اكسيداسيون هيدروكربنها توسط كاتاليستهای نانو بلوری

پژوهشگران از دانشگاه‌های آمریكا و انگلیس برای اولین بار از نانوبلور‌های طلا به عنوان كاتالیست در اكسیداسیون آلكن‌ها توسط مولكول اكسیژن استفاده كردند.
اكسیداسیون هیدروكربن‌ها سبب تولید تعداد زیادی از موادی می‌شوند كه پایه محصولاتی چون پلاستیك‌ها، شوینده‌ها، رنگ‌ها، مواد آرایشی‌، مواد شیمیایی كشاورزی و داروها می‌باشند، اما در این فرآیند ترجیحاً از كلر یا از پراكسیدهای آلی به عنوان یك ماده اكسیدكننده استفاده می‌شود، ‌همچنین این فرآیند یا بسیار گران بوده و یا محصولات جانبی سمی بوجود می‌آورد.
هم اكنون محققانی از دانشگاه Cardiff و مركز Johnson Matthey Catalysts در انگلیس و دانشگاه Lehigh آمریكا،‌ از نانوبلور‌های طلا به عنوان كاتالیست در اكسیداسیون آلكن‌ها توسط مولكول اكسیژن استفاده كرده‌اند. این واكنش نیازی به حلال نداشته و در دمای 80-60 درجه سانتی‌گراد و تحت فشار اتمسفری صورت می‌گیرد.
Graham Hutchings از دانشگاه Cardiff گفت: «ما قادریم به صورت گزینش‌پذیر بعضی از آلكن‌ها را تحت شرایط ملایم بدون افزودن حلال و با استفاه از اكسیژن، به اپوكسیدها اكسید كنیم. قبل از این یا از اكسیژن سمی به صورت استوكیومتری استفاده می‌شد و یا مواد گرانی مانند هیدرژن به عنوان كاهنده به كار گرفته می‌شدند. ولی این فرآیند در تولید اپوكسیدها،‌ كه از جمله مواد شیمیایی واسطه و با ارزش می‌باشند،‌ روشی عاری از هر گونه آلودگی می‌باشد.»
كاتالیست طلا كه روی پایه كربن قرار می‌گیرد، شامل نانوبلور‌های طلا با اندازه 50 -5 نانومتر و میانگین قطر حدود 25 نانومتر می‌باشد.

كاتالیست یك درصد طلا بر پایه كربن با اكسیداسیون سیكلوهگزن توسط اكسیژن‌های مولكولی،‌ قادر است محصولاتی مانند 2-سیكلوهگزان-1-اول و 2-سیكلوهگزان-1-اون را تولید كند. دانشمندان بر این باورند كه این واكنش با اكسیداسیون مستقیم پیوند دو گانه كربن- كربن انجام می‌شود.
Hutchings گفت: «چالش اصلی این واكنش فقط تولید دی‌اكسیدكربن نمی‌باشد بلكه می‌بایست گزینش‌پذیری مناسب نیز به دست آید.»
این تیم تحقیقاتی همچنین استفاده از حلال‌های غیرقطبی را برای اكسیداسیون آلكن‌ها در تركیب با یك آغازگر مانند هیدرژن پراكسید یا ترسیوبوتیل‌هیدروپراكسید مورد بررسی قرار دادند.
گزینش‌پذیری حاصل از این واكنش‌ها برای محصولات C6 برابر 80-60 درصد و بازده واكنش برابر 30-10 درصد می‌باشد.
توزیع و پراكندگی محصولات C6 به حلال بستگی دارد؛ حلال 1و2و3و5- تترامتیل بنزن باعث بالاترین گزینش‌پذیری یعنی50 درصد برای اكسید سیكلوهگزن شد. همچنین استفاده كمتر از كاتالیست طلا مقدار بازده محصول اكسید سیكلوهگزن را كاهش می‌دهد.
بر طبق این یافته‌ها تنظیم كاتالیست‌های با انتخاب صحیح شرایط واكنش، امكان‌پذیر می‌باشند. این تیم تحقیقاتی همچنین كشف كردند كه با تغییر شرایط و كاتالیست می‌توانند بدون استفاده از حلال به اكسیداسیون انتخابی سیس- سیكلواُكتن دست یابند.
این محققان برای اكسیداسیون آلكن‌های استایرن و سیس‌- استیلبن از كاتالیست نانوبلوری طلا استفاده كردند. این كاتالیست همچنین در اكسیداسیون آلكان‌ها بكار می‌رود و سیكلوهگزان را به سیكلوهگزانون و سیكلوهگزانول تبدیل می‌كند.
با تغییر كاتالیست طلا توسط بیسموت، گزینش‌پذیری كاتالیست برای محصولات اكسیداسیون C6 افزایش می‌یابد. آزمایشات اولیه نیز نشان داده‌اند كه قلع، آنتیموان و سرب می‌توانند فعالیت كاتالیستی را افزایش دهند.
Hutchings گفت: «طلا ماده كاتالیستی استثنایی در مقیاس نانو بوده كه پیش‌بینی می‌كنیم این كاتالیست‌های طلا نقش ارزنده‌ای را در صنایع شیمیائی در آینده‌ای نزدیك ایفا خواهند كرد.
ما هم‌اكنون به شدت در حال كار بر روی اكسیداسیون گزینش‌پذیر گستره وسیعی از مواد اولیه می‌باشیم و به ویژه توجه زیادی به اكسیداسیون گزینش‌پذیر هیدرژن به پراكسیدهیدرژن كرده‌ایم.»
نتایج این تحقیقات در Nature گزارش شده است.