研究人员通过串联催化实现γ-戊内酯与CO₂、H₂的氢羧基化反应以制备己二酸

己二酸是一种重要的工业化学品，目前其生产依赖化石资源。韩布兴院士、中国科学院化学研究所钱庆利研究员首次报道了以生物质衍生的 γ- 戊内酯（GVL）为原料，与CO₂、H₂反应制备己二酸的方法。研究发现，在乙酸 / 水（AcOH/H₂O）二元溶剂体系中，以碘（I₂）为促进剂的铑（Rh）催化剂，可在工业相关温度（140°C）下高效催化该反应。研究通过实验与密度泛函理论（DFT）计算，对反应路径进行了系统且详细的分析。该串联一锅法通过将热力学不利的GVL开环反应与热力学有利的氢羧基化反应耦合，实现了热力学调控，推动整体反应向二酸产物方向进行。反应包含三个关键步骤：一是H₂将CO₂还原为一氧化碳（CO）与水（H₂O）；二是GVL开环生成反应中间体；三是中间体与CO、H₂O发生氢羧基化反应。稳定的 GVL 能维持高活性中间体的低浓度，避免其中发生加氢副反应，从而有利于二酸产物获得高选择性。此外，该策略可从不同内酯出发，以高产率制备多种二酸，其中二酸产物的产率最高可达89%。该方法为利用两种可再生碳资源与一种绿色还原剂（H₂）实现己二酸的可持续合成开辟了新途径。

该研究工作以“Tandem Catalysis Enables the Hydrocarboxylation of γ-Valerolactone with CO2 and H2 to Produce Adipic Acid”为题，发表在《Journal of the American Chemical Society》上。