Electrocatalytic Coupling of Nitrate and Formaldehyde for Hexamethylenetetramine Synthesis via C–N Bond Construction and Ring Formation

化学 六亚甲基四胺 戒指(化学) 甲醛 联轴节(管道) 硝酸盐 药物化学 高分子化学 有机化学 冶金 材料科学
作者
Yuping Pan,Yuqin Zou,Chongyang Ma,Ta Thi Thuy Nga,Qizheng An,Rong Miao,Zhongcheng Xia,Yun Fan,Chung‐Li Dong,Qinghua Liu,Shuangyin Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (28): 19572-19579 被引量:55
标识
DOI:10.1021/jacs.4c06840
摘要

Hexamethylenetetramine (HMTA) is extensively used in the defense industry, medicines, food, plastics, rubber, and other applications. Traditional organic synthesis of HMTA relies on ammonia derived from the Haber process at high temperatures and pressures. In contrast, electrochemical methods enable a safe and green one-pot synthesis of HMTA from waste NO3-. However, HMTA synthesis through the electrochemical method is challenging owing to the complex reaction pathways involving C-N bond construction and ring formation. In this study, HMTA was efficiently synthesized over electrochemical oxidation-derived copper (e-OD-Cu), with a yield of 76.8% and a Faradaic efficiency of 74.9% at -0.30 VRHE. The catalytic mechanism and reaction pathway of HMTA synthesis on e-OD-Cu were investigated through a series of in situ characterization methods and density-functional theory calculations. The results demonstrated that the electrocatalytic synthesis of HMTA involved a tandem electrochemical-chemical reaction. Additionally, the results indicated that the presence of Cu vacancies enhanced substrate adsorption and inhibited the further hydrogenation of C═N. Overall, this study provides an electrocatalytic method for HMTA synthesis and an electrochemical strategy for constructing multiple C-N bonds.
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