Illustrazione che mostra le reazioni catalizzate dal nichel tra l'alogenuro arilico e l'etilene disponibili in commercio. Lo stato di ossidazione del catalizzatore di nichel cambia a +1 o 0 quando è modulato dal fotocatalizzatore a base di rutenio o iridio per produrre i prodotti chimici associati. Per la reazione che coinvolge il fotocatalizzatore a base di iridio, la presenza di calore in un reattore “stop flow” determina una diversa struttura chimica. Credito:Università Nazionale di Singapore
I chimici della National University of Singapore hanno sviluppato un metodo catalitico che utilizza la luce visibile per la difunzionalizzazione dell'etilene per un potenziale utilizzo nella produzione di prodotti della chimica fine.
L'etilene è una materia prima ampiamente utilizzata nell'industria chimica per produrre una vasta gamma di prodotti. Ha una produzione annua stimata di oltre 150 milioni di tonnellate, di gran lunga superiore a quello di qualsiasi altro composto organico. Nonostante la sua disponibilità, ci sono relativamente pochi metodi consolidati di utilizzo dell'etilene per produrre prodotti di chimica fine di alto valore. I metodi esistenti per convertire l'etilene in molecole più complesse per la chimica fine sono limitati alle monofunzionalizzazioni, che comportano la modifica di un singolo gruppo funzionale. Sono altamente desiderabili metodi catalitici più efficaci che incorporano la difunzionalizzazione dell'etilene.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof. WU Jie, del Dipartimento di Chimica, NUS ha sviluppato un processo che utilizza la luce visibile insieme a catalizzatori fotoredox e nichel per consentire la difunzionalizzazione del gas etilene per produrre un'ampia varietà di composti chimici. Utilizzando un diverso insieme di parametri di reazione, sono riusciti a produrre 1, 2-diariletani, 1, 4-diarilbutani e 2, 3-diarilbutani da gas etilene in modo altamente selettivo. La selettività è ottenuta mediante la modulazione del catalizzatore di nichel da parte di fotocatalizzatori a base di rutenio o iridio con diversi potenziali riduttivi e la presenza di calore in un reattore "stop flow". Sebbene l'etilene abbia la tendenza a formare lunghe catene polimeriche, il loro metodo è in grado di evitare questo problema attraverso il coordinamento con il catalizzatore metallico. Ciò impedisce la formazione di specie di radicali liberi, che porta alla polimerizzazione a catena lunga dell'etilene. Il metodo sintetico fornisce un modo diretto per trasformare una materia prima chimica ampiamente disponibile in molecole più complesse per l'uso nell'industria chimica.
Il professor Wu ha detto, "La formazione di due o quattro carbon linker derivati dall'etilene non può essere facilmente ottenuta direttamente con altri mezzi sintetici. Il numero di molecole di etilene che possono essere aggiunte al prodotto risultante è governato dallo stato di ossidazione dei catalizzatori al nichel. Questo è modulato da il catalizzatore fotoredox. I catalizzatori al nichel con uno stato di ossidazione di +1 e 0 hanno facilitato l'aggiunta rispettivamente di una o due molecole di etilene."
"Questo tipo di reazione catalitica modulata da fotoredox per ottenere prodotti chimici è un nuovo sviluppo nel campo della sintesi organica, " ha aggiunto il prof.
Il team di ricerca prevede di sviluppare processi catalitici più avanzati per lo sviluppo di prodotti della chimica fine utilizzando materie prime di etilene sotto irraggiamento con luce visibile.