Selective Nickel‐Catalyzed Conversion of Model and Lignin‐Derived Phenolic Compounds to Cyclohexanone‐Based Polymer Building Blocks

环己醇 脱氢 催化作用 化学 环己酮 烷基化 愈创木酚 有机化学 木质素 烷基苯 加氢脱氧 化学工程 氢解 选择性 工程类
作者
Wouter Schutyser,Sander Van den Bosch,Jan Dijkmans,Stuart Turner,Maria Meledina,Gustaaf Van Tendeloo,Damien P. Debecker,Bert F. Sels
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:8 (10): 1805-1818 被引量:150
标识
DOI:10.1002/cssc.201403375
摘要

Abstract Valorization of lignin is essential for the economics of future lignocellulosic biorefineries. Lignin is converted into novel polymer building blocks through four steps: catalytic hydroprocessing of softwood to form 4‐alkylguaiacols, their conversion into 4‐alkylcyclohexanols, followed by dehydrogenation to form cyclohexanones, and Baeyer–Villiger oxidation to give caprolactones. The formation of alkylated cyclohexanols is one of the most difficult steps in the series. A liquid‐phase process in the presence of nickel on CeO 2 or ZrO 2 catalysts is demonstrated herein to give the highest cyclohexanol yields. The catalytic reaction with 4‐alkylguaiacols follows two parallel pathways with comparable rates: 1) ring hydrogenation with the formation of the corresponding alkylated 2‐methoxycyclohexanol, and 2) demethoxylation to form 4‐alkylphenol. Although subsequent phenol to cyclohexanol conversion is fast, the rate is limited for the removal of the methoxy group from 2‐methoxycyclohexanol. Overall, this last reaction is the rate‐limiting step and requires a sufficient temperature (>250 °C) to overcome the energy barrier. Substrate reactivity (with respect to the type of alkyl chain) and details of the catalyst properties (nickel loading and nickel particle size) on the reaction rates are reported in detail for the Ni/CeO 2 catalyst. The best Ni/CeO 2 catalyst reaches 4‐alkylcyclohexanol yields over 80 %, is even able to convert real softwood‐derived guaiacol mixtures and can be reused in subsequent experiments. A proof of principle of the projected cascade conversion of lignocellulose feedstock entirely into caprolactone is demonstrated by using Cu/ZrO 2 for the dehydrogenation step to produce the resultant cyclohexanones (≈80 %) and tin‐containing beta zeolite to form 4‐alkyl‐ε‐caprolactones in high yields, according to a Baeyer–Villiger‐type oxidation with H 2 O 2 .
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