Supported Copper Catalysts for the Hydrogenation of D-Glucose to D-Sorbitol under Mild Conditions

In this work, massive and supported on α- and γ-Al₂O₃ copper catalysts were obtained. Copper-ammonia-carbonate solution was used as a copper precursor. Textural properties of the obtained catalytic systems (specific surface area, pore volume, size of coherent scattering regions) were studied. Optimum temperatures of catalyst reduction in a hydrogen flow were experimentally determined. It was shown that γ-Al₂O₃ inhibits the process of thermal decomposition of basic copper carbonate. Catalyst activity in the process of liquid-phase reduction of D-glucose was determined as the average reaction rate, since the reaction orders were close to zero. The optimal amount of supported copper was determined: 5.5-5.8% by weight. The obtained catalytic systems are not inferior in their operational properties to supported catalysts based on other transition metals, allowing the process to be carried out at room temperature and atmospheric pressure of hydrogen in the system.

1. Григорьев М.Е. Исследование катализатора Ru/полимерная матрица в жидкофазном гидрировании D-глюкозы до D-сорбита: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2012. 145 с.

2. Филатова А.Е., Ожимкова Е.М., Сульман А.М., Губская Е.М. // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия». 2021. № 3(45). С. 28 – 32. https://doi.org/10.26456/vtchem2021.3.3

3. Григорьев М.Е., Матвеева В.Г., Никошвили Л.Ж., Сидоров А.И., Долуда В.Ю., Быков А.В., Коняева М.Б., Сульман Э.М., Запорожец М.А., Авилов А.С. // Химическая промышленность сегодня. 2013. № 5. С. 18 – 28.

4. Murzin D.Y., Simakova I.L. // Catalysis in industry. 2011. V. 3. P. 218 – 249. http://dx.doi.org/10.1134/S207005041103007X

5. Wang B., Cai W., Liu H., Zhang R., Jia W., Zhang J., Peng L. // Energy & Fuels. 2024. V. 38. № 9. P. 7941 – 7949. https://dx.doi.org/10.2139/ssrn.4636717

6. Патент RU 2668809, опубл. 08.10.2018.

7. Elliot D.C., Peterson K.L., Muzatko D.S., Alderson E.V., Hart T.R. // Appl. Biochem. Biotechnol. 2004. V. 115. P. 807 – 825. https://doi.org/10.1385/ABAB:115:1-3:0807

8. Ahmed M.J., Khadom A.A., Kadhum A.A.H. // Eur. J. Sci. Res. 2009. V. 30. № 2. P. 294 – 304

9. Esposito S., Silvestri B., Russo V., Bonelli B., Deorsola F. A., Vergara A., Aronne A., Di Serio M. //ACS Catalysis. 2019. V. 9. №. 4. P. 3426 – 3436. https://doi.org/10.1021/acscatal.8b04710

10. Aho A., Roggan S., Simakova O., Salmi T., Murzin D. // Catalysis Today. 2015. V. 241. P. 195 – 199. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2013.12.031

11. Makkee M., Kieboom A. P. G., van Bekkum H. // Carbohydrate Research. 1985. V. 138. № 2. P. 225 – 236. https://doi.org/10.1016/0008-6215(85)85106-5

12. Zelin J., Meyer C. I., Regenhardt S. A., Sebastian V., Garetto, T. F., Marchi, A. J. // Chemical Engineering Journal. 2017. V. 319. P. 48 – 56. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.02.127

13. Liu C., Zhang Z., Zhai X., Wang X., Gui J., Zhang C., Zhu Y., Li Y. // New Journal of Chemistry. 2019. V. 43. № 9. P. 3733 – 3742. https://doi.org/10.1039/C8NJ05815F

14. Ranu B.C., Dey R., Chatterjee T., Ahammed S. // ChemSusChem. 2012. V. 5. № 1. P. 22 – 44. https://doi.org/10.1002/cssc.201100348

15. Rao R., Dandekar A., Baker R. T. K., Vannice, M.A. // Journal of Catalysis. 1997. V. 171. № 2. P. 406 – 419. https://doi.org/10.1006/jcat.1997.1832

