ChemCatChem:醛酮氧化酯化反应的非均相催化剂设计和总结

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酯类在各种化学、制药和有机合成过程中作为中间体具有重要意义。传统的酯的生产工艺包括两个步骤。首先,醇或醛被氧化生成酸或酸衍生物。随后,利用这些酸或酸衍生物与醇产生所需的酯。然而,这种传统方法的制备过程和操作复杂,反应所需要的温度较高,以及在反应过程中会产生腐蚀性中间体。因为这些缺点,工艺流程简单,而且不含腐蚀性中间体的一步氧化酯化醇或醛生成酯的方法已引起相当大的关注。值得注意的是,催化剂在促进该反应中起着关键作用。因此,开发新型高效催化剂已成为当前科学领域的一个突出研究热点。针对以上的发展趋势,李玉超副教授课题组先总结了醛或醇在贵金属和非贵金属非均相催化剂上的设计和活性。其次,讨论了反应机理。之后,提出了未来该反应的新催化策略。最后,指出了该领域面临的机遇和挑战。



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(1)负载贵金属催化剂,如钯基和金基催化剂,在醛氧化酯化反应中表现出较好的催化性能。载体的碱度和提供活性氧的能力对催化剂的性能有显著影响,但仍存在催化剂寿命短、反应醇醛比高等缺点。未来的研究重点应放在调节载体性能上,以提高贵金属纳米颗粒的分散性和长期的高活性。


(2)对于负载的非贵金属催化剂,可以有效降低催化剂的成本,解决现有贵金属催化剂成本高的问题。现有的钴基催化剂已经具有较高的反应活性,但醇醛摩尔比较高。并且催化剂寿命长期未得到研究,有待加强和研究。


(3)醛类化合物的直接氧化酯化反应机理的研究是一个复杂的过程,在未来的研究中可以通过原位分析技术来研究氧化酯化反应机理。


(4)单原子催化剂(SACs)是一种高度稳定的催化剂,其中活性金属作为单个原子均匀地分散在载体上,它们之间没有其他类型的相互作用。其对氧化酯化反应具有很高的催化活性,未来工业应用还需加强单原子催化剂的稳定性,减少反应过程中原子的团聚。氧化酯化反应是一个可逆的过程,在这个过程中产生水作为副产物。疏水催化剂可以解决副产物水对反应的不利影响,有效地提高氧化酯化的催化活性,但纳米活性中心的制备方法和在长时间过程中疏水性的维持还有待于考察和研究。磁性催化剂有利于实现小颗粒催化剂的高效分离,特别是对于气-液-固三相反应。利用离子液体作为合成纳米颗粒的前体是一种很有前途的方法,可以改善金属周围的电子环境,从而提高催化活性


综上所示,利用这些催化剂可以在低醇醛比反应体系下,高效、稳定地催化醛氧化酯化反应,为金基催化剂的进一步工业应用提供了基础。

文信息

Review on Performance and Preparation of Catalysts for Oxidative Esterification of Aldehydes or Alcohols to Esters

Yanxia Zheng, Chuxin Huang, Dr. Yuchao Li, Yubo Yang, Dr. Rui Xu


ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202300976

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