Nel 1877, Charles Friedel e James Craft hanno scoperto una reazione chimica per produrre rapidamente materie prime per la plastica, chimica fine e detersivi. Più di 100 anni dopo, nel 1994, l'americano George Olah ha vinto il Premio Nobel per la Chimica per aver compreso il meccanismo alla base di questa importante reazione. Questo è anche il modo in cui è stato descritto nei libri di testo di chimica per quasi 30 anni. Però, recentemente, alcuni chimici hanno affermato che il meccanismo di reazione da premio Nobel non sempre si applica. Ora, i chimici dell'Università di Utrecht confutano questa affermazione. Sono riusciti a rilevare i due più importanti intermedi di reazione dal meccanismo di reazione di Olah nella situazione in discussione. Olah, scomparso a marzo, ha ora ricevuto conferma postuma.

I risultati dello studio sono stati pubblicati online in Catalisi della natura il 20 novembre.

Gli intermedi di reazione di questo processo sono noti come complesso di Wheland e complesso pi. Questi frammenti molecolari hanno una vita breve, poiché vengono rapidamente convertiti nel successivo intermedio di reazione nel processo o nel prodotto finale. Per comprendere questo processo, o, cosa più importante, per controllarlo, è essenziale sapere se la reazione progredisce attraverso questi intermedi di reazione.

Via verde al polistirolo

Gli intermedi di reazione sono stati dimostrati in uno studio su un percorso "verde" per la produzione del polistirene plastico comunemente usato. "Anche se non era l'obiettivo principale della nostra ricerca, è stato comunque fantastico poter confermare la proposta di Olah per il meccanismo di reazione, " dice il primo autore Abhishek Dutta Chowdhury. "Ma gli altri risultati sono stati interessanti, anche. Se vogliamo usare meno materiale fossile grezzo, quindi è essenziale che si possa capire come avvengono questi tipi di importanti processi industriali a livello molecolare".

stirene, la base per il polistirolo, è prodotto su scala industriale utilizzando la reazione di Friedel-Craft di benzene ed etilene derivato dal petrolio greggio. Il percorso verde utilizza invece biomasse e bioetanolo, ma la reazione è la stessa. Un elemento cruciale di questo processo è lo sviluppo di un catalizzatore ottimale in grado di garantire che la reazione sia condotta rapidamente, efficacemente e alla temperatura e pressione ideali. In questo caso, il catalizzatore è un materiale estremamente poroso chiamato zeolite.

Caratterizzazione avanzata

Per capire come è possibile ottimizzare il processo di reazione e il catalizzatore, i ricercatori hanno seguito la reazione utilizzando tecniche di caratterizzazione avanzate. Con la spettroscopia operando, sono stati in grado di osservare la reazione nei pori della zeolite in tempo reale. Metodi NMR multidimensionali avanzati allo stato solido, inizialmente sviluppato per applicazioni a biomolecole, ha permesso ai ricercatori di caratterizzare la struttura molecolare dei prodotti formati e degli intermedi, così come la loro mobilità e interazione con il materiale catalizzatore.

I risultati del loro studio non hanno lasciato dubbi:la reazione è avvenuta esattamente come George Olah ha proposto nel diagramma sottostante. "Ciò rende il nostro studio un eccellente esempio di come la ricerca scientifica socialmente rilevante possa contribuire alla nostra conoscenza fondamentale di quella stessa scienza, " afferma il professor Bert Weckhuysen dell'Università di Utrecht, che ha guidato il progetto di ricerca insieme al suo collega Professor Marc Baldus.