(PhysOrg.com) -- Propyleenoxide is een belangrijke chemische stof in bulk die voornamelijk wordt gebruikt bij de productie van polyurethaankunststoffen. Momenteel, propyleenoxide wordt meestal gemaakt van propyleen (propeen) in een proces waarbij chloor als oxidatiemiddel wordt gebruikt. Dit resulteert in ongewenste bijproducten en giftige gechloreerde organische verbindingen. Bestaande alternatieve routes zijn veelal ingewikkeld en oneconomisch. De ontwikkeling van een milieuvriendelijke propyleenoxidesynthese met zuurstof als oxidatiemiddel staat hoog op het verlanglijstje.

Japanse onderzoekers hebben nu een nieuwe katalysator ontwikkeld die dit doel dichterbij brengt. Zoals de wetenschappers die met Masatake Haruta werken in het tijdschrift rapporteren: Angewandte Chemie , de katalysator is gebaseerd op goudclusters en een speciale titaniumhoudende drager.

Bij de oxidatie van propyleen (propeen, CH ₃ -CH=CH ₂ ) naar propyleenoxide (propeenoxide), een zuurstofatoom wordt formeel in de dubbele binding ingevoegd. Dit vormt een ring met twee koolstofatomen en één zuurstofatoom. Het gebruik van zuurstof als oxidatiemiddel was niet eerder overwogen omdat het zuurstofmolecuul (O ₂ ) kan alleen worden gesplitst in individuele zuurstofatomen met de invoer van een grote hoeveelheid energie. Verder, propyleen reageert bij voorkeur met atomaire zuurstof om acroleïne te vormen en niet het gewenste propyleenoxide. Er wordt gretig naar een geschikte katalysator gezocht, en wordt gezien als de "heilige graal" van katalysatoronderzoek. Er zijn een aantal katalytische ontwikkelingen geweest die niet helemaal bevredigend waren.

Voortbouwend op eerder werk, Haruta en zijn team hebben een volgende stap kunnen zetten. Hun nieuwe katalysator bestaat uit gouden clusters, die kleiner zijn dan 2 nm, afgezet op een speciale titaniumhoudende silicalietdrager. “Het is belangrijk dat het gebruikte goud niet in de vorm van nanodeeltjes is, maar is in clusters, ” benadrukt Haruta. Hoewel deze twee termen in de literatuur vaak door elkaar worden gebruikt, er zijn belangrijke verschillen. Goudclusters zijn expliciet gedefinieerd, structureel uniforme nanoscopische structuren, terwijl gouden nanodeeltjes deeltjes zijn met een grootte in het nanometerbereik die geen uniforme grootte of structuur hebben.

“Onze goudclusters zijn in staat zuurstof en water om te zetten in hydroperoxidesoorten, die worden overgebracht naar naburige titaniumcentra, ’ legt Haruta uit. “De resulterende titaniumhydroperoxidesoorten (Ti-OOH) zijn de eigenlijke reactiepartners voor het propyleen, dat wordt omgezet in propyleenoxide.”

“De opbrengsten en selectiviteiten die we tot nu toe hebben bereikt, zijn ontoereikend voor een industrieel proces, " zegt Haruta, "echter, onze katalysator is weer een belangrijke mijlpaal op weg naar een milieuvriendelijke synthese van propyleenoxide.”

Meer informatie: Masatake Haruta, Propeenepoxidatie met dizuurstof gekatalyseerd door gouden clusters, Internationale editie van Angewandte Chemie 2009, 48, nr. 42, 7862-7866, doi:10.1002/anie.200903011

Aangeboden door Wiley (nieuws:web)