Nitrile hydrogenation to secondary amines under ambient conditions over palladium–platinum random alloy nanoparticles

文献情報

出版日 2022-03-01
DOI 10.1039/D1CY02302K
インパクトファクター 6.119
著者

Yoshihide Nishida, Chandan Chaudhari, Hiroshi Yamada, Takaaki Toriyama, Tomokazu Yamamoto, Susan Meñez Aspera, Hiroshi Nakanishi, Katsutoshi Nagaoka


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要旨

Catalytic hydrogenation of nitriles is a cost-effective and green method for synthesizing amines and imines, which have many industrial applications. However, this reaction generally requires harsh reaction conditions and produces a mixture of amine and imine products due to its chemodiversity. Therefore, it is a challenge to selectively hydrogenate nitriles to a single product under ambient conditions (1 bar of H2 at 25 °C). Here, we report an effective method for selective hydrogenation of nitriles that does not require heat, pressurization, or long reaction times. We achieved this by means of bimetalization between palladium (Pd) and platinum (Pt) nanoparticles, which resulted in a catalyst that showed high yield of secondary amines. Although Pd and Pt are thermodynamically immiscible, we have successfully alloyed the two metals by means of rapid chemical reduction assisted by microwave heating. X-ray absorption spectroscopy suggested the formation of heteroatomic Pdδ+Ptδ− sites via charge transfer between neighboring Pd and Pt atoms in the alloy structure. Moreover, Fourier transform IR spectroscopy and scanning transmission electron microscopy–energy-dispersive X-ray spectroscopy indicated that decreasing the size of the PdPt (50 : 50) nanoparticles improved the degree of alloying and facilitated the formation of electron-enriched Ptδ− species. On the basis of kinetics studies and density functional theory calculations, we concluded that cyano group activation, which was the rate-determining step over monometallic Pd and Pt catalysts, was accelerated over the heteroatomic Pdδ+Ptδ− sites because of strong back-donation from electron-enriched Ptδ− species to the carbon atom of the cyano groups. The PdPt random alloy nanoparticles catalyzed the reactions of various aromatic and heterocyclic nitriles, and the corresponding secondary amines were selectively obtained in just a few hours.

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掲載誌

Catalysis Science & Technology

Catalysis Science & Technology
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自己引用率: 4.5%
年間論文数: 600

Catalysis Science & Technology is committed to publishing research reporting high-quality, cutting-edge developments across the catalysis community at large. The journal places equal focus on publications from the heterogeneous, homogeneous, thermo-, electro-, photo-, organo- and biocatalysis communities. Works published in the journal feature a balanced mix of fundamental, technology-oriented, experimental, computational, digital and data-driven original research, thus appealing to catalysis practitioners in both academic and industrial environments. Original research articles published in the journal must demonstrate new catalytic discoveries and/or methodological advances that represent a significant advance on previously published work, from the molecular to the process scales. We welcome rigorous research in a wide range of timely or emerging applications related to the environment, health, energy and materials. Catalysis Science & Technology publishes Communications, Articles, Reviews and Perspectives. More details regarding manuscript types may be found in the Information for Authors section.

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