Tandem Catalysis Enables the Hydrocarboxylation of γ-Valerolactone with CO2 and H2 to Produce Adipic Acid

化学 己二酸 催化作用 产量(工程) 选择性 串联 有机化学 绿色化学 级联反应 布朗斯特德-洛瑞酸碱理论 反应条件 反应机理 化学合成 溶剂 化学反应 组合化学 偶联反应 碳纤维 反应中间体
作者
Ying Wang,Yanru Zhang,Chenglong Yu,Jia Guo,Jun He,Longbo Zhang,Yanyan Wang,Jianling Zhang,Tianbin Wu,Qingli Qian,Buxing Han
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (38): 34589-34600 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.5c09561
摘要

Adipic acid is an industrially important chemical that is currently produced from fossil resources. In this work, we report the first method for the production of adipic acid from biomass-derived γ-valerolactone (GVL) with CO2 and H2. It was discovered that the Rh catalyst with an I2 promoter in a binary solvent system of AcOH/H2O could catalyze the reaction efficiently at an industrially relevant temperature (140 °C). A systematic and detailed analysis of the reaction pathway was conducted via experimental and DFT studies. The tandem one-pot process permits thermodynamic leveraging by coupling the thermodynamically unfavored GVL ring-opening with highly favored hydrocarboxylation, driving the overall reaction forward to diacid products. The reaction involves three key steps, including the reduction of CO2 to CO and H2O by H2, the ring-opening of GVL to reaction intermediates, and the hydrocarboxylation of the intermediates with CO and H2O. The stable GVL can maintain a low concentration of the highly reactive intermediates and prevent their hydrogenation side reactions, which favors the high selectivity of diacids. Moreover, this strategy affords access to various diacids in high yields from different lactones, and the yield of the diacids could reach 89%. This protocol opens the way for the sustainable synthesis of adipic acid from two renewable carbon resources and a green reductant (H2).
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