糠醛直接转化制备1,4-戊二醇

生物基二元醇作为生物质产业（如生物塑料、药品、化妆品等）的重要组成部分，其合成技术已成为国内外研究者关注的焦点。将来源广泛、价格低廉的原材料（生物质及其衍生物）转变成具有高附加值的化工原料不仅可以降低对化石资源的依赖程度，而且反应过程也符合“绿色化”标准的环保生产方式。近日，中国科学院大连化学物理研究所的刘菲、张涛等与法国普瓦捷大学的Francois Jerome课题组合作，采用酸催化与氢化两个化学反应融合到一锅中自动有序进行串联反应的策略，利用CO2/H2O双相反应体系，将糠醛在Ru/CMK-3的催化作用下高选择性地转化为1,4-戊二醇。

图1. Transformation of furfural to 1,4-PD in the dual acid/hydrogenation catalytic system

该工作的亮点之一是借助CO2/H2O原位生成碳酸的特点将其作为质子酸与氢化组合催化剂，成功地将四步反应过程在单一反应器中“一锅”进行。适中的反应温度（80 ℃）以及氢化环境可以有效避免其他反应路径（过度氢化、二醇脱水环化等）的发生，1,4-戊二醇的最高收率可达到90%。

在此基础上，结合对中间物种的捕获和鉴定，研究者提出该催化体系下糠醛制备1,4-戊二醇可能的催化转化路径：糠醛首先选择性氢化生成糠醇；随后，糠醇在酸催化剂的作用下开环，生成戊二烯基中间体（与Piancatelli重排反应中酸催化开环的过程一致）；最后，戊二烯基中间体加氢生成3-乙酰丙醇，再进一步氢化得到目标产物1,4-戊二醇。

相关成果近期发表在Green Chemsitry 上。该工作得到国家自然科学基金委、中科院战略性先导科技专项、教育部能源材料化学协同创新中心和辽宁省科学技术部的资助以及北京光源和日本光源的支持。

图2. Proposed mechanism for 1,4-PD synthesis in the dual acid/hydrogenation catalytic system. 

该论文作者为：Fei Liu, Qiaoyun Liu, Jinming Xu, Lei Li, Yi-Tao Cui, Rui Lang, Lin Li, Yang Su, Shu Miao, Hui Sun, Botao Qiao, Aiqin Wang, Francois Jerome and Tao Zhang