Минералоподобный катализатор на основе модифицированного оксидом церия филлосиликата меди для однореакторного гидроаминирования 5-гидроксиметилфурфурола нитросоединениями

Внедрение в практику органического синтеза новых подходов, основанных на использовании биодоступных молекул, является новой вехой в развитии органической химии. 5-Гидроксиметилфурфурол (5-HMF), например, представляет собой природный синтон для производства фурансодержащих химических веществ с широким спектром применения: от получения новых типов полимеров до разработки лекарственных препаратов. Восстановительное аминирование 5-HMF позволяет получить ряд труднодоступных вторичных аминов, обладающих уникальной биологической активностью и в настоящее время активно изучаемых или даже используемых в медицине. Классическое восстановительное аминирование 5-HMF реализуется в две стадии с получением промежуточного имина и его дальнейшего восстановления до целевого N-фурфуриламина с использованием стехиометрических восстановителей, что неизбежно приводит к большому количеству отходов и необходимости тщательной очистки целевого продукта. Гетерогенное гидроаминирование является лучшей альтернативой, но получение целевых N-фурфуриламинов с высокой селективностью ограничено использованием дорогих катализаторов на основе благородных металлов. Кроме того, амины сами по себе не являются легкодоступными субстратами, и их стоимость может быть сравнима или даже выше стоимости благородных металлов.

Ученые Лаборатории разработки исследования полифункциональных катализаторов ИОХ РАН предложили идею использования минералоподобного медного катализатора, легко получаемого синтетическим путем, для гидроаминирования 5-гидроксиметилфурфурола не аминами, а более доступными нитросоединениями, в «однореакторном» режиме. Коллективом авторов был получен наноразмерный искусственный минерал филлосиликат меди, допированный оксидом церия, на основе промышленного силикагеля. Добавление оксида церия делает катализатор более активным и стабильным, и его можно использовать повторно после стадии прокаливания без потери активности. Полученный минералоподобный катализатор обладает высокой активностью и селективностью в реакции гидроаминирования 5-HMF нитроаренами, что позволило получить ряд труднодоступных N-фурфуриламинов с выходами 40-85% в относительно мягких условиях (150оС, Н2 10 атм) в режиме «one-pot».

Тщательное исследование физико-химических характеристик полученного катализатора позволило предложить возможную схему гидроаминирования 5-гидроксиметилфурфурола нитроароматическими соединениями и эволюцию структуры катализатора в ходе реакции.

Статья опубликована в рамках специального выпуска журнала ChemCatChem «Catalysis talents».

Источник:

Elena Redina, Natalia Arkhipova, Gennady Kapustin, Olga Kirichenko, Igor Mishin, Leonid Kustov Ceria-modified copper phyllosilicate catalyst for one-pot hydroamination of 5-HMF with nitro-compounds // ChemCatChem 2023, e202300294. DOI: 10.1002/cctc.202300294.