Astratto grafico. Credito:Tokyo Tech
Quando si sintetizzano nuovi composti, è vantaggioso avere reagenti ampiamente disponibili e un metodo semplice che produce un'elevata resa di prodotti con pochi scarti (sottoprodotti indesiderati). A questo proposito, l'alchilazione degli alcoli attraverso un metodo noto come "prendere in prestito idrogeno" (BH) può trasformare gli alcoli in una gamma diversificata di prodotti, con l'acqua come unico sottoprodotto.
La reazione è centrata attorno a un catalizzatore e inizia con un catalizzatore che rimuove gli atomi di idrogeno dall'alcol per ossidarlo in un composto carbonilico. Questo intermedio altamente reattivo subisce quindi una reazione di condensazione con diversi composti organici per produrre acqua e riceve l'idrogeno dal catalizzatore per formare il prodotto finale.
Pertanto, "prendendo in prestito" atomi di idrogeno, i gruppi alchilici dell'alcol possono essere facilmente trasferiti a una nuova molecola organica contenente diversi sostituenti. Sono stati compiuti sforzi per far funzionare questa reazione con catalizzatori di manganese (Mn) economici e biocompatibili. Tuttavia, i catalizzatori Mn attualmente disponibili richiedono l'aggiunta di basi forti, che generano più rifiuti e complicano il processo di rigenerazione del catalizzatore.
Ora, in un nuovo studio pubblicato su catalisi ACS , i ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hanno sintetizzato un catalizzatore Mn riutilizzabile in grado di effettuare reazioni di alchilazione degli alcoli in modo efficiente senza la necessità di una base. Il team di ricerca, guidato dal professore assistente Yusuke Kita, aveva precedentemente sperimentato catalizzatori di rutenio di metalli preziosi per effettuare l'alchilazione degli alcoli tramite il metodo BH.
Hanno scoperto che l'aggiunta di ossido di magnesio (MgO) al catalizzatore ne migliorava la capacità di idrogenazione. Chiedendosi se MgO avrebbe lo stesso effetto sui catalizzatori a base di Mn, hanno co-depositato ossido di Mn (MnOx ) e nanoparticelle di MgO su un ossido di alluminio (Al2 O3 ) supporto.
Con loro grande gioia, il nuovo catalizzatore ha facilitato con successo la reazione di alchilazione per un'ampia varietà di chetoni con alcoli, raggiungendo rese fino al 50–92%. Inoltre, a differenza dei catalizzatori Mn convenzionali, era in grado di alchilare substrati contenenti chetoni, come gruppi ciano, che altrimenti avrebbero reagito con l'acqua in presenza di una base.
Ancora più importante, poiché la reazione non ha prodotto alcun sottoprodotto diverso dall'acqua, il catalizzatore potrebbe essere facilmente rigenerato con un semplice metodo di filtrazione. "Il presente catalizzatore non richiedeva l'aggiunta di basi forti omogenee che sono tipicamente indispensabili per queste reazioni e richiedono un grande consumo di energia per la separazione, il riciclaggio e il trattamento dei rifiuti", afferma il dott. Kita.
Il team ha attribuito l'elevata attività catalitica osservata allo stretto contatto tra MnOx e le nanoparticelle di MgO. Utilizzando la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier, un metodo in grado di identificare i composti chimici misurando la quantità di luce che assorbono, i ricercatori hanno identificato, per la prima volta, una specie di idruro di Mn (Mn-H) sulla superficie del catalizzatore, suggerendo che MgO facilita il trasferimento efficiente dell'idrogeno.
"La catalisi è dovuta alle particelle di MgO che coesistono con il MnOx specie nell'Al2 O3 supporto e la donazione di elettroni da MgO a MnOx migliora la reattività delle specie Mn−H", spiega il dott. Kita.
Come catalizzatore conveniente e facilmente riutilizzabile, Mn-MgO/Al2 O3 potrebbe, quindi, accelerare l'adozione di reazioni di alchilazione tramite BH e aiutare a produrre diversi composti organici in modo ecologico. + Esplora ulteriormente
