Catalytic Synthesis of Formamides with Carbon Dioxide and Amines

Yujing ZHANG Xingchao DAI Hongli WANG Feng SHI

Citation:  ZHANG Yujing, DAI Xingchao, WANG Hongli, SHI Feng. Catalytic Synthesis of Formamides with Carbon Dioxide and Amines[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2018, 34(8): 845-857. doi: 10.3866/PKU.WHXB201701081 shu

二氧化碳和胺催化合成甲酰胺反应研究

    作者简介:


    SHI Feng completed his Ph.D. studies in catalysis at LICP, CAS in 2004. After a three-year postdoctoral research in LIKAT in Germany, he joined the faculty of LICP in 2008 as Hundred Talents Program of CAS. Since 2016 SHI Feng is the deputy director of the State Key Laboratory for Oxo Synthesis and Selective Oxidation. His research focuses on nano-catalysis in fine chemical synthesis and C1 chemistry;
    通讯作者: 石峰, fshi@licp.cas.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 91745106

    国家自然科学基金 21633013

    国家自然科学基金(21633013, 91745106)与国家重大研究与发展项目(2017YFA0403103)资助项目

    国家重大研究与发展项目 2017YFA0403103

摘要: 二氧化碳是碳资源利用的最终形式,也是一种绿色的碳一资源。通过催化化学的方法将二氧化碳转化为高附加值精细化学品是二氧化碳循环利用的有效途径。酰胺类化合物是一类重要的化工原料和溶剂,广泛应用于医药、农药、日用化学品及石油化工等众多领域且需求量巨大。因此,以二氧化碳为羰源,通过高效催化体系的建立实现二氧化碳与胺反应合成甲酰胺具有重要意义。本文分别从催化体系、还原剂和反应机理等角度综述了这一领域近年来的主要研究成果。其中,催化体系可分为贵金属催化剂如Ir、Pd、Pt、Ru、Rh,非贵金属催化剂如Ni、Mo、Cu、Fe、Co、Zn、Al,有机分子催化剂和无催化剂体系,常用的还原剂为H2,硅烷和硼烷。在此基础上,对不同催化体系的典型反应机理进行了讨论。

English

    1. [1]

      Aresta, M.; Dibenedetto, A. Dalton Trans. 2007, 2975. doi: 10.1039/B700658F

    2. [2]

      Mikkelsen, M.; J rgensen, M.; Krebs, F. C. Energ. Environ. Sci. 2010, 3, 43. doi: 10.1039/B912904A

    3. [3]

      Huang, K.; Sun, C.-L.; Shi, Z.-J. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 2435. doi: 10.1039/C0CS00129E

    4. [4]

      Qiao, J.; Liu, Y.; Hong, F.; Zhang, J. Chem. Soc. Rev. 2014, 43, 631. doi: 10.1039/C3CS60323G

    5. [5]

      Riduan, S. N.; Zhang, Y. Dalton Trans. 2010, 39, 3347. doi: 10.1039/B920163G

    6. [6]

      Wang, W.; Wang, S.; Ma, X.; Gong, J. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 3703. doi: 10.1039/C1CS15008A

    7. [7]

      Thenert, K.; Beydoun, K.; Wiesenthal, J.; Leitner, W.; Klankermayer, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 12266. doi: 10.1002/anie.201606427

    8. [8]

      Aresta, M.; Dibenedetto, A.; Angelini, A. Chem. Rev. 2013, 114, 1709. doi: 10.1021/cr4002758

    9. [9]

      Gao, P.; Li, S.; Bu, X.; Dang, S.; Liu, Z.; Wang, H.; Zhong, L.; Qiu, M.; Yang, C.; Cai, J. Nat. Chem. 2017, 9, 1019. doi: 10.1038/nchem.2794

    10. [10]

      Kothandaraman, J.; Czaun, M.; Goeppert, A.; Haiges, R.; Jones, J. P.; May, R. B.; Prakash, G.; Olah, G. A. ChemSusChem 2015, 8, 1442. doi: 10.1002/cssc.201403458

    11. [11]

      Li, C. W.; Ciston, J.; Kanan, M. W. Nature 2014, 508, 504. doi: 10.1038/nature13249

    12. [12]

      Liu, Q.; Wu, L.; Jackstell, R.; Beller, M. Nat. Commun. 2015, 6, 5933. doi: 10.1038/ncomms6933

    13. [13]

      Lian, Z.; Nielsen, D. U.; Lindhardt, A. T.; Daasbjerg, K.; Skrydstrup, T. Nat. Commun. 2016, 7, 13782. doi: 10.1038/ncomms13782

    14. [14]

      Song, Q. -W.; Zhou, Z. -H.; He, L. -N. Green Chem. 2017, 19, 3707. doi: 10.1039/C7GC00199A

    15. [15]

