Le reazioni chimiche non sempre vanno secondo i piani. I sottoprodotti indesiderati comportano costi aggiuntivi e spreco di risorse. I catalizzatori selettivi possono aiutare, ma i chimici devono testare grandi numeri prima di trovare la giusta misura. I ricercatori hanno ora indagato, a livello atomico, come ottenere un catalizzatore al palladio per l'idrogenazione selettiva dell'acroleina. La chiave sembra essere un denso, strato convertibile di molecole di ligando, segnala gli autori sulla rivista Angewandte Chemie .

La molecola di acroleina ha due posizioni in cui può essere idrogenata. Quando reagisce con l'idrogeno, o l'alcol, propenolo, o l'aldeide, propanale, è formato. I catalizzatori al palladio possono essere usati per guidare la reazione verso il propenolo, ma gli scienziati hanno osservato che questo funziona solo se la superficie del metallo è già stata rivestita con il partner di reazione o un idrocarburo simile come precursore del ligando. Swetlana Schauermann e il suo team presso l'Università di Kiel, Germania, hanno ora indagato sul motivo per cui questo è il caso e su cosa effettivamente accade in questa reazione.

Per gli esperimenti del team, prima rivestirono il palladio puro con cianuro di allile, il ligando precursore della reazione. Per visualizzare questo rivestimento in dettaglio, i ricercatori hanno analizzato la superficie del palladio utilizzando la microscopia a effetto tunnel. I risultati hanno mostrato un rivestimento "piatto" del cianuro di allile dove tutti e tre gli atomi di carbonio dell'allile, così come il gruppo funzionale del cianuro, giace piatto sugli atomi di metallo. Non sono state notate sporgenze dalla superficie.

Questo strato di legante piatto è cambiato quando il metallo è stato esposto alle condizioni di reazione e una corrente di idrogeno è stata fatta passare sulla superficie del metallo. La microscopia a scansione a effetto tunnel ha rivelato un rivestimento denso, ma con distanze considerevolmente più brevi tra le molecole. I ricercatori hanno utilizzato il tipo di cambiamenti in atto, e analisi spettroscopiche, per capire esattamente cosa stava succedendo. L'idrogeno aveva idrogenato la molecola di cianuro di allile e l'aveva convertita in un idrocarburo saturo con un gruppo funzionale immina.

L'imine però non era più disteso in superficie:era in piedi. Ciò è accaduto perché l'estremità della molecola con il residuo idrocarburico saturo aveva perso il contatto con gli atomi di palladio, mentre la funzione immina rimaneva legata al metallo. La superficie piatta del catalizzatore si era trasformata in una foresta di alberi molecolari eretti.

Questo nuovo rivestimento ha attivato il catalizzatore, consentendo un preciso aggancio posizionale dell'acroleina e l'attivazione della funzione dell'ossigeno pronta per l'idrogenazione. "Su questo strato attivo, l'acroleina forma quasi istantaneamente l'intermedio di reazione propenossi desiderato seguito dall'evoluzione del prodotto target propenolo, " hanno osservato gli autori.

La chemioselettività e l'attività del catalizzatore al palladio potrebbero essere spiegate in dettaglio. "Questa è la prima prova sperimentale della formazione di uno strato di ligando attivo ottenuta mediante microscopia spaziale reale, " affermano gli autori. Il team spera che questo nuovo, una comprensione più approfondita potrebbe essere utilizzata per trovare altre funzionalizzazione per migliorare la chemioselettività dei catalizzatori metallici.