Synthesis of piperidines and pyridine from furfural over a surface single-atom alloy Ru1CoNP catalyst

哌啶 糠醛 催化作用 吡啶 戒指(化学) 化学 胺化 组合化学 还原胺化 有机化学
作者
Haifeng Qi,Yurou Li,Zhitong Zhou,Yueqiang Cao,Fei Liu,Weixiang Guan,L. H. Zhang,Xiao Yan Liu,Li Lin,Yang Su,Kathrin Junge,Xuezhi Duan,Matthias Beller,Aiqin Wang,Tao Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:4
标识
DOI:10.1038/s41467-023-42043-6
摘要

The sustainable production of value-added N-heterocycles from available biomass allows to reduce the reliance on fossil resources and creates possibilities for economically and ecologically improved synthesis of fine and bulk chemicals. Herein, we present a unique Ru1CoNP/HAP surface single-atom alloy (SSAA) catalyst, which enables a new type of transformation from the bio-based platform chemical furfural to give N-heterocyclic piperidine. In the presence of NH3 and H2, the desired product is formed under mild conditions with a yield up to 93%. Kinetic studies show that the formation of piperidine proceeds via a series of reaction steps. Initially, in this cascade process, furfural amination to furfurylamine takes place, followed by hydrogenation to tetrahydrofurfurylamine (THFAM) and then ring rearrangement to piperidine. DFT calculations suggest that the Ru1CoNP SSAA structure facilitates the direct ring opening of THFAM resulting in 5-amino-1-pentanol which is quickly converted to piperidine. The value of the presented catalytic strategy is highlighted by the synthesis of an actual drug, alkylated piperidines, and pyridine.
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