      Arlt, D.; Klein, G. Preparation of Nitriles from Formamides: U.S. Patent 4, 419, 297, 1983. http://www.whxb.pku.edu.cn/CN/Y2018/V34/I8/845

    16. [16]

      Chen, B.-C.; Bednarz, M. S.; Zhao, R.; Sundeen, J. E.; Chen, P.; Shen, Z.; Skoumbourdis, A. P.; Barrish, J. C. Tetrahedron Lett. 2000, 41, 5453. doi: 10.1016/S0040-4039(00)00910-2

    17. [17]

      Faraj, M. K. Synthesis of Isocyanate Precursors from Primary Formamides: U.S. Patent 5, 155, 267, 1992. doi: 10.3866/PKU.WHXB201701081

    18. [18]

      Grant, H. G.; Summers, L. A. Aust. J. Chem. 1980, 33, 613. doi: 10.1071/CH9800613

    19. [19]

      Han, Y.; Cai, L. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 5423. doi: 10.1016/S0040-4039(97)01206-9

    20. [20]

      Jackson, A.; Meth-Cohn, O. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1995, 1319. doi: 10.1039/C39950001319

    21. [21]

      Kobayashi, K.; Nagato, S.; Kawakita, M.; Morikawa, O.; Konishi, H. Chem. Lett. 1995, 24, 575. doi: 10.1246/cl.1995.575

    22. [22]

      Pettit, G.; Kalnins, M.; Liu, T.; Thomas, E.; Parent, K. J. Org. Chem. 1961, 26, 2563. doi: 10.1021/jo01351a623

    23. [23]

      Kobayashi, S.; Yasuda, M.; Hachiya, I. Chem. Lett. 1996, 25, 407. doi: 10.1246/cl.1996.407

    24. [24]

      Downie, I. M.; Earle, M. J.; Heaney, H.; Shuhaibar, K. F. Tetrahedron 1993, 49, 4015. doi: 10.1016/S0040-4020(01)89915-4

    25. [25]

      Kobayashi, S.; Nishio, K. J. Org. Chem. 1994, 59, 6620. doi: 10.1021/jo00101a021

    26. [26]

      Affan, M. A.; Jessop, P. G. Inorg. Chem. 2017, 56, 7301. doi: 10.1021/acs.inorgchem.7b01242

    27. [27]

      Haynes, P.; Slaugh, L. H.; Kohnle, J. F. Tetrahedron Lett. 1970, 11, 365. doi: 10.1016/0040-4039(70)80086-7

    28. [28]

      Schreiner, S.; James, Y. Y.; Vaska, L. Inorg. Chim. Acta 1988, 147, 139. doi: 10.1039/C39880000602

    29. [29]

      Vaska, L.; Schreiner, S.; Felty, R. A.; Yu, J. Y. J. Mol. Catal. 1989, 52, L11. doi: 10.1016/0304-5102(89)80020-3

    30. [30]

      Bi, Q. -Y.; Lin, J. -D.; Liu, Y. -M.; Xie, S. -H.; He, H. -Y.; Cao, Y. Chem. Commun. 2014, 50, 9138. doi: 10.1039/C4CC02973A

    31. [31]

      Kudo, K.; Phala, H.; Sugita, N.; Takezaki, Y. Chem. Lett. 1977, 6, 1495. doi: 10.1246/cl.1977.1495

    32. [32]

      Morimoto, Y.; Fujiwara, Y.; Taniguchi, H.; Hori, Y.; Nagano, Y. Tetrahedron Lett. 1986, 27, 1809. doi: 10.1016/S0040-4039(00)84381-6

    33. [33]

      Cui, X.; Zhang, Y.; Deng, Y.; Shi, F. Chem. Commun. 2014, 50, 189. doi: 10.1039/C3CC46427J

    34. [34]

      Molla, R. A.; Bhanja, P.; Ghosh, K.; Islam, S. S.; Bhaumik, A.; Islam, S. M. ChemCatChem 2017, 9, 1939. doi: 10.1039/C3CC46427J

    35. [35]

      Zhang, Y.; Wang, H.; Yuan, H.; Shi, F. ACS Sustainable Chem. Eng. 2017, 5, 5758. doi: 10.1021/acssuschemeng.7b00363

    36. [36]

      Ju, P.; Chen, J.; Chen, A.; Chen, L.; Yu, Y. ACS Sustainable Chem. Eng. 2017, 5, 2516. doi: 10.1021/acssuschemeng.6b02865

    37. [37]

      Schreiner, S.; James, Y. Y.; Vaska, L. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1988, 602. doi: 10.1039/C39880000602

    38. [38]

      Jessop, P. G.; Hsiao, Y.; Ikariya, T.; Noyori, R. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 8851. doi: 10.1021/ja00098a072

    39. [39]

