Een onderzoeksteam, aangesloten bij UNIST, heeft een geavanceerde katalysator onthuld met een uitzonderlijk oxiderend vermogen, die in staat is elektronen uit verbindingen te extraheren. Deze katalysator zal naar verwachting een revolutie teweegbrengen op verschillende gebieden, waaronder de ontwikkeling van metaalkatalysatoren en synthetische chemie, en markeert een belangrijke doorbraak in het katalytisch onderzoek.

Onder leiding van professor Jaeheung Cho van de afdeling scheikunde van UNIST heeft het onderzoeksteam met succes de baanbrekende mangaan-fluor-katalysator gesynthetiseerd, met behulp van het macrocyclische pyridinophane-systeem. Deze katalysator demonstreert het vermogen om oxidatiereacties te induceren, waardoor efficiënt elektronenverlies uit giftige tolueenderivaten wordt vergemakkelijkt. Het werk is gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society .

Door nauwgezette analyse heeft het onderzoeksteam de onderliggende mechanismen blootgelegd die verantwoordelijk zijn voor de uitzonderlijke prestaties van de katalysator bij oxidatiereacties. Door de elektronische omgeving van verschillende verbindingen te moduleren, controleerde het team het vermogen van de katalysator om de oxidatie van tolueenderivaten met ongeëvenaarde efficiëntie te katalyseren.

Dit onderzoek vertegenwoordigt de eerste verkenning van de fysisch-chemische eigenschappen van overgangsmetaal-fluorsoorten, en introduceert een nieuw paradigma voor de afbraak van koolstof-waterstofbindingen op basis van elektronenoverdrachtsreacties.

Professor Cho benadrukte het belang van het activeren van organisch materiaal met robuuste koolstof-waterstofbindingen, en benadrukte hun neiging om elektronen te accepteren en reductie te ondergaan door chemische reacties met een hoog reductiepotentieel. De unieke kenmerken van mangaan-fluorsoorten maken in deze context katalytische transformaties mogelijk.

De vooruitgang van organische katalysatoren door activering van koolstof-waterstofbindingen (C-H) is een cruciaal onderzoeksgebied met uitgebreide toepassingen in farmaceutische en industriële processen. Er worden pogingen ondernomen om kosteneffectieve metaalkatalysatoren te ontwikkelen door de activiteiten van diverse metaalenzymen na te bootsen door middel van biosimulatieonderzoek.

Recente aandacht is gericht op metaalhalogenidematerialen die overgangsmetalen zoals ijzer en mangaan combineren met halogeenatomen, met name fluor, die fungeren als tussenproducten voor het oxideren van diverse organische stoffen. De nieuw gesynthetiseerde mangaan-fluorkatalysator komt naar voren als de meest reactieve metaalhalogenidesoort die tot nu toe is onthuld en biedt veelbelovende toepassingen in industriële processen.

Het onderzoeksteam analyseerde het oxidatiemechanisme dat door de katalysator wordt gefaciliteerd, en toonde verbeterde reactiesnelheden aan door de elektronische omgeving van verschillende verbindingen te manipuleren. De opmerkelijke efficiëntie van de katalysator bij het oxideren van tolueenderivaten, een prestatie die voorheen ongezien was bij bestaande metaalhalogeniden, is ook opmerkelijk.

De studie was co-auteur van onderzoekers Donghyun Jeong en Yujeong Lee onder leiding van professor Cho. Het onderzoek stuwt niet alleen koolstofneutrale technologieën vooruit, maar draagt ​​ook bij aan de vooruitgang van de volgende generatie academici en cruciale vooruitgang in de milieu- en industriële sectoren.

Meer informatie: Donghyun Jeong et al, Synthese, karakterisering en reactiviteit van een zeer oxidatief mononucleair mangaan(IV)-Bis(Fluoro)-complex, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c13324

Aangeboden door Ulsan Nationaal Instituut voor Wetenschap en Technologie