Diastereoselective Electrocatalytic Hydrogenation of Cyclic Ketones Using a Proton-Exchange Membrane Reactor: A Step toward the Electrification of Fine-Chemical Production

化学 催化作用 电解 制氢 电化学 质子交换膜燃料电池 本体电解 无机化学 电催化剂 电解质 光化学 有机化学 电极 物理化学
作者
Yugo Shimizu,Juri Harada,Atsushi Fukazawa,Tomohiro Suzuki,Junko N. Kondo,Naoki Shida,Mahito Atobe
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (2): 1010-1017
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c02573
摘要

We report the diastereoselective electrocatalytic hydrogenation of cyclic ketones using a proton-exchange membrane (PEM) reactor. The adsorbed monatomic hydrogen species (Hads) generated from protons at the triple-phase boundary of the cathode were found to reduce cyclic ketones with high diastereoselectivity. As high as 94% cis-selectivity was realized under optimal conditions upon using a Rh catalyst. Operando infrared spectroscopy enabled the direct observation of the adsorbed ketone involved in the reaction. We also demonstrate 5 g scale electrolysis of 4-tert-butylcyclohexanone by coupling the hydrogenation process with water oxidation as an anodic reaction. This reaction successfully produced cis-4-tert-butylcyclohexanol, which is 52 times more expensive than the starting material, according to commercial prices, uses only electrical energy and water as the reagent, and, remarkably, does not require H2 gas. This study demonstrates the potential of PEM reactors as reliable, robust, and green systems for the electrochemical production of fine chemicals.
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