Onderzoekers van de University of Electro-communicatie, Tokyo rapporteerde een single-site katalytisch platform met hoge selectiviteit voor de single-step synthese van fenol in een paper verschenen in ACS-katalyse .

Het cumeenproces is een energie-intensief industrieel driestappenproces (een van de stappen is explosief) dat wordt gebruikt om fenol (C ₆ H ₅ OH), een chemische stof die wordt gebruikt als voorloper voor veel industrieel belangrijke materialen, inclusief polymeren, medicijnen en herbiciden. Het zou zeer wenselijk zijn om een ​​efficiënte en minder milieubelastende manier te vinden om fenol te produceren, en de beste optie zou zijn om het direct te synthetiseren vanuit benzeen, O ₂ en N ₂ O in een eenstaps katalytisch proces. Ideaal, dit zou een gasfasestroomreactie op een vaste katalysator zijn, wat de reactie efficiënt zou maken en zou resulteren in een lager verbruik van hulpbronnen en gemakkelijk te scheiden producten.

Yasuhiro Iwasawa en collega's van de University of Electro-communicatie, Tokio, rapporteerde de selectieve oxidatie van benzeen tot fenol met behulp van grote alkalimetalen als actieve plaatsen opgenomen in zeolietporiën. De resultaten tarten de conventionele wijsheid over katalytische processen, waarbij alkali- en alkalimetaalionen benzeen niet kunnen activeren, O ₂ en N ₂ O wanneer ze afzonderlijk absorberen. De reacties, die werden gekarakteriseerd met behulp van een combinatie van synchrotrontechnieken, zeer hoge conversie en selectiviteit vertonen, in het bijzonder voor Rb- en Cs-ionen die zijn geadsorbeerd aan een type zeoliet dat β-zeoliet wordt genoemd.

Er werden twee reactiepaden bestudeerd:in de eerste, benzeen reageert met N ₂ O, in de seconde, met O ₂ in aanwezigheid van NH ₃ . Berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie werden gebruikt om het onderliggende mechanisme van beide katalytische reacties te begrijpen. In het eerste geval, de reactie begint met de adsorptie van benzeen en N ₂ O; bij de volgende stap, de O-N binding in N ₂ O dissocieert, een O-C-binding vormt zich op benzeen en het H-atoom dat aan het C-atoom is bevestigd, beweegt naar het O, zodat fenol wordt gevormd en N2 desorbeert. Bij de tweede reactie die een minder opvallende prestatie heeft dan de eerste, benzeen, O ₂ en NH ₃ co-adsorberen; de dissociatie van O ₂ wordt geactiveerd door NH ₃ en, zoals in het vorige geval, een O-C binding wordt gevormd op benzeen, en het H-atoom op het C-atoom migreert naar het O-atoom, fenol vormen. Omdat de reactie plaatsvindt op een enkele ionenplaats, er is een groot reactieplatform nodig, wat verklaart waarom Cs en Rb, die beide grote diameters hebben, werken beter dan andere alkali- en alkalimetaalionen. De regulering van hun opsluiting en lokale coördinatiestructuur door de β-zeolietporiënstructuur speelt ook een belangrijke rol.

De auteurs optimaliseerden de fabricage- en reactieomstandigheden van de katalysator, het wijzigen van de metaalprecursoren, bronnen van zeolieten en reactietemperatuur om te proberen een prestatie te bereiken die goed genoeg is om het proces aantrekkelijk te maken voor industriële toepassingen.

belangrijk, de activeringsbarrières zijn voldoende klein om de reacties bij lage temperatuur te laten verlopen. Zoals de auteurs concluderen, "de huidige bevindingen presenteren een nieuwe benadering voor het ontwerpen van efficiënte selectieve C−H-activeringskatalyse onder milde omstandigheden."