The synthesis of N-substituted pyrrolidones starting from biomass-derived levulinic acid (LA) and nitroarenes is a highly attractive route for LA valorization, but still faces challenges. Herein, we report an electron deficient Ni^δ+ catalyst (Ni₂P/NPCB-600) prepared by doping N and P into coffee biochar using a one-pot carbonization method. Ni₂P/NPCB-600 shows outperform catalytic performance compared with the corresponding metallic Ni catalysts (Ni/CB-600 and Ni/NPCB-600) in the domino reductive amination and amidation of LA with nitroarenes. Characterization and controlled experiments demonstrate that the high catalytic activity and selectivity of Ni₂P/NPCB-600 are mainly attributed to the formation of electron deficient Ni^δ+ (Ni₂^δ+-P^δ-), which could promote the decomposition of methyl formate, and the adsorption and activation of C=O bonds in LA during the domino reactions. Furthermore, Ni₂P/NPCB-600 also shows good substrate scope, various N-substituted pyrrolidones can be directly synthesized from LA and different nitroarenes with good to excellent yields (87.5–99 %). This study provides a potential pathway for efficiently producing N-substituted pyrrolidones by adjusting the electron density of Ni.

中文翻译：

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N，P 共掺杂多孔生物炭支持缺电子 Niδ+ 用于多米诺骨牌还原胺化和乙酰丙酸与硝基芳烃的酰胺化反应，使用甲酸甲酯生成 N 取代的吡咯烷酮


从生物质衍生的乙酰丙酸 （LA） 和硝基芳烃开始合成 N 取代的吡咯烷酮是 LA 增值的极具吸引力的途径，但仍然面临挑战。在此，我们报道了一种缺电子 Ni^δ+ 催化剂 （Ni₂P/NPCB-600），通过使用一锅碳化方法将 N 和 P 掺杂到咖啡生物炭中来制备。Ni₂P/NPCB-600 在 LA 与硝基芳烃的多米诺骨牌还原胺化和酰胺化反应中，与相应的金属 Ni 催化剂（Ni/CB-600 和 Ni/NPCB-600）相比，表现出优异的催化性能。表征和对照实验表明，Ni₂P/NPCB-600 的高催化活性和选择性主要归因于缺电子 Ni^δ+ （Ni₂^δ+-P^δ-） 的形成，它可以促进甲酸甲酯的分解，以及多米诺骨牌反应过程中 C=O 键在 LA 中的吸附和激活。此外，Ni₂P/NPCB-600 还显示出良好的底物范围，可以从 LA 和不同的硝基芳烃中直接合成各种 N 取代的吡咯烷酮，产率从好到极好 （87.5–99%）。本研究为通过调节 Ni 的电子密度高效生产 N 取代吡咯烷酮提供了一种潜在的途径。