16. Yoshida K., Gonzalez-Arellano C., Luque R., Gai, P. L. // Applied Catalysis A: General. 2010. V. 379. №1-2. P. 38 – 44. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.02.028

17. Lok C.M. Structure and performance of selective hydrogenation catalysts // Hydrogenation. Catalysts and Processes (ed. by S.D. Jackson). De Gruyter, 2018. P. 1 – 18. https://doi.org/10.1515/9783110545210-001

18. Кулакова И.И., Лисичкин Г.В. Каталитическая химия. Часть 1. Основы катализа М.: Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, 2014. 112 с.

19. Zhang X., Durndell L.J., Isaacs M.N., Parlett C.M.A., Lee A.O., Wilson K. Platinum-catalyzed aqueous-phase hydrogenation of d-glucose to d-sorbitol // ACS Catalysis. 2016. V. 6. № 11. P. 7409 – 7417.

20. Dabbawala A. A., Mishra D. K., Hwang J. S. // Catalysis Today. 2016. V. 265. P. 163 – 173. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2015.09.045.

21. Громов Н.В., Медведева Т.Б., Панченко В.Н., Таран О.П., Тимофеева М.Н., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2022. Т. 22. № 5. С. 70 – 82. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2022-5-70-82

22. Athikaphan P., Jaitham K., Saneaha J., Nijpanich S., Neramittagapong A., Grisdanurak N., Neramittagapong S. // Results in Engineering. 2024. V. 24. 103541. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.103541

23. Leela T., Kongkoed P., Athikaphan P., Neramittagapong A., Minato T., Neramittagapong S. // Results in Engineering. 2025. V. 25. 104020. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.104020

24. Чоркендорф И., Наймантсведрайт. Х. Современный катализ и химическая кинетика. Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2010. 599 с

25. Афанасьев С.В., Садовников А.А., Гартман В.Л., Обысов А.В., Дульнев А.В. Промышленный катализ в газохимии. Самара: АНО «Издательство СНЦ», 2018. 160 c.

26. Розовский А.Я. // Успехи химии. 1989. Т. 58. № 1. С. 68 – 93. https://www.uspkhim.ru/RCR3425pdf.

27. Чукин Г.Д. Строение оксида алюминия и катализаторов гидрообессеривания. Механизмы реакций. М.: Типография Паладин, ООО «Принта», 2010. 288 с.

28. Андерсон Д. Структура металлических катализаторов. Новосибирск: Наука, 1978. 384 с.

29. Худорожков А.К. Изучение влияния состояния поверхности палладийсодержащих катализаторов на их активность и стабильность в реакции полного окисления метана: диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук. Новосибирск, 2017. 121 с.

30. Афинеевский А.В., Прозоров Д.А., Осадчая Т.Ю., Румянцев Р.Н. Гидрирование на гетерогенных катализаторах. Казань: Бук, 2020. 475 с.

31. Thommes, M., Kaneko, K., Neimark, A. V., Olivier, J. P., Rodriguez-Reinoso, F., Rouquerol, J., & Sing, K. S. // Pure and applied chemistry. 2015. V. 87. № 9-10. P. 1051 – 1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117

32. Старцев А.Н., Захаров И.И. // Успехи химии. 2003. Т. 72. № 6. С. 579 – 601. https://doi.org/10.1070/RC2003v072n06ABEH000772.

33. Паукштис Е.А., Юрченко Э.Н. // Успехи химии. 1983. Т. 52. № 3. С. 426-454. https://www.uspkhim.ru/php/getFT.phtml?paperid=2812.

34. Старцев А.Н. Сульфидированные катализаторы гидроочистки: синтез, структура, свойства / Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН. Новосибирск: ГЕО, 2007. 206 с.

35. Григорьев М.Е., Королёв А.И. // Вестник Тверского государственного университета. Серия «Химия». 2023. № 4(54). С. 69 – 79. https://doi.org/10.26456/vtchem2023.4.8