Chercheurs à l'Université d'Electro-communications, Tokyo rapporte une plate-forme catalytique à site unique avec une sélectivité élevée pour la synthèse en une seule étape du phénol dans un article paru dans Catalyse ACS .

Le procédé au cumène est un procédé industriel énergivore en trois étapes (l'une des étapes est explosive) utilisé pour produire du phénol (C 6 H 5 OH), un produit chimique utilisé comme précurseur pour de nombreux matériaux industriellement importants, y compris les polymères, médicaments et herbicides. Il serait hautement souhaitable de trouver un moyen efficace et moins nocif pour l'environnement de produire du phénol, et la meilleure option serait de le synthétiser directement à partir du benzène, O 2 et n 2 O dans un processus catalytique en une seule étape. Idéalement, ce serait une réaction d'écoulement en phase gazeuse sur un catalyseur solide, ce qui rendrait la réaction efficace et se traduirait par une consommation de ressources réduite et des produits faciles à séparer.

Yasuhiro Iwasawa et ses collègues de l'Université d'électrocommunications, Tokyo, ont rapporté l'oxydation sélective du benzène en phénol en utilisant de gros métaux alcalins comme sites actifs incorporés dans les pores de la zéolite. Il y a des résultats qui défient les idées reçues sur les procédés catalytiques, de sorte que les ions de métaux alcalins et alcalins ne peuvent pas activer le benzène, O 2 et n 2 O quand ils absorbent séparément. Les réactions, qui ont été caractérisés en utilisant une combinaison de techniques synchrotron, afficher une conversion et une sélectivité très élevées, en particulier pour les ions Rb et Cs adsorbés sur un type de zéolithe appelée -zéolithe.

Deux chemins réactionnels ont été étudiés :dans le premier, le benzène réagit avec N 2 , dans la seconde, avec O 2 en présence de NH 3 . Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité ont été utilisés pour comprendre le mécanisme sous-jacent aux deux réactions catalytiques. Dans le premier cas, la réaction commence par l'adsorption de benzène et de N 2 O; à l'étape suivante, la liaison O-N dans N 2 dissocie, une liaison O-C se forme sur le benzène et l'atome H attaché à l'atome C se déplace vers le O, de sorte que du phénol se forme et que le N2 se désorbe. Dans la deuxième réaction, qui a une performance moins frappante que la première, benzène, O 2 et NH 3 co-adsorber; la dissociation de O 2 est activé par NH 3 et, comme dans le cas précédent, une liaison O-C est formée sur le benzène, et l'atome H sur l'atome C migre vers l'atome O, formant du phénol. Parce que la réaction se produit sur un seul site ionique, une grande plate-forme de réaction est nécessaire, ce qui explique pourquoi Cs et Rb, qui ont tous deux de grands diamètres, fonctionnent mieux que les autres ions de métaux alcalins et alcalins. La régulation de leur structure de confinement et de coordination locale par la structure poreuse de la zéolithe joue également un rôle important.

Les auteurs ont optimisé la fabrication du catalyseur et les conditions de réaction, modifier les précurseurs métalliques, sources de zéolites et température de réaction pour essayer d'atteindre une performance suffisamment bonne pour rendre le procédé attrayant pour les applications industrielles.

Surtout, les barrières d'activation sont suffisamment petites pour que les réactions puissent se dérouler à basse température. Comme concluent les auteurs, « les résultats actuels présentent une nouvelle approche pour la conception d'une catalyse d'activation sélective C−H efficace dans des conditions douces. »