Grafisk abstrakt från papperet. Kreditera: ACS-katalys
Forskare vid University of Electro-communications, Tokyo rapporterar en katalytisk plattform på en plats med hög selektivitet för enstegssyntes av fenol i ett papper som publicerades i ACS-katalys .
Kumenprocessen är en energikrävande industriell trestegsprocess (ett av stegen är explosiv) som används för att producera fenol (C 6 H 5 ÅH), en kemikalie som används som prekursor för många industriellt viktiga material, inklusive polymerer, droger och herbicider. Det skulle vara mycket önskvärt att hitta ett effektivt och mindre miljöskadligt sätt att framställa fenol, och det bästa alternativet skulle vara att syntetisera det direkt med utgångspunkt från bensen, O 2 och n 2 O i en enstegs katalytisk process. Helst detta skulle vara en gasfasflödesreaktion på en fast katalysator, vilket skulle göra reaktionen effektiv och resultera i minskad resursförbrukning och lätta att separera produkter.
Yasuhiro Iwasawa och kollegor från University of Electro-communications, Tokyo, rapporterade den selektiva oxidationen av bensen till fenol med användning av stora alkalimetaller som aktiva ställen inkorporerade i zeolitporer. Resultaten trotsar konventionell visdom om katalytiska processer, varvid alkali- och alkalimetalljoner inte kan aktivera bensen, O 2 och n 2 O när de absorberas separat. Reaktionerna, som karakteriserades med en kombination av synkrotrontekniker, visa mycket hög konvertering och selektivitet, i synnerhet för Rb- och Cs-joner adsorberade på en typ av zeolit som kallas β-zeolit.
Två reaktionsvägar studerades:i den första, bensen reagerar med N 2 O, på sekunden, med O 2 i närvaro av NH 3 . Densitetsfunktionella teoriberäkningar användes för att förstå mekanismen bakom båda katalytiska reaktionerna. I det första fallet, reaktionen börjar med adsorptionen av bensen och N 2 O; i nästa steg, O-N-bindningen i N 2 O tar avstånd, en O-C-bindning bildas på bensen och H-atomen kopplad till C-atomen flyttar till O, så att fenol bildas och N2 desorberas. I den andra reaktionen, som har en prestanda som är mindre slående än den första, bensen, O 2 och NH 3 samadsorberar; dissociationen av O 2 aktiveras av NH 3 och, som i föregående fall, en O-C bindning bildas på bensen, och H-atomen på C-atomen migrerar till O-atomen, bildar fenol. Eftersom reaktionen sker på en enda jonplats, en stor reaktionsplattform behövs, vilket förklarar varför Cs och Rb, som båda har stora diametrar, fungerar bättre än andra alkali- och alkalimetalljoner. Regleringen av deras inneslutning och lokala koordinationsstruktur av β-zeolitporstrukturen spelar också en viktig roll.
Författarna optimerade katalysatortillverkningen och reaktionsförhållandena, modifiering av metallprekursorerna, källor till zeoliter och reaktionstemperatur för att försöka uppnå en prestanda som är tillräckligt bra för att göra processen tilltalande för industriella tillämpningar.
Viktigt, aktiveringsbarriärerna är tillräckligt små för att reaktionerna kan fortgå vid låg temperatur. Som författarna drar slutsatsen, "de nuvarande fynden presenterar en ny metod för att utforma effektiv selektiv C -H -aktiveringskatalys under milda förhållanden."
