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A unique air-assisted DMSO oxidation pathway for the highly efficient synthesis of 2,5-diformylfuran from 5-hydroxymethylfurfural/fructose
Green Chemistry ( IF 9.3 ) Pub Date : 2023-09-09 , DOI: 10.1039/d3gc02279j Yujia Pang 1 , Ning Chen 1 , Zhizhou Zhao 1 , Lei Zhang 2 , J. O. P. Broekman 3 , Junnan Wei 1 , Xiujuan Li 1 , Lu Lin 4 , He Huang 1
Green Chemistry ( IF 9.3 ) Pub Date : 2023-09-09 , DOI: 10.1039/d3gc02279j Yujia Pang 1 , Ning Chen 1 , Zhizhou Zhao 1 , Lei Zhang 2 , J. O. P. Broekman 3 , Junnan Wei 1 , Xiujuan Li 1 , Lu Lin 4 , He Huang 1
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The development of safe, economical and highly efficient oxidation systems for the production of chemicals from biomass remains a significant and challenging target. Here, we first found a unique air-assisted reaction mechanism for the non-pressurized oxidation of 5-hydroxymethylfurfural (HMF) to 2,5-diformylfuran (DFF) using dimethylsulfoxide (DMSO) as an O-donor over CoZrNC-MCM, which affords exceptional productivity among all non-noble catalysts. The combination of control experiments and density functional theory (DFT) calculations reveals that the air-assisted DMSO oxidation pathway is activated by the co-adsorption of DMSO and O2 on Co-(pyrrolic N–C) pairs of CoNC-MCM. ZrNC species in CoZrNC-MCM will be thermally disintegrated to release ZrO2+ and provide the corresponding cation vacancies that might be able to capture Co atoms to form additional Co-(pyrrolic N–C) active pairs, resulting in the increase of catalytic activity. The released ZrO2+ is well dispersed over Al-MCM-41 in the form of zirconia, which contributes to the dehydration of fructose to HMF. In this way, a one-step approach for synthesizing DFF from fructose is achieved by the cooperation of zirconia and Co-(pyrrolic N–C) pairs over CoZrNC-MCM.
中文翻译:
独特的空气辅助 DMSO 氧化途径,用于从 5-羟甲基糠醛/果糖高效合成 2,5-二甲酰呋喃
开发用于从生物质生产化学品的安全、经济和高效的氧化系统仍然是一个重要且具有挑战性的目标。在这里,我们首先发现了一种独特的空气辅助反应机制,使用二甲基亚砜(DMSO)作为 O-供体,在 CoZrNC-MCM 上将 5-羟甲基糠醛(HMF)非加压氧化为 2,5-二甲酰呋喃(DFF),其中在所有非贵重催化剂中具有卓越的生产率。控制实验和密度泛函理论(DFT)计算相结合表明,空气辅助DMSO氧化途径是通过CoNC- MCM的Co-(吡咯N-C)对上的DMSO和O 2的共吸附而激活的。CoZrNC-MCM 中的 ZrNC 物质将热分解释放 ZrO 2+并提供相应的阳离子空位,这些空位可能能够捕获Co原子,形成额外的Co-(吡咯N-C)活性对,从而提高催化活性。释放的ZrO 2+以氧化锆的形式很好地分散在Al-MCM-41上,这有助于果糖脱水为HMF。这样,通过氧化锆和Co-(吡咯N-C)对在CoZrNC-MCM上的合作,实现了从果糖合成DFF的一步法。
更新日期:2023-09-09
中文翻译:
独特的空气辅助 DMSO 氧化途径,用于从 5-羟甲基糠醛/果糖高效合成 2,5-二甲酰呋喃
开发用于从生物质生产化学品的安全、经济和高效的氧化系统仍然是一个重要且具有挑战性的目标。在这里,我们首先发现了一种独特的空气辅助反应机制,使用二甲基亚砜(DMSO)作为 O-供体,在 CoZrNC-MCM 上将 5-羟甲基糠醛(HMF)非加压氧化为 2,5-二甲酰呋喃(DFF),其中在所有非贵重催化剂中具有卓越的生产率。控制实验和密度泛函理论(DFT)计算相结合表明,空气辅助DMSO氧化途径是通过CoNC- MCM的Co-(吡咯N-C)对上的DMSO和O 2的共吸附而激活的。CoZrNC-MCM 中的 ZrNC 物质将热分解释放 ZrO 2+并提供相应的阳离子空位,这些空位可能能够捕获Co原子,形成额外的Co-(吡咯N-C)活性对,从而提高催化活性。释放的ZrO 2+以氧化锆的形式很好地分散在Al-MCM-41上,这有助于果糖脱水为HMF。这样,通过氧化锆和Co-(吡咯N-C)对在CoZrNC-MCM上的合作,实现了从果糖合成DFF的一步法。