Forbedrede katalytiske processer til syntese af phenol

Forskere ved University of Electro-communications, Tokyo rapporterer om en single-site katalytisk platform med høj selektivitet til et-trins syntese af phenol i et papir, der udkom i ACS katalyse .

Cumenprocessen er en energikrævende industriel tretrinsproces (et af trinene er eksplosivt), der bruges til at fremstille phenol (C ₆ H ₅ Åh), et kemikalie, der bruges som forløber for mange industrielt vigtige materialer, herunder polymerer, lægemidler og herbicider. Det ville være yderst ønskeligt at finde en effektiv og mindre miljøskadelig måde at fremstille phenol på, og den bedste mulighed ville være at syntetisere det direkte fra benzen, O ₂ og N ₂ O i en enkelttrins katalytisk proces. Ideelt set dette ville være en gasfasestrømningsreaktion på en fast katalysator, hvilket ville gøre reaktionen effektiv og resultere i reduceret ressourceforbrug og let at adskille produkter.

Yasuhiro Iwasawa og kolleger fra University of Electro-communications, Tokyo, rapporterede den selektive oxidation af benzen til phenol under anvendelse af store alkalimetaller som aktive steder inkorporeret i zeolitporer. Resultaterne trodser konventionel visdom om katalytiske processer, hvorved alkali- og alkalimetalioner ikke kan aktivere benzen, O ₂ og N ₂ O når de absorberes separat. Reaktionerne, som blev karakteriseret ved hjælp af en kombination af synkrotronteknikker, vise meget høj konvertering og selektivitet, især for Rb- og Cs-ioner adsorberet på en type zeolit ​​kaldet β-zeolit.

To reaktionsveje blev undersøgt:i den første, benzen reagerer med N ₂ Åh, i den anden, med O ₂ i nærværelse af NH ₃ . Densitets funktionelle teoriberegninger blev brugt til at forstå mekanismen bag begge katalytiske reaktioner. I det første tilfælde, reaktionen starter med adsorption af benzen og N ₂ O; i næste trin, O-N-bindingen i N ₂ O adskiller, der dannes en O-C-binding på benzen, og H-atomet, der er knyttet til C-atomet, bevæger sig til O, så der dannes phenol og N2 desorberer. I den anden reaktion, som har en præstation mindre slående end den første, benzen, O ₂ og NH ₃ co-adsorberer; dissociationen af ​​O ₂ aktiveres af NH ₃ og, som i det foregående tilfælde, en O-C-binding dannes på benzen, og H-atomet på C-atomet migrerer til O-atomet, danner phenol. Fordi reaktionen sker på et enkelt ionsted, der er brug for en stor reaktionsplatform, som forklarer hvorfor Cs og Rb, som begge har store diametre, fungerer bedre end andre alkali- og alkalimetalioner. Reguleringen af ​​deres indeslutning og lokale koordinationsstruktur af β-zeolitporestrukturen spiller også en vigtig rolle.

Forfatterne optimerede katalysatorfremstilling og reaktionsbetingelser, ændring af metalprækursorerne, kilder til zeolitter og reaktionstemperatur for at forsøge at opnå en ydeevne, der er god nok til at gøre processen tiltalende til industrielle anvendelser.

Vigtigt, aktiveringsbarriererne er tilstrækkelig små til, at reaktionerne kan forløbe ved lav temperatur. Som forfatterne konkluderer, "de foreliggende fund præsenterer en ny tilgang til at designe effektiv selektiv C -H -aktiveringskatalyse under milde forhold."