Ricercatori dell'Università di Elettrocomunicazioni, Tokyo riporta una piattaforma catalitica a sito singolo con elevata selettività per la sintesi in un unico passaggio del fenolo in un articolo apparso in Catalisi ACS .

Il processo cumene è un processo industriale in tre fasi ad alta intensità energetica (uno dei passaggi è esplosivo) utilizzato per produrre fenolo (C ₆ h ₅ OH), una sostanza chimica utilizzata come precursore per molti materiali di importanza industriale, compresi i polimeri, farmaci ed erbicidi. Sarebbe altamente desiderabile trovare un modo efficiente e meno dannoso per l'ambiente per produrre fenolo, e l'opzione migliore sarebbe sintetizzarla partendo direttamente dal benzene, oh ₂ e n ₂ O in un processo catalitico in un unico passaggio. Idealmente, questa sarebbe una reazione di flusso in fase gassosa su un catalizzatore solido, che renderebbe la reazione efficiente e comporterebbe un consumo ridotto di risorse e prodotti facili da separare.

Yasuhiro Iwasawa e colleghi dell'Università di Elettrocomunicazioni, Tokio, hanno riportato l'ossidazione selettiva del benzene a fenolo utilizzando grandi metalli alcalini come siti attivi incorporati nei pori della zeolite. I risultati sfidano la saggezza convenzionale sui processi catalitici, per cui gli ioni di metalli alcalini e alcalini non possono attivare il benzene, oh ₂ e n ₂ O quando si assorbono separatamente. Le reazioni, che sono stati caratterizzati utilizzando una combinazione di tecniche di sincrotrone, mostrano una conversione e una selettività molto elevate, in particolare per gli ioni Rb e Cs adsorbiti su un tipo di zeolite chiamato -zeolite.

Sono state studiate due vie di reazione:nella prima, il benzene reagisce con N ₂ Oh, nel secondo, con O ₂ in presenza di NH ₃ . I calcoli della teoria del funzionale della densità sono stati utilizzati per comprendere il meccanismo alla base di entrambe le reazioni catalitiche. Nel primo caso, la reazione inizia con l'adsorbimento di benzene e N ₂ O; nel passaggio successivo, il legame O-N in N ₂ O si dissocia, si forma un legame O-C sul benzene e l'atomo di H attaccato all'atomo di C si sposta verso l'O, in modo che si formi fenolo e N2 desorba. Nella seconda reazione, che ha una performance meno appariscente della prima, benzene, oh ₂ e NH ₃ co-adsorbire; la dissociazione di O ₂ è attivato da NH ₃ e, come nel caso precedente, si forma un legame O-C sul benzene, e l'atomo H sull'atomo C migra nell'atomo O, formazione di fenolo. Poiché la reazione avviene su un singolo sito ionico, è necessaria una grande piattaforma di reazione, il che spiega perché Cs e Rb, che hanno entrambi grandi diametri, funzionano meglio di altri ioni di metalli alcalini e alcalini. Anche la regolazione del loro confinamento e la struttura di coordinamento locale da parte della struttura dei pori della -zeolite gioca un ruolo importante.

Gli autori hanno ottimizzato la fabbricazione del catalizzatore e le condizioni di reazione, modificando i precursori metallici, sorgenti di zeoliti e temperatura di reazione per cercare di ottenere prestazioni sufficientemente buone da rendere il processo appetibile per applicazioni industriali.

È importante sottolineare che le barriere di attivazione sono sufficientemente piccole perché le reazioni possano procedere a bassa temperatura. Come concludono gli autori, "I risultati attuali presentano un nuovo approccio per la progettazione di un'efficiente catalisi selettiva di attivazione di C-H in condizioni miti".