Functional group dependence of the acid catalyzed ring opening of biomass derived furan rings: an experimental and theoretical study

化学 呋喃 质子化 戒指(化学) 催化作用 反应性(心理学) 羟甲基 酸催化 药物化学 产量(工程) 分子 立体化学 有机化学 医学 病理 离子 冶金 材料科学 替代医学
作者
Christopher R. Waidmann,Aaron W. Pierpont,Enrique R. Batista,John C. Gordon,Richard L. Martin,Louis A. Silks,Ryan M. West,Ruilian Wu
出处
期刊:Catalysis Science & Technology [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:3 (1): 106-115 被引量:52
标识
DOI:10.1039/c2cy20395b
摘要

We describe studies of Brønsted acid catalyzed ring opening of substituted furans contained within biomass derived C8- and C9-molecules. Ring opening occurs homogeneously under relatively mild conditions of 80 °C using catalytic hydrochloric acid. In the case of 4-(5-methyl-2-furyl)-2-butanone (1a), the reaction proceeds to a single product in up to 92% yield after 24 hours. For 4-(2-furanyl)-2-butanone (1b) and 4-(5-hydroxymethyl)-2-furanyl-2-butanone (1c), however, multiple products are observed, illustrating the significant influence of furan ring substituents on the reactivity of this class of compounds. The generality of these reaction pathways was tested using several other similar substrates. Kinetics experiments indicate that ring opening of 1a occurs via specific acid catalysis, and computations elucidate the effect of initial protonation on the reaction pathway. Calculated pKa values were calibrated against experimentally measured values and are consistent with observed reactivities. Inclusion of explicit, hydrogen-bonded water molecules in addition to the SMD solvent model is necessary when studying protonation of alcohol and ketone groups.

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