Cobalt nitride enabled benzimidazoles production from furyl/aryl bio-alcohols and o-nitroanilines without an external H-source

催化作用 脱氢 苯并咪唑 化学 热解 碳纤维 芳基 转移加氢 石墨氮化碳 有机化学 材料科学 复合材料 复合数 烷基 光催化
作者
Chuanhui Li,Lilong Zhang,Hu Li,Song Yang
出处
期刊:Frontiers of Chemical Science and Engineering [Springer Nature]
卷期号:17 (1): 68-81 被引量:5
标识
DOI:10.1007/s11705-022-2174-y
摘要

Benzimidazole derivatives have wide-spectrum biological activities and pharmacological effects, but remain challenging to be produced from biomass feedstocks. Here, we report a green hydrogen transfer strategy for the efficient one-pot production of benzimidazoles from a wide range of bio-alcohols and o-nitroanilines enabled by cobalt nitride species on hierarchically porous and recyclable nitrogen-doped carbon catalysts (Co/CNx-T, T denotes the pyrolysis temperature) without using an external hydrogen source and base additive. Among the tested catalysts, Co/CNx-700 exhibited superior catalytic performance, furnishing 2-substituted benzimidazoles in 65%–92% yields. Detailed mechanistic studies manifest that the coordination between Co2+ and N with appropriate electronic state on the porous nitrogen-doped carbon having structural defects, as well as the remarkable synergetic effect of Co/N dual sites contribute to the pronounced activity of Co/CNx-700, while too high pyrolysis temperature may cause the breakage of the catalyst Co-N bond to lower down its activity. Also, it is revealed that the initial dehydrogenation of bio-alcohol and the subsequent cyclodehydrogenation are closely correlated with the hydrogenation of nitro groups. The catalytic hydrogen transfer-coupling protocol opens a new avenue for the synthesis of N-heterocyclic compounds from biomass.
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