Oxidatieve functionaliteit van hydrofobe verbindingen is een belangrijk onderzoeksgebied vanuit het perspectief van effectief gebruik van natuurlijke hulpbronnen en behandeling en hergebruik van gevaarlijke stoffen. Er is echter nog geen methode ontwikkeld die dergelijke reacties kan faciliteren.

Om dit probleem op te lossen heeft het onderzoeksteam van de Universiteit van Tsukuba een ‘catch-and-release’-mechanisme ontwikkeld om methaan te oxideren om methanol te verkrijgen met behulp van een ijzercomplex met een hydrofobe omgeving nabij het centrale metaal als katalysator. Met behulp van deze katalysator oxideerde het team selectief en efficiënt hydrofobe aromatische organische substraten in een waterig medium onder milde omstandigheden. Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Catalysis .

Bij deze reactie worden hydrofobe aromatische organische substraten selectief herkend en opgesloten in de hydrofobe omgeving van ijzercomplexen in water, en worden hydrofiele geoxideerde producten die na oxidatie worden gevormd in water vrijgegeven. Op basis van dit mechanisme oxideerden ze selectief hydrofobe aromatische substraten onder milde omstandigheden van 50°C in een tweefasensysteem van waterige oplossing en organische substraten met behulp van het ijzercomplex.

Voor onder meer benzeenoxidatie overschreed het omzetgetal van de betrokken katalytische reactie de 30.000 in 3 uur en werd 100% fenolselectiviteit bereikt. Bovendien werden de selectieve twee-elektronenoxidatie van antraceen en de twee-elektronenoxidatie van alleen aromatische verbindingen uit mengsels van alifatische en aromatische verbindingen gerealiseerd, wat eerder een uitdaging was.

Dit werd bereikt met behulp van een ‘herkennings-en-vrijgave’-mechanisme, dat een verdere vooruitgang vertegenwoordigt in het eerder gerapporteerde catch-and-release-mechanisme. Dit herkennings- en vrijgavemechanisme zal naar verwachting een belangrijke basis vormen voor de zeer efficiënte en selectieve chemische transformatie van hydrofobe aromatische organische substraten in water.

Meer informatie: Hiroto Fujisaki et al., Selectieve oxidatie van koolwaterstoffen door moleculaire ijzerkatalysatoren op basis van moleculaire herkenning door π-π-interactie in waterig medium, ACS-katalyse (2024). DOI:10.1021/acscatal.3c05118

Journaalinformatie: ACS-katalyse

Aangeboden door Universiteit van Tsukuba