Sulfonate-Grafted Metal–Organic Frameworks for Reductive Functionalization of CO2 to Benzimidazoles and N-Formamides

甲酰胺类 表面改性 金属有机骨架 催化作用 化学 有机催化 甲酰化 有机化学 组合化学 对映选择合成 物理化学 吸附
作者
Zecheng Ye,Jinzhu Chen
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (22): 13983-13999 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c03329
摘要

Metal–organic frameworks (MOFs) with inner salt of 3-(pyridinylium)-1-propanesulfonate (PS) as the organic linkage were developed as catalysts (PS/MOFs) for reductive functionalization of carbon dioxide (CO2) to benzimidazoles and N-formamides. The pendant −SO3– anion in the PS/MOFs acted as an organocatalytic active site for reductive cyclization of CO2 with 1,2-phenylenediamine to afford 1H-benzo[d]imidazole. A linear correlation was observed between the catalytic performance (in terms of turnover frequencies) and the specific surface area of PS/MOFs at a low conversion level of 1,2-phenylenediamine. Our theoretical investigation revealed significantly reduced energy barriers from 2.03 eV under catalyst-free conditions to 0.97 eV in the presence of the catalyst. The developed PS/MOFs can efficiently promote a broad range of benzimidazoles in 88–99% yields through reductive cyclization. Moreover, the PS/MOFs can readily catalyze N-formylation of various monoamines with CO2 as the carbonyl source for quantitative syntheses of N-formamides. The research thus highlights MOF-based catalysts for organocatalytic transformation of CO2 into high value-added chemicals.
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