in 1877, Charles Friedel en James Craft ontdekten een chemische reactie voor het snel produceren van grondstoffen voor kunststoffen, fijnchemicaliën en detergenten. Meer dan 100 jaar later, in 1994, de Amerikaan George Olah won de Nobelprijs voor Scheikunde voor het begrijpen van het mechanisme achter deze belangrijke reactie. Zo staat het al bijna 30 jaar beschreven in scheikundeboeken. Echter, onlangs, sommige chemici beweerden dat het Nobelprijswinnende reactiemechanisme niet altijd van toepassing is. Nutsvoorzieningen, scheikundigen van de Universiteit Utrecht weerleggen deze bewering. Ze slaagden erin om de twee belangrijkste reactietussenproducten van Olah's reactiemechanisme te detecteren in de situatie die ter discussie stond. Ola, die in maart is overleden, heeft inmiddels postume bevestiging gekregen.

De resultaten van het onderzoek zijn online gepubliceerd in Natuur Katalyse op 20 nov.

De reactietussenproducten van dit proces staan ​​bekend als het Wheland-complex en het pi-complex. Deze moleculaire fragmenten hebben een korte levensduur, omdat ze snel worden omgezet in het volgende reactietussenproduct in het proces of in het eindproduct. Om dit proces te begrijpen, of nog belangrijker, om het te beheersen, het is essentieel om te weten of de reactie door deze reactietussenproducten verloopt.

Groene route naar polystyreen

De reactietussenproducten zijn bewezen in een onderzoek naar een 'groene' route voor de productie van het veelgebruikte plastic polystyreen. "Hoewel het niet het primaire doel van ons onderzoek was, het was nog steeds geweldig dat we het voorstel van Olah voor het reactiemechanisme konden bevestigen, " zegt eerste auteur Abhishek Dutta Chowdhury. "Maar de andere resultaten waren interessant, ook. Als we minder ruw fossiel materiaal willen gebruiken, dan is het essentieel dat we kunnen begrijpen hoe dit soort belangrijke industriële processen op moleculair niveau plaatsvinden."

styreen, de basis voor polystyreen, wordt op industriële schaal geproduceerd met behulp van de Friedel-Craft-reactie van benzeen en ethyleen afgeleid van ruwe olie. De groene route gebruikt in plaats daarvan biomassa en bio-ethanol, maar de reactie is hetzelfde. Een cruciaal onderdeel van dit proces is de ontwikkeling van een optimale katalysator die ervoor kan zorgen dat de reactie snel verloopt, effectief en bij de ideale temperatuur en druk. In dit geval, de katalysator is een extreem poreus materiaal dat zeoliet wordt genoemd.

Geavanceerde karakterisering

Om te begrijpen hoe het reactieproces en de katalysator kunnen worden geoptimaliseerd, de onderzoekers volgden de reactie met behulp van geavanceerde karakteriseringstechnieken. Met operandospectroscopie, ze konden de reactie in de poriën van de zeoliet in realtime observeren. Geavanceerde multidimensionale NMR-methoden in vaste toestand, aanvankelijk ontwikkeld voor toepassingen op biomoleculen, stelde de onderzoekers in staat om de moleculaire structuur van de gevormde producten en tussenproducten te karakteriseren, evenals hun mobiliteit en interactie met het katalysatormateriaal.

De resultaten van hun onderzoek lieten er geen twijfel over bestaan:de reactie verliep precies zoals George Olah in het onderstaande diagram voorstelde. “Dat maakt ons onderzoek bij uitstek een voorbeeld van hoe maatschappelijk relevant wetenschappelijk onderzoek kan bijdragen aan onze fundamentele kennis van diezelfde wetenschap, " zegt prof.dr. Bert Weckhuysen van de Universiteit Utrecht, die samen met zijn collega-professor Marc Baldus het onderzoeksproject leidde.