Utrecht-kemikere beviser, at nobelprisvinderen Olah har ret

I 1877, Charles Friedel og James Craft opdagede en kemisk reaktion til hurtigt at producere råmaterialer til plast, finkemikalier og rengøringsmidler. Mere end 100 år senere, i 1994, amerikaneren George Olah vandt Nobelprisen i kemi for at forstå mekanismen bag denne vigtige reaktion. Sådan er det også blevet beskrevet i Kemi-lærebøger i næsten 30 år. Imidlertid, for nylig, nogle kemikere hævdede, at den nobelprisvindende reaktionsmekanisme ikke altid gælder. Nu, kemikere ved Utrecht University afviser denne påstand. Det lykkedes dem at opdage de to vigtigste reaktionsmellemprodukter fra Olahs reaktionsmekanisme i den situation, der diskuteres. Olah, der døde i marts, har nu modtaget posthum bekræftelse.

Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort online i Naturkatalyse den 20. november.

Reaktionsmellemprodukterne i denne proces er kendt som Wheland-komplekset og pi-komplekset. Disse molekylære fragmenter har en kort levetid, da de hurtigt omdannes til det næste reaktionsmellemprodukt i processen eller til slutproduktet. For at forstå denne proces, eller endnu vigtigere, at kontrollere det, det er vigtigt at vide, om reaktionen forløber gennem disse reaktionsmellemprodukter.

Grøn vej til polystyren

Reaktionsmellemprodukterne blev bevist i en undersøgelse af en 'grøn' vej til fremstilling af den almindeligt anvendte plastpolystyren. "Selvom det ikke var det primære mål for vores forskning, det var stadig fantastisk, at vi var i stand til at bekræfte Olahs forslag til reaktionsmekanismen, " siger førsteforfatter Abhishek Dutta Chowdhury. "Men de andre resultater var interessante, såvel. Hvis vi vil bruge mindre rå fossilt materiale, så er det vigtigt, at vi kan forstå, hvordan den slags vigtige industrielle processer opstår på molekylært niveau."

Styren, grundlaget for polystyren, fremstilles i industriel skala ved hjælp af Friedel-Craft-reaktionen af ​​benzen og ethylen afledt af råolie. Den grønne rute bruger i stedet biomasse og bioethanol, men reaktionen er den samme. Et afgørende element i denne proces er udviklingen af ​​en optimal katalysator, der kan sikre, at reaktionen udføres hurtigt, effektivt og ved den ideelle temperatur og tryk. I dette tilfælde, Katalysatoren er et ekstremt porøst materiale kaldet en zeolit.

Avanceret karakterisering

For at forstå, hvordan reaktionsprocessen og katalysatoren kan optimeres, forskerne fulgte reaktionen ved hjælp af avancerede karakteriseringsteknikker. Med operando spektroskopi, de var i stand til at observere reaktionen i zeolittens porer i realtid. Avancerede multidimensionelle faststof-NMR-metoder, oprindeligt udviklet til applikationer til biomolekyler, gjorde det muligt for forskerne at karakterisere den molekylære struktur af de dannede produkter og mellemprodukter, samt deres mobilitet og interaktion med katalysatormaterialet.

Resultaterne af deres undersøgelse efterlod ingen tvivl:reaktionen skete nøjagtigt som George Olah foreslog i diagrammet nedenfor. "Det gør vores undersøgelse til et glimrende eksempel på, hvordan samfundsrelevant videnskabelig forskning kan bidrage til vores grundlæggende viden om den samme videnskab, " siger prof Bert Weckhuysen fra Utrecht University, der ledede forskningsprojektet sammen med sin kollega professor Marc Baldus.