New insights into the structure and catalytic performance of alizarin–zirconium hybrids for Meerwein–Ponndorf–Verley reductions: first-principles approach

文献情報

出版日 2021-07-19
DOI 10.1039/D1SE00482D
インパクトファクター 6.367
著者

Qingrui Peng, Xiaoning Li, Xiang Wang, Yehui Li, Xiang Liu, Haijun Wang


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要旨

A novel bifunctional mesoporous zirconium–alizarin (Zr–AZN) hybrid was successfully synthesized by using a template-free self-assembly method. Systematic characterizations demonstrated that the catalyst possessed abundant acid–base couple sites (density: 0.47 vs. 0.79 mmol g−1, acid/base molar ratio: 0.59) and high porosity. Zr–AZN exhibits superior catalytic activity toward the Meerwein–Ponndorf–Verley (MPV) reduction of different biomass-derived carbonyl compounds compared to other catalysts, especially of ethyl levulinate (EL) to γ-valerolactone (GVL), in quantitative yields (96%) with a high GVL formation rate of 1205 μmol g−1 h−1 and TOF of 0.47 h−1. Theoretical calculations show that the structure of Zr–AZN with the highest catalytic activity originates from the complexation that occurs at the 1,2-dihydroxyl (catechol) group, instead of the 1-hydroxy-9-keto group. Furthermore, it also presents a higher activity and selectivity and a lower computed apparent activation free energy (19.4 vs. 29.3 kcal mol−1) for the hydrogenation of EL compared to Sn–AZN.

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