Electrochemically Regenerable Hydrogen Atom Acceptors: Mediators in Electrocatalytic Alcohol Oxidation Reactions

化学 四氢呋喃 电催化剂 酒精氧化 催化作用 无机化学 循环伏安法 氢化物 过电位 电化学 光化学 药物化学 有机化学 物理化学 电极 溶剂
作者
Elizabeth A. McLoughlin,Keith C. Armstrong,Robert M. Waymouth
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:10 (19): 11654-11662 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acscatal.0c03240
摘要

A class of electrochemical mediators is described for electrocatalytic oxidation reactions that are catalyzed by metal hydrides. The octahedral ruthenium complex [Ru(acac)2(pyimN)] (RuIIIN 3) is shown to abstract a hydrogen atom from the ruthenium hydride [RuH(CNN)(dppb)] (RuH 2, CNN = 2-aminomethyl-6-tolylpyridine, dppb = 1,4-bis(diphenylphosphino)butane) to generate [Ru(acac)2(pyimNH)] (RuIINH 4) and a reduced Ru(CNN)(dppb) complex. As RuIIIN 3 can be electrochemically regenerated from RuIINH 4 under appropriately basic and oxidizing conditions, we envisioned using RuIIIN 3 as a suitable electrochemically regenerable hydrogen atom acceptor in a tandem electrocatalytic cycle to reduce the overpotential for electrocatalytic alcohol oxidation by 450 mV. In the presence of a strong base, the previously reported alcohol oxidation electrocatalyst [RuX(CNN)(dppb)] (1, X = Cl, 2, X = H) catalyzes the oxidation of isopropanol to acetone with a turnover frequency (TOF) greater than 3 s–1 at −0.70 V versus ferrocenium/ferrocene (Fc+/0) in tetrahydrofuran. Upon adding RuIINH 4, RuCl 1 electrocatalytically oxidizes isopropanol to acetone at −1.20 V versus Fc+/0 in tetrahydrofuran with a TOF of ca. 1 s–1. Cyclic voltammetry and chemical hydrogen atom transfer studies suggest that the predominant electrocatalytic pathway involves hydrogen atom abstraction from RuH 2 by electrochemically generated RuIIIN 3.

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