生物燃料合成取得新进展:锰催化的乙醇缩合反应制备丁醇

通过生物质转化获得生物燃料是可再生能源开发利用的重要方向。生物燃料不仅可再生还具有良好的可贮藏性和可运输性,因此可能成为替代石油的理想液体燃料。目前生物乙醇是产量最高、应用最广泛的一类生物质燃料,主要用途是与汽油直接混合用于未经改造的内燃机中。但由于乙醇存在能量密度低、腐蚀性强以及与水混溶等缺点,因此不能与汽油以高比例混合用于普通内燃机中。针对上述问题,人们发现利用丁醇等长链醇替代乙醇作为燃料更加具有优势。鉴于全球范围内乙醇的大规模生产,发展一种有效的将乙醇直接转化为长链醇的生产工艺将成为由生物质资源或煤化工基础原料制取长链醇类化合物的重要技术。最近,我系刘强副教授课题组在《美国化学会志》上报道了一类锰催化的乙醇缩合反应,可以高效、高选择性的制备丁醇。这是首例利用廉价金属催化剂实现乙醇的碳碳偶联反应合成高级醇的报道。该反应转化催化效率高,催化剂用量可低至ppm级,实现了目前为止最高的催化剂转化数(TON >110 000)和催化活性(TOF > 3000 h-1)。本工作还通过控制实验、核磁波谱和 X-射线单晶衍射等手段进行了反应机理研究。相关结果表明锰催化剂中的 N-H 结构对于催化活性具有至关重要的影响。另外,催化反应循环中的数个关键金属络合物中间体都得到了分离和全面的表征,并建立了这些反应中间体之间的相互转化条件。该工作的开展将为利用生物质资源制取长链醇类优质生物燃料提供一种更加高效、可持续的技术手段。上述工作得到了中组部青年千人计划和111引智计划的大力支持。

 

文章链接: J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 13941-13948.  http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b05939