År 1877, Charles Friedel och James Craft upptäckte en kemisk reaktion för att snabbt producera råmaterial för plast, finkemikalier och rengöringsmedel. Mer än 100 år senare, 1994, amerikanen George Olah vann Nobelpriset i kemi för att han förstår mekanismen bakom denna viktiga reaktion. Så har det också beskrivits i läroböcker i kemi i nästan 30 år. Dock, nyligen, vissa kemister hävdade att den Nobelprisbelönta reaktionsmekanismen inte alltid gäller. Nu, kemister vid Utrecht University tillbakavisar detta påstående. De lyckades upptäcka de två viktigaste reaktionsintermediärerna från Olahs reaktionsmekanism i den aktuella situationen. Oja, som dog i mars, har nu fått postum bekräftelse.

Resultaten av studien publicerades online i Naturkatalys den 20 november.

Reaktionsmellanprodukterna i denna process är kända som Wheland-komplexet och pi-komplexet. Dessa molekylära fragment har en kort livslängd, eftersom de snabbt omvandlas till nästa reaktionsintermediär i processen eller till slutprodukten. För att förstå denna process, eller ännu viktigare, att kontrollera det, det är viktigt att veta om reaktionen fortskrider genom dessa reaktionsmellanprodukter.

Grön väg till polystyren

Reaktionsintermediärerna bevisades i en studie av en "grön" väg för att producera den vanliga plasten polystyren. "Även om det inte var det primära målet för vår forskning, det var fortfarande fantastiskt att vi kunde bekräfta Olahs förslag till reaktionsmekanismen, " säger första författaren Abhishek Dutta Chowdhury. "Men de andra resultaten var intressanta, också. Om vi ​​vill använda mindre rå fossilt material, då är det viktigt att vi kan förstå hur dessa typer av viktiga industriella processer sker på molekylär nivå."

Styren, grunden för polystyren, tillverkas i industriell skala med hjälp av Friedel-Craft-reaktionen av bensen och eten som härrör från råolja. Den gröna vägen använder istället biomassa och bioetanol, men reaktionen är densamma. En avgörande del av denna process är utvecklingen av en optimal katalysator som kan säkerställa att reaktionen genomförs snabbt, effektivt och vid idealisk temperatur och tryck. I detta fall, Katalysatorn är ett extremt poröst material som kallas zeolit.

Avancerad karaktärisering

För att förstå hur reaktionsprocessen och katalysatorn kan optimeras, forskarna följde reaktionen med hjälp av avancerad karakteriseringsteknik. Med operandospektroskopi, de kunde observera reaktionen i zeolitens porer i realtid. Avancerade flerdimensionella solid-state NMR-metoder, ursprungligen utvecklad för tillämpningar på biomolekyler, tillät forskarna att karakterisera molekylstrukturen hos de bildade produkterna och intermediärerna, såväl som deras rörlighet och interaktion med katalysatormaterialet.

Resultaten av deras studie lämnade inga tvivel:reaktionen inträffade exakt som George Olah föreslog i diagrammet nedan. "Det gör vår studie till ett utmärkt exempel på hur socialt relevant vetenskaplig forskning kan bidra till vår grundläggande kunskap om samma vetenskap, " säger prof Bert Weckhuysen vid Utrecht University, som ledde forskningsprojektet tillsammans med sin kollega professor Marc Baldus.