En catch-and-release-mekanisme til effektiv oxidation af hydrofobe aromatiske organiske substrater i vand

Oxidativ funktionalisering af hydrofobe forbindelser er et vigtigt forskningsområde med henblik på effektiv udnyttelse af naturressourcer og behandling og genbrug af farlige stoffer. En metode, der kan lette sådanne reaktioner, er dog ikke veletableret.

For at løse dette problem har forskerholdet ved University of Tsukuba udviklet en "fang-og-frigivelse"-mekanisme til at oxidere metan for at opnå methanol ved hjælp af et jernkompleks med et hydrofobt miljø nær det centrale metal som katalysator. Ved at bruge denne katalysator oxiderede teamet selektivt og effektivt hydrofobe aromatiske organiske substrater i et vandigt medium under milde forhold. Studiet er publiceret i ACS Catalysis .

I denne reaktion genkendes hydrofobe aromatiske organiske substrater selektivt og fanges i det hydrofobe miljø af jernkomplekser i vand, og hydrofile oxiderede produkter dannet efter oxidation frigives til vand. Baseret på denne mekanisme oxiderede de selektivt hydrofobe aromatiske substrater under milde forhold på 50°C i et tofasesystem af vandig opløsning og organiske substrater ved hjælp af jernkomplekset.

For blandt andet benzenoxidation oversteg omsætningstallet for den involverede katalytiske reaktion 30.000 på 3 timer, og 100 % phenolselektivitet blev opnået. Desuden blev den selektive to-elektron-oxidation af anthracen og to-elektron-oxidation af kun aromatiske forbindelser fra blandinger af alifatiske og aromatiske forbindelser, som tidligere har været en udfordring, realiseret.

Dette blev opnået ved hjælp af en "genkendelse-og-frigivelse"-mekanisme, som repræsenterer yderligere fremskridt i fang-og-slip-mekanismen rapporteret tidligere. Denne genkendelses- og frigivelsesmekanisme forventes at være et vigtigt grundlag for den højeffektive og selektive kemiske omdannelse af hydrofobe aromatiske organiske substrater i vand.

Flere oplysninger: Hiroto Fujisaki et al., Selektiv oxidation af kulbrinter med molekylære jernkatalysatorer baseret på molekylær genkendelse gennem π–π-interaktion i vandigt medium, ACS-katalyse (2024). DOI:10.1021/acscatal.3c05118

Journaloplysninger: ACS-katalyse

Leveret af University of Tsukuba