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哌啶（PIP）合成面临成本高、依赖贵金属催化剂等问题。研究人员以生物质衍生 δ- 戊内酯为原料开展合成研究。结果显示，优化条件下 4 - 氰基丁醛（4-CB）转化率达 100%，PIP 选择性 63.8% 。该研究符合绿色化学原则，为 PIP 生产提供新策略。
在化学合成领域，哌啶（Piperidine，PIP）可是个 “大忙人”！它广泛应用于制药、农业化工以及橡胶添加剂等多个行业。在制药界，它是合成止痛药、抗过敏药和局部麻醉剂的关键 “拼图”；在农业化工领域，它又化身为合成杀虫剂和杀菌剂的重要原料。然而，传统的 PIP 合成方法却像是 “带刺的玫瑰”。以吡啶氢化法为例，虽然它在工业生产中应用广泛，合成过程相对简单，但是对贵金属催化剂的依赖，使得生产成本居高不下，就像给大规模生产戴上了沉重的 “枷锁”。其他合成方法，比如 5 - 氨基 - 1 - 戊醇的脱水环化、戊内酰胺的加氢脱氧等，也都存在各自的问题，要么催化剂成本高昂，要么反应条件苛刻，还有的面临催化剂容易失活的困扰。这些问题严重制约了 PIP 的绿色、高效生产，就像一道道难以跨越的鸿沟横亘在化学研究者面前。
为了攻克这些难题，河北工业大学的研究人员勇挑重担，开启了一场意义非凡的科研探索之旅。他们另辟蹊径，将目光投向了生物质衍生的 δ- 戊内酯（δ-valerolactone，δ-VL），试图从这里找到 PIP 合成的新曙光。经过不懈努力，他们成功开发出一种绿色创新的 PIP 合成策略。在优化条件下，δ- 戊内酯催化胺化生成 5 - 羟基戊腈（5-hydroxypentanenitrile，5-HPN）的转化率达到了 94.0%，选择性为 75.54%。后续 5-HPN 经氧化生成 4 - 氰基丁醛（4-cyanobutanal，4-CB）的转化率更是高达 99%。最终，在关键的还原胺化步骤中，4-CB 的转化率达到 100%，PIP 的选择性为 63.8%。这一系列成果就像一把把钥匙，为 PIP 的可持续生产打开了新的大门，对推动化学工业的绿色发展具有重要意义。该研究成果发表在《Applied Catalysis A: General》杂志上。
在这项研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过连续流方法制备了双金属 Ni-Co 核壳催化剂（L7.5-meso-Ni7Co3@Al?O?-0.2），这种独特的制备方法让催化剂具备了优异的性能。同时，结合单因素实验与正交实验设计，精准地确定了各个反应的最优条件，为高效合成 PIP 奠定了坚实基础。
生物质衍生 δ- 戊内酯的催化胺化研究
研究人员基于团队之前从 ε- 己内酯两步合成己二腈的研究成果，利用 TiO?-SiO?催化剂成功实现了 δ- 戊内酯的催化胺化，得到 5-HPN。通过单因素实验和正交实验设计的巧妙结合，确定了最佳反应条件。这一成果不仅是对传统合成路径的突破，更是为后续研究搭建了重要的 “桥梁”，让 5-HPN 的合成变得更加高效、可控。
关键双金属催化剂的性能研究
在整个合成过程中，双金属 Ni-Co 核壳催化剂（L7.5-meso-Ni7Co3@Al?O?-0.2）起到了举足轻重的作用。在优化的反应条件下，它展现出卓越的催化活性，使 4-CB 的转化率达到 100%，PIP 的选择性达到 63.8%。Ni 和 Co 之间的协同作用就像一对默契十足的 “搭档”，不仅增强了催化剂的活性，还大大降低了对贵金属的依赖，为降低生产成本提供了可能。
氧化步骤的高效转化研究
5-HPN 的氧化生成 4-CB 这一步，研究人员利用 Anelli 催化系统，实现了 99% 的高转化率。这一高效的氧化过程，为后续的还原胺化提供了充足且高质量的原料，确保了整个合成路线的流畅性和高效性，就像为一场接力赛提供了有力的交接保障。
从整体研究来看，这项工作意义非凡。它开辟了一条从生物质衍生 δ- 戊内酯合成 PIP 的绿色新路径，使用生物质原料符合绿色化学原则，大大减少了对化石燃料的依赖，让化学合成更加环保、可持续。连续流双金属核壳催化剂的使用，不仅发挥了 Ni-Co 合金的协同效应，降低了对贵金属的依赖，还在低压条件下展现出良好的活性、选择性和稳定性，为大规模工业生产提供了可能。温和的反应条件更是减少了能源消耗，让整个合成过程更加 “绿色”。
不过，研究也并非十全十美。虽然在合成过程中取得了重要突破，但 PIP 的选择性还有提升的空间，未来需要进一步优化反应条件和催化剂性能，以提高 PIP 的产率。此外，从实验室研究到大规模工业生产，还需要解决一系列工程化问题，比如反应器的设计、放大生产过程中的稳定性等。但无论如何，这项研究已经为 PIP 的合成领域注入了新的活力，为后续研究指明了方向，就像在黑暗中点亮了一盏明灯，引领着科研人员在绿色化学合成的道路上不断前行，推动相关产业向更加环保、高效的方向发展。
