ChemSusChem:Al2O3负载Ni基催化剂上5-羟甲基糠醛还原胺化制备2,5-呋喃二甲胺

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浙江大学魏作君副教授团队和浙江工业大学刘迎新教授团队在ChemSusChem期刊发文,报道了一种γ-Al2O3负载的NiMn双金属催化剂10NiMn(4:1)/γ-Al2O3用于高效催化5-羟甲基糠醛“一步法”还原胺化制备2,5-呋喃二甲胺,并揭示了催化剂表面MnOx的形成及Ni、Mn之间的协同作用有利于催化剂的稳定性和活性的提高。

胺类化合物,尤其是二元伯胺,是一类重要的有机化合物,广泛应用于材料、医药、食品等化学化工产品的合成。5-羟甲基糠醛(5-HMF)作为一种典型的生物基平台化合物,将其高效地转化为具有高附加值的2,5-呋喃二甲胺(BAMF)将是未来绿色经济的重要路线之一。5-HMF的分子中含有醛基、羟基和呋喃环结构,有效控制其还原胺化的选择性仍具有很大挑战,目前的报道多采用“两步法”由5-HMF制备BAMF。此外,在氨气或有机胺的环境下,活性金属位点易形成氮化物,使还原胺化催化剂失活。因此,开发简单稳定的非贵金属基催化剂,高选择性“一步法”合成2,5-呋喃二甲胺具有重要的意义。


鉴于此,浙江大学魏作君与合作者基于前期研究首先制备了一系列载体(γ-Al2O3、ZnO、TiO2、SiO2、AC、LDH)负载的镍催化剂用于5-HMF的还原胺化,结合理论计算,发现载体γ-Al2O3有利于反应速率控制步骤“羟基脱氢”反应的进行。通过进一步对多达14种第二金属组分(V、Cr、Mn、Cu、Zn、Zr、Mo、Ru、Ag、La、Ce、Re、Ir、Au)的筛选,制备得到的最佳催化剂10NiMn(4:1)/γ-Al2O3的TOF为0.41 h-1,明显高于Raney Ni(0.04 h-1)和10Ni/γ-Al2O3(0.09  h-1),BAMF的产率高达82.1%。催化剂循环使用5次后,BAMF的产率下降不明显。通过表征发现,在NiMn双金属催化剂中,Mn原子以MnOx的形式与Ni原子形成合金,使催化剂表面金属颗粒分散性提高、粒径减小,同时催化剂重复使用后金属活性组分不易流失,说明Ni、Mn之间的协同作用有利于抑制NH3、有机胺对活性组分的侵蚀。此外,均匀分布在载体γ-Al2O3表面的微小MnOx颗粒,对载体γ-Al2O3结构还具有一定的稳定作用。


本文采用传统浸渍法制备并筛选了一系列Ni基双金属负载型催化剂用于生物质平台分子5-HMF“一步法”还原胺化,为其进一步向高附加值化学品和生物基单体转化等过程的催化剂的设计提供了可借鉴的思路。

文信息

Reductive Amination of 5-Hydroxymethylfurfural to 2,5-Bis(aminomethyl)furan over Alumina-Supported Ni-Based Catalytic Systems

Prof. Zuojun Wei, Yuran Cheng, Hao Huang, Zhihe Ma, Prof. Kuo Zhou, Prof. Dr. Yingxin Liu


ChemSusChem

DOI: 10.1002/cssc.202200233


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