Un gruppo di ricerca affiliato all'UNIST ha svelato un catalizzatore all'avanguardia con un eccezionale potere ossidante, in grado di estrarre elettroni dai composti. Previsto per rivoluzionare vari campi, tra cui lo sviluppo di catalizzatori metallici e la chimica sintetica, questo catalizzatore segna un passo avanti significativo nella ricerca catalitica.
Guidato dal professor Jaeheung Cho del Dipartimento di Chimica dell'UNIST, il gruppo di ricerca ha sintetizzato con successo il pionieristico catalizzatore fluoro-manganese, utilizzando il sistema macrociclico piridinofano. Questo catalizzatore dimostra la capacità di indurre reazioni di ossidazione, facilitando un'efficiente perdita di elettroni da derivati tossici del toluene. Il lavoro è pubblicato nel Journal of American Chemical Society .
Attraverso un'analisi meticolosa, il gruppo di ricerca ha scoperto i meccanismi sottostanti responsabili delle eccezionali prestazioni del catalizzatore nelle reazioni di ossidazione. Modulando l'ambiente elettronico di vari composti, il team ha verificato la capacità del catalizzatore di catalizzare l'ossidazione dei derivati del toluene con un'efficienza senza pari.
Questa ricerca rappresenta la prima esplorazione delle proprietà fisico-chimiche delle specie di metallo di transizione-fluoro, introducendo un nuovo paradigma per la decomposizione del legame carbonio-idrogeno basato su reazioni di trasferimento di elettroni.
Il professor Cho ha sottolineato l’importanza di attivare la materia organica con robusti legami carbonio-idrogeno, evidenziando la loro propensione ad accettare elettroni e a subire una riduzione attraverso reazioni chimiche ad alto potenziale di riduzione. Le caratteristiche uniche delle specie di fluoro-manganese consentono trasformazioni catalitiche in questo contesto.
Lo sviluppo dei catalizzatori organici attraverso l'attivazione del legame carbonio-idrogeno (C-H) è un'area di ricerca cruciale con ampie applicazioni nei processi farmaceutici e industriali. Sono in corso sforzi per sviluppare catalizzatori metallici economicamente vantaggiosi emulando le attività di diversi enzimi metallici attraverso la ricerca sulla biosimulazione.
Recentemente l'attenzione è stata rivolta ai materiali alogenuri metallici che combinano metalli di transizione come ferro e manganese con atomi di alogeno, in particolare fluoro, agendo come intermedi per l'ossidazione di diverse sostanze organiche. Il catalizzatore a base di fluoro-manganese di nuova sintesi emerge come la specie di alogenuri metallici più reattiva finora divulgata, offrendo applicazioni promettenti nei processi industriali.
Il gruppo di ricerca ha analizzato il meccanismo di ossidazione facilitato dal catalizzatore, evidenziando velocità di reazione migliorate manipolando l'ambiente elettronico di vari composti. Degna di nota è anche la notevole efficienza del catalizzatore nell'ossidazione dei derivati del toluene, un'impresa mai vista prima con le specie di alogenuri metallici esistenti.
Lo studio è stato scritto dai ricercatori Donghyun Jeong e Yujeong Lee sotto la guida del professor Cho. La ricerca non solo promuove le tecnologie a zero emissioni di carbonio, ma contribuisce anche al progresso degli accademici di prossima generazione e a progressi cruciali nei settori ambientale e industriale.
Ulteriori informazioni: Donghyun Jeong et al, Sintesi, caratterizzazione e reattività di un complesso mononucleare di manganese (IV) –Bis (fluoro) altamente ossidativo, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c13324
Fornito da Ulsan National Institute of Science and Technology
