En 1877, Charles Friedel et James Craft ont découvert une réaction chimique pour produire rapidement des matières premières pour les plastiques, produits chimiques fins et détergents. Plus de 100 ans plus tard, en 1994, l'Américain George Olah a remporté le prix Nobel de chimie pour avoir compris le mécanisme de cette importante réaction. C'est aussi ainsi qu'il est décrit dans les manuels de chimie depuis près de 30 ans. Cependant, récemment, certains chimistes ont affirmé que le mécanisme de réaction lauréat du prix Nobel ne s'applique pas toujours. Maintenant, les chimistes de l'Université d'Utrecht réfutent cette affirmation. Ils ont réussi à détecter les deux intermédiaires de réaction les plus importants du mécanisme de réaction d'Olah dans la situation en débat. Olah, qui est décédé en mars, a maintenant reçu une confirmation posthume.

Les résultats de l'étude ont été publiés en ligne dans Catalyse naturelle le 20 novembre.

Les intermédiaires de réaction de ce processus sont connus sous le nom de complexe de Wheland et de complexe pi. Ces fragments moléculaires ont une courte durée de vie, car ils sont rapidement convertis en l'intermédiaire de réaction suivant dans le processus ou en produit final. Pour comprendre ce processus, ou plus important encore, pour le contrôler, il est essentiel de savoir si la réaction progresse à travers ces intermédiaires réactionnels.

Voie verte vers le polystyrène

Les intermédiaires de réaction ont été prouvés dans une étude d'une voie «verte» pour produire le polystyrène plastique couramment utilisé. "Bien que ce n'était pas l'objectif principal de nos recherches, c'était quand même génial que nous ayons pu confirmer la proposition d'Olah pour le mécanisme de réaction, " dit le premier auteur Abhishek Dutta Chowdhury. " Mais les autres résultats étaient intéressants, également. Si nous voulons utiliser moins de matières premières fossiles, alors il est essentiel que nous puissions comprendre comment ces types de processus industriels importants se produisent au niveau moléculaire. »

Styrène, la base du polystyrène, est produit à l'échelle industrielle en utilisant la réaction de Friedel-Craft du benzène et de l'éthylène dérivé du pétrole brut. La voie verte utilise plutôt la biomasse et le bioéthanol, mais la réaction est la même. Un élément crucial de ce processus est le développement d'un catalyseur optimal qui peut garantir que la réaction est conduite rapidement, efficacement et à la température et à la pression idéales. Dans ce cas, le catalyseur est un matériau extrêmement poreux appelé zéolite.

Caractérisation avancée

Afin de comprendre comment le processus de réaction et le catalyseur peuvent être optimisés, les chercheurs ont suivi la réaction en utilisant des techniques de caractérisation avancées. Avec la spectroscopie operando, ils ont pu observer la réaction dans les pores de la zéolithe en temps réel. Méthodes avancées de RMN multidimensionnelle du solide, initialement développé pour des applications aux biomolécules, ont permis aux chercheurs de caractériser la structure moléculaire des produits et intermédiaires formés, ainsi que leur mobilité et interaction avec le matériau catalyseur.

Les résultats de leur étude ne laissaient aucun doute :la réaction s'est produite exactement comme George Olah l'a proposé dans le schéma ci-dessous. "Cela fait de notre étude un excellent exemple de la façon dont la recherche scientifique socialement pertinente peut contribuer à notre connaissance fondamentale de cette même science, " déclare le professeur Bert Weckhuysen de l'Université d'Utrecht, qui a dirigé le projet de recherche avec son collègue le professeur Marc Baldus.