      Kröcher, O.; Köppel, R. A.; Baiker, A. Chem. Commun. 1997, 453. doi: 10.1039/A608150I

    40. [40]

      Munshi, P.; Heldebrant, D. J.; McKoon, E. P.; Kelly, P. A.; Tai, C. -C.; Jessop, P. G. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 2725. doi: 10.1016/S0040-4039(03)00384-8

    41. [41]

      Schmid, L.; Canonica, A.; Baiker, A. Appl. Catal., A: Chem. 2003, 255, 23. doi: 10.1016/S0926-860X(03)00641-0

    42. [42]

      Rohr, M.; Grunwaldt, J.-D.; Baiker, A. J. Mol. Catal. A: Chem. 2005, 226, 253. doi: 10.1016/j.molcata.2004.10.037

    43. [43]

      Rohr, M.; Grunwaldt, J.-D.; Baiker, A. J. Catal. 2005, 229, 144. doi: 10.1016/j.jcat.2004.09.026

    44. [44]

      Zhang, L.; Han, Z.; Zhao, X.; Wang, Z.; Ding, K. Angew. Chem. Int. Ed., 2015, 54, 6186. doi: 10.1002/anie.201500939

    45. [45]

      Kobayashi, K.; Kikuchi, T.; Kitagawa, S.; Tanaka, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 11813. doi: 10.1002/anie.201406553

    46. [46]

      Itagaki, S.; Yamaguchi, K.; Mizuno, N. J. Mol. Catal. A: Chem. 2013, 366, 347. doi: 10.1016/j.molcata.2012.10.014

    47. [47]

      Farlow, M. W.; Adkins, H. J. Am. Chem. Soc. 1935, 57, 2222. doi: 10.1021/ja01314a054

    48. [48]

      González-Sebastián, L.; Flores-Alamo, M.; Garcı́a, J. J Organometallics 2013, 32, 7186. doi: 10.1021/om400876j

    49. [49]

      Minato, M.; Zhou, D. Y.; Sumiura, K. I.; Hirabayashi, R.; Yamaguchi, Y.; Ito, T. Chem. Commun. 2001, 2654. doi: 10.1039/B107837M

    50. [50]

      Liu, J.; Guo, C.; Zhang, Z.; Jiang, T.; Liu, H.; Song, J.; Fan, H.; Han, B. Chem. Commun. 2010, 46, 5770. doi: 10.1039/C0CC00751J

    51. [51]

      Liu, H.; Mei, Q.; Xu, Q.; Song, J.; Liu, H.; Han, B. Green Chem. 2017, 19, 196. doi: 10.1039/C6GC02243J

    52. [52]

      Zhang, S.; Mei, Q.; Liu, H.; Liu, H.; Zhang, Z.; Han, B. RSC Adv. 2016, 6, 32370. doi: 10.1039/C6RA05199E

    53. [53]

      Motokura, K.; Kashiwame, D.; Miyaji, A.; Baba, T. Org. Lett. 2012, 14, 2642. doi: 10.1021/ol301034j

    54. [54]

      Motokura, K.; Kashiwame, D.; Takahashi, N.; Miyaji, A.; Baba, T. Chem. Eur. J. 2013, 19, 10030. doi: 10.1002/chem.201300935

    55. [55]

      Motokura, K.; Takahashi, N.; Kashiwame, D.; Yamaguchi, S.; Miyaji, A.; Baba, T. Catal. Sci. Technol. 2013, 3, 2392. doi: 10.1039/C3CY00375B

    56. [56]

      Motokura, K.; Takahashi, N.; Miyaji, A.; Sakamoto, Y.; Yamaguchi, S.; Baba, T. Tetrahedron 2014, 70, 6951. doi: 10.1016/j.tet.2014.07.089

    57. [57]

      Shintani, R.; Nozaki, K.Organometallics 2013, 32, 2459. doi: 10.1021/om400175h

    58. [58]

      Federsel, C.; Boddien, A.; Jackstell, R.; Jennerjahn, R.; Dyson, P. J.; Scopelliti, R.; Laurenczy, G.; Beller, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 9777. doi: 10.1002/anie.201004263

    59. [59]

      Ziebart, C.; Federsel, C.; Anbarasan, P.; Jackstell, R.; Baumann, W.; Spannenberg, A.; Beller, M. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20701. doi: 10.1021/ja307924a

    60. [60]

      Frogneux, X.; Jacquet, O.; Cantat, T. Catal. Sci. Technol. 2014, 4, 1529. doi: 10.1039/C4CY00130C

    61. [61]

      Federsel, C.; Ziebart, C.; Jackstell, R.; Baumann, W.; Beller, M. Chem. Eur. J. 2012, 18, 72. doi: 10.1002/chem.201101343

    62. [62]

