Bir Demir Kompleksi Katalizörüyle Metandan Metanolün Elde Edilmesi
Metanın metanole dönüştürülmesi için yeni bir demir kompleksi katalizör geliştirilmiştir. Bu kompleks, üretilen metanolün aşırı oksidasyonunu önlerken metanı düzenli şekilde yakalayarak verimli bir şekilde oksitlemektedir. Bu kompleks kullanılarak, metanın sulu bir çözeltide doğrudan ve seçici olarak metanole dönüştürülmesi başarıyla gerçekleştirilmiştir.
Metanın oksidasyonuyla elde edilen metanolün, formaldehit, dimetil eter gibi kullanışlı bileşiklerin üretiminde kullanılması üzerine yoğun araştırmalar daha öncesinde yapılmıştır. Ancak metan, okside edilmesi en zor hidrokarbon olup, bildiğimiz kadarıyla basit koşullar altında metanın verimli ve seçici olarak metanole doğrudan dönüştürülmesi için bir yöntem bundan önce geliştirilmemiştir.
Metanı oksitleyen doğal oluşumlardan metal enzimlerin yapısı ve reaksiyon mekanizmasından esinlenen araştırmacılar, aktif demir merkezi yakınında hidrofobik bir ortama sahip bir mononükleer demir kompleksi geliştirmişlerdir. Bu demir kompleksini bir katalizör olarak kullanarak, maliyeti uygun ve güvenli olan bir oksidanla birlikte, yüksek verimlilik ve seçicilikle metanın doğrudan metanole dönüştürülmesini başarmışlardır.
Bu reaksiyonda metanın oksidasyonu sulu bir çözeltide, 50 °C sıcaklık ve yaklaşık 10 atm basınç gibi basit koşullarda gerçekleşmektedir. Katalitik dönüşüm sayısı 3 saat içinde 500’ün üzerine çıkmakla beraber metanolün yüksek bir seçicilikle %83 oranında sentezi gerçekleşmektedir. Bu yüksek verimlilik ve seçicilik, katalizörün aktif bölgesi olan demir merkezi yakınında hidrofobik bir ortamın varlığından kaynaklanmaktadır. Hidrofobik boşluk, metanı (hidrofobik bir madde) hapsederek ve oluşan metanolü (hidrofilik bir madde) sulu çözeltiye salarak metanolün aşırı oksidasyonunu önlemektedir.
Bu “tut ve bırak” mekanizmasının, metanın metanole dönüştürülmesi yanı sıra çeşitli hidrofobik organik bileşiklerde kimyasal dönüşümün verimli olmasını sağlayan etkili bir model olması beklenmektedir.
Bu çalışma, JST CREST (hibe numaraları JPMJCR16P1 ve JPMJCR15P5) ve Japonya Bilim Teşvik Derneği (JSPS) tarafından verilen Yardım Hibeleri (hibe numaraları 17H03027, 18K19089 ve 21H01947) tarafından desteklenmektedir. K.Y. ve Y.S., Malzemeler ve Cihazlar için Ağ Ortak Araştırma Merkezi’nin İş birliği Araştırma Programı, Kimyasal Bilimlerde Bütünleşik Araştırma Konsorsiyumu ve Temel Araştırma Merkezi Oluşturmak için Element Stratejisi Girişimi’nden MEXT projelerini kabul etmektedir. H.F. ayrıca JST SPRING (hibe numarası JPMJSP2124) ve JSPS tarafından sağlanan Genç Bilim İnsanları için Araştırma Bursu (hibe numarası 22J10804) ile desteklenmektedir.
KAYNAK: sciencedaily.com
