钯催化α-酮戊二酸选择性加氢制备α-羟基戊二酸的机理与工艺研究

研究人员针对生物基产业中α-酮戊二酸（α-KGA）加氢转化这一关键问题，系统探究了钯催化剂在温和条件下（40°C, 50 bar）的高效催化机制。研究发现5% Pd/C能以4.3–7.9 s?1 的转换频率实现α-羟基戊二酸（α-HGA）95%的高收率，其性能显著优于Ru/Rh等传统催化剂。该工作为含吸电子基团生物质羰基化合物的水相加氢提供了新思路，对可持续材料开发具有重要意义。

　　

这项研究深入解析了生物基平台化合物α-酮戊二酸（α-ketoglutaric acid, α-KGA）在钯催化剂上的加氢机制。作为生物制造领域的新星，α-KGA通过微生物精密发酵可从可再生原料获得，其加氢产物α-羟基戊二酸（α-hydroxyglutaric acid, α-HGA）是制备环保塑料的关键前体。

催化剂筛选显示，5% Pd/C在40°C低温条件下即展现出卓越活性，转换频率达4.3–7.9 s^?1
，远超钌（Ru）、铑（Rh）等贵金属催化剂。特别值得注意的是，底物分子中的α-羧基（α-COOH）通过电子效应增强了与钯活性位点（Pd⁰
）的相互作用，而该效应在亲氧性钌表面反而导致抑制。动力学研究揭示了氢分子分两步加成到α-KGA羰基的催化路径，最终获得95%主产物α-HGA，仅副产3%的γ-羧基丁内酯（γ-carboxyl butyrolactone）。

这项突破不仅为生物质衍生含氧化合物的水相加氢提供了范例，更通过"温和催化"策略推动化石资源替代。当化学工业正寻求从煤石油转向生物基原料的今天，该研究为开发循环经济新材料点亮了明灯。