      Daw, P.; Chakraborty, S.; Leitus, G.; Diskin-Posner, Y.; Ben-David, Y.; Milstein, D. ACS Catal. 2017, 7, 2500. doi: 10.1021/acscatal.7b00116

    63. [63]

      Yang, Z.-Z.; Yu, B.; Zhang, H.; Zhao, Y.; Ji, G.; Liu, Z. RSC Adv. 2015, 5, 19613. doi: 10.1039/C5RA00380F

    64. [64]

      Luo, R.; Lin, X.; Chen, Y.; Zhang, W.; Zhou, X.; Ji, H. ChemSusChem 2017, 10, 1224. doi: 10.1002/cssc.201601490

    65. [65]

      Luo, R.; Zhou, X.; Chen, S.; Li, Y.; Zhou, L.; Ji, H. Green Chem. 2014, 16, 1496. doi: 10.1039/C3GC42388C

    66. [66]

      Nale, D. B.; Bhanage, B. M. Synlett 2016, 27, 1413. doi: 10.1055/s-0035-1561571

    67. [67]

      Fang, C.; Lu, C.; Liu, M.; Zhu, Y.; Fu, Y.; Lin, B.-L. ACS Catal. 2016, 6, 7876. doi: 10.1021/acscatal.6b01856

    68. [68]

      Das Neves Gomes, C.; Jacquet, O.; Villiers, C.; Thuéry, P.; Ephritikhine, M.; Cantat, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 187. doi: 10.1002/anie.201105516

    69. [69]

      Frogneux, X.; Blondiaux, E.; Thuéry, P.; Cantat, T. ACS Catal. 2015, 5, 3983. doi: 10.1021/acscatal.5b00734

    70. [70]

      Villiers, C.; Dognon, J. P.; Pollet, R.; Thuéry, P.; Ephritikhine, M. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 3465. doi: 10.1002/anie.201001035

    71. [71]

      Riduan, S. N.; Zhang, Y.; Ying, J. Y. Angewandte Chemie 2009, 121, 3372. doi: 10.1002/ange.200806058

    72. [72]

      Jacquet, O.; Das Neves Gomes, C.; Ephritikhine, M.; Cantat, T. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 2934. doi: 10.1021/ja211527q

    73. [73]

      Riduan, S. N.; Ying, J. Y.; Zhang, Y. J. Catal. 2016, 343, 46. doi: 10.1016/j.jcat.2015.09.009

    74. [74]

      Chong, C. C.; Kinjo, R. Angew. Chem. 2015, 127, 12284. doi: 10.1002/ange.201505244

    75. [75]

      Ortiz-Cervantes, C.; Flores-Alamo, M.; García, J. J. ACS Catal. 2015, 5, 1424. doi: 10.1021/cs5020095

    76. [76]

      Song, J.; Zhou, B.; Liu, H.; Xie, C.; Meng, Q.; Zhang, Z.; Han, B. Green Chem. 2016, 18, 3956. doi: 10.1039/C6GC01455K

    77. [77]

      Hao, L.; Zhao, Y.; Yu, B.; Yang, Z.; Zhang, H.; Han, B.; Gao, X.; Liu, Z. ACS Catal. 2015, 5, 4989. doi: 10.1021/acscatal.5b01274

    78. [78]

      Dong, B.; Wang, L.; Zhao, S.; Ge, R.; Song, X.; Wang, Y.; Gao, Y. Chem. Commun. 2016, 52, 7082. doi: 10.1039/C6CC03058K

    79. [79]

      Liu, X. F.; Li, X. Y.; Qiao, C.; Fu, H. C.; He, L. N. Angew. Chem. 2017, 129, 7533. doi: 10.1002/ange.201702734

    80. [80]

      Xie, C.; Song, J.; Wu, H.; Zhou, B.; Wu, C.; Han, B. ACS Sustainable Chem. Eng. 2017, 5, 7086. doi: 10.1021/acssuschemeng.7b01287

    81. [81]

      Liu, X. F.; Ma, R.; Qiao, C.; Cao, H.; He, L. N. Chem. Eur. J. 2016, 22, 16489. doi: 10.1002/chem.201603688

    82. [82]

      Lv, H.; Xing, Q.; Yue, C.; Lei, Z.; Li, F. Chem. Commun. 2016, 52, 6545. doi: 10.1039/C6CC01234E

    83. [83]

      Zhao, T. -X.; Zhai, G. -W.; Liang, J.; Li, P.; Hu, X. -B.; Wu, Y. -T. Chem. Commun. 2017, 53, 8046. doi: 10.1039/C7CC03860G

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  14
  • 文章访问数:  1253
  • HTML全文浏览量:  118
文章相关
  • 发布日期:  2018-08-15
  • 收稿日期:  2017-11-30
  • 接受日期:  2017-12-29
  • 修回日期:  2017-12-29
  • 网络出版日期:  2018-08-08
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章