有關生物源分子水相加氫反應的文獻綜述表明,負載于各種碳和氧化物上的金屬釕粒子是實現羰基官能團快速、選擇性轉化為相應醇的最有效催化劑。(1)葡萄糖加氫生成山梨醇,(4)將乙酰丙酸(LA)加氫生成γ-戊內酯(GVL),(5)將乳酸加氫生成1,2-丙二醇(5c,6),其產率遠高于其他金屬催化劑。
在高通量反應器中測量了乙醛、丙醛、丙酮和木糖在氧化鋁負載的單金屬催化劑上的水相加氫反應速率,結果表明,釕基催化劑對羰基加氫反應表現出最高的活性。(7)對羰基官能團加氫反應中溶劑效應的研究表明,釕催化劑在水溶液中的反應速度顯著提高。因此,在5wt%釕/SiO_2催化劑存在下,異丁酮在水中的加氫反應速率分別是在甲醇和異丙醇中的7倍和33倍。(8)系統地研究了水對釕/C催化劑加氫活性的影響。(9)釕/C催化劑在水中的加氫活性最高,其次是醇,而在非質子、非極性溶劑中的加氫活性較低。在乙醇-水和正丁醇-水混合溶劑中,釕/C催化劑上LA轉化為GVL的速度分別快于純乙醇和正丁醇。
有關釕催化劑在羰基化合物水相加氫反應中具有優異活性的各種解釋。
為了解釋水對釕/SiO_2催化劑上2-丁酮加氫速率的有利作用,Akpa等人。(8)采用密度泛函理論(DFT)方法,對釕(0001)表面上2-丁酮加氫反應的不同反應途徑進行了反應能和活化勢壘跟蹤計算。結果表明,水分子與羥基丁基中間體的相互作用大大降低了反應的勢壘,因此與無溶劑或在異丙醇存在下的反應相比,在水中的反應速度較快。質子在水中擴散系數的增加被認為是有利于更高反應速率的另一個因素。
在釕/C催化劑上對各種模型羰基化合物低溫加氫反應中的溶劑效應進行了非常詳細的動力學研究。(9)結果表明,在質子型溶劑中加氫活性最高,水的加氫速率提高最大。觀察到2-丁酮的初始加氫速率與溶劑的氫鍵供體能力之間存在相關性,這與水與2-丁酮之間通過氫鍵的強相互作用降低了活化能壘而導致高的加氫速率的假設是一致的,鼎鋒貴金屬回收表示以上就是釕系化合物及催化劑相較于其它貴金屬催化劑的優勢在哪里的答案。
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