped carbon (P@C) catalyst that enables the metal-free, acceptorless dehydroaromatization of linear C 6 –C 8 alkanes with exceptional selectivity. The reaction proceeds via a unique β–C–H bond activation pathway, yielding 2-hexene as the primary intermediate, and culminates in a cascade of consecutive dehydrogenation and cyclization steps. This catalyst’s remarkable propensity for selective C–H bond activation over C–C bond cleavage effectively suppresses side reactions. Consequently, n -hexane is converted to benzene with >99% selectivity at 96% conversion, while n -heptane and n -octane are transformed into toluene and C 8 aromatics ( o -xylene, ethylbenzene), respectively, with ∼90% selectivity at near-complete conversion. This work highlights a highly atom-efficient, metal-free catalytic strategy for coproducing aromatics and hydrogen.
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