Valorisation of Platform Molecules Coming from Biomass by Reductive Amination Using Metal Nanoparticles as Heterogeneous Catalysts

Abstract

[EN] In view of the importance of biomass as an alternative feedstock for the fossil sources, the use of platform molecules such as 5-hydroxymethyl furfural (HMF) have increased its relevance as starting materials for the preparation of fine chemicals. Within this derivates, N-substituted furfuryl amines are an important class of compounds due to their pharmaceutical activities which can be achieved by reductive amination of furfuraldehydes derived from biomass. Reductive amination is a reaction which allows the transformation of a carbonyl group into an amine group. This reaction can be performed using molecular hydrogen as reducing agent and a metal catalyst. Thus, the use of metal Co nanoparticles covered by a thin carbon layer (Co@C NPs) has been studied as the catalyst for the reductive amination of HMF with aniline. The Co@C NPs show excellent activity, stability and selectivity during the reductive amination reaction for HMF with aniline, and a wide scope of substrates under mild reaction conditions.

[ES] En vista de la significante importancia de la biomasa como materia prima alternativa a la utilización de fuentes fósiles, la utilización de moléculas plataforma como el furfural o el 5-hidroximetil furfural (HMF) poseen gran relevancia como materiales de partida para la preparación de productos químicos de alto valor añadido. Dentro de estos compuestos, sus amino derivados poseen gran importancia debido a sus reconocidas actividades farmacéuticas. La aminación reductiva de compuestos carbonílicos con amoniaco o aminas es una reacción que permite la transformación del grupo carbonilo en amino. De esta manera, dicha reacción puede ser utilizada para la transformación de los mencionados compuestos en sus respectivos amino derivados. Para ello, dicho proceso transcurre mediante la formación de una imina intermediaria seguida de su hidrogenación, que convencionalmente utiliza hidruros metálicos (Esquema 1 a). Sin embargo, este método genera gran cantidad de residuos, por lo que la utilización de hidrógeno molecular como agente reductor en presencia de un catalizador metálico resulta en un método que presenta mayor sostenibilidad. Esquema 1. Aminación reductiva del HMF por el método convencional (a) y haciendo uso de hidrógeno molecular y un catalizador metálico (b). La reacción de aminación reductiva está ampliamente estudiada y puede ser llevada a cabo tanto de forma homogénea como heterogénea haciendo uso de metales como Ru, Rh, Pd, Pt, Ir, Ni, Fe o Co. Sin embargo, en vista a la sostenibilidad del proceso, la utilización de catalizadores heterogéneos reciclables es preferible industrialmente. Teniendo únicamente en cuenta las publicaciones referentes al furfural y al HMF, la literatura existente no es demasiado extensa y, además, las condiciones más suaves y los mejores resultados de reacción se obtienen en las publicaciones que hacen uso de catalizadores como Pd, Pt, Rh, Ru o Au, es decir, para la utilización de metales de carácter noble. Por lo tanto, una meta importante en esta reacción es la sustitución de estos metales poco abundantes y caros por otros no nobles, más abundantes y baratos. Así, en este trabajo se hará una revisión del empleo de diferentes catalizadores no nobles para esta reacción haciendo especial hincapié en la utilización de cobalto. Además, se llevará a cabo el testeo de varios catalizadores de cobalto en el laboratorio para la aminación reductiva del HMF con anilina.