Partial hydrogenation of alkyne is one of the important reactions in chemical industry. Many catalysts with organic modifiers showed high selectivity of alkene at the expense of catalytic activity and stability. In the present work, we successfully synthesized stable palladium catalyst supported on the sulfur-containing polymer with both high catalytic activity and selectivity. To identify the unique mechanism for chemoselectivity and the interfacial interaction between metal and the polymer, two catalysts with different positions of metal in the polymer were prepared. We prepared catalysts with metal embedded inside the polymer by the conventional wetness impregnation, and catalysts with the metal located on the polymer surface by adsorption of premade nanoparticles. Interfacial interaction between metal and sulfur moiety on the polymer enabled selective adsorption of alkyne over alkene regardless of metal position. Discriminate adsorption of alkyne resulted in high alkene selectivity (>85%) in various alkyne hydrogenation reactions. Metal located on the surface of the polymer enabled to easily access to reactants than metal located inside the polymer. High accessibility to metal allowed twice-higher catalytic turnover. The combination effect of strong interaction with sulfur on the polymer and easily accessible location of metal enhanced both chemoselectivity and catalytic activity. Our research suggests the possibility of designing optimal catalyst with both high catalytic activity and selectivity by understanding the properties of polymer.
알카인의 선택적 수소화 반응은 화학 산업에서 고부가가치 물질로 전환하기위한 중요한 반응 중 하나이자, 학문적으로 화학선택도 연구에서 중요한 모델 반응 중 하나이다. 본 연구에서는 황을 포함한 유기고분자에 금속 팔라듐을 담지하여, 증진된 촉매 활성과 알켄 선택도를 가지는 안정한 촉매를 합성하였다. 금속과 고분자 사이의 계면 상호 작용과 높은 화학선택도를 위한 메카니즘을 확인하기 위해 고분자에서 금속 위치가 다른 두 촉매를 준비했다. 우리는 기존의 함침법으로 고분자 내부에 금속이 위치한 촉매와 합성된 팔라듐 나노 입자의 흡착을 통해 고분자 표면에 금속이 위치한 촉매를 제조했다. 금속 위치에 관계없이 금속과 고분자의 황 사이의 계면 상호 작용에 의해 알카인 분자만 선택적으로 흡착할 수 있었고, 이 때문에 다양한 알카인 수소화 반응에서 높은 알켄 선택성 (> 85 %)을 보였다. 그러나 금속이 고분자 표면에 위치해 반응물의 금속에 대한 접근성이 높을수록 촉매 활성이 증진되었다. 즉, 자 골격의 황의 피독 효과와 쉽게 접근 할 수 있는 금속의 위치 두 효과로 화학선택도와 촉매 활성을 모두 향상시켰다. 우리의 연구는 고분자의 특성을 이해함으로, 높은 촉매 활성과 선택도를 가진 최적의 촉매를 설계 할 수 있는 가능성을 제시한다.
