Электрокаталитическое гидрирование 5-гидроксиметилфурфурола в отсутствие и присутствии глюкозы

Рассмотрено электрокаталитическое гидрирование 5-гидроксиметилфурфурола (HMF) до 2,5-дигидроксиметилфурана (DHMF) или других соединений, таких как 2,5-диметилфуран, на твердых металлических электродах в нейтральных средах как в отсутствие, так и в присутствии глюкозы. Реакцию исследовали путем сочетания вольтамперометрии с оперативным анализом продуктов методом ВЭЖХ, обеспечивающим качественную и количественную информацию о продуктах реакции в зависимости от потенциала электрода. Катализаторы разделяются на три группы, характеризующиеся различной селективностью: (1) к DHMF (Fe, Ni, Ag, Zn, Cd и In); (2) к DHMF и другим продуктам (Pd, Al, Bi и Pb) в зависимости от приложенного потенциала; и (3) к другим продуктам (Co, Au, Cu, Sn и Sb), образующимся в результате гидрогенолиза HMF. Скорость электрокаталитического гидрирования HMF слабо зависит от природы катализатора, поскольку в присутствии HMF все катализаторы характеризуются близкими потенциалами начала реакции (-0,5 ± 0,2 В). Однако внутренние свойства катализаторов определяют направление реакции — к образованию DHMF или других продуктов. Ag продемонстрировал наибольшую активность в образовании DHMF: до 13,1 мМ см−2 при высокой селективности >85%. На всех металлах гидрирование HMF протекает быстрее, чем гидрирование глюкозы. Для переходных металлов присутствие глюкозы способствует образованию DHMF и подавляет гидрогенолиз HMF. На малоактивных металлах, таких как Zn, Cd и In, глюкоза также усиливает образование DHMF; однако в присутствии Bi, Pb, Sn и Sb ее вклад ограничен. Примечательно, что в присутствии HMF гидрирование самой глюкозы существенно подавляется или даже не происходит. Первая стадия переноса электрона при восстановлении HMF не зависит от металла, что указывает на некаталитическую реакцию с непосредственным переносом протона от воды электролита.