強化されたメンシュートキンSN2 メソポラスシリカの反応性:表面触媒と閉じ込めの影響
Weizhong Zheng1,2, Steven A Yamada1, Samantha T Hung1
1Department of Chemistry, Stanford University, Stanford, California 94305, United States.
Journal of the American Chemical Society
|February 21, 2020
まとめ
メンシュートキンの反応をナノスケールのシリカの毛穴に閉じ込めると,反応速度が著しく増加します. 毛穴表面のシラノール群は触媒部位として作用し,活性化エネルギーを低下させ,反応速度を増加させます.
科学分野:
- 化学運動学
- 材料科学
- ナノテクノロジー
背景:
- 三次アミンとアルキルハリドのSN2反応であるメンシュートキンの反応は,有機合成において根本的なものである.
- ナノ孔質の材料は 表面積が大きく 空間が狭いため 化学反応に特異的な環境を 提供します
研究 の 目的:
- メンシュートキン反応の動力学に対するナノスケールシリカの封じ込めの影響を調査する.
- 毛穴の大きさ,表面化学,および反応速度の役割を解明する.
- 限られた反応におけるシラノール群の触媒機構を理解する.
主な方法:
- 反応運動を監視するための時間依存の赤外線スペクトロスコーピー.
- 毛穴内の分子行動を研究するための分子ダイナミクスシミュレーション
- 反応エネルギープロファイルを決定するための Ab initio 計算.
- 毛穴の大きさや表面処理が異なるMCM41とSBA15の動力学の研究
主要な成果:
- MCM41 と SBA15 の孔のサイズが小さくなると反応速度の定数は増加する.
- 2. 8 nmの毛穴での活性化エネルギーは,大量に比べて5. 6 kJ/mol減少した.
- 2つの状態モデルでは,孔の大きさによる速度の依存を正確に記述し,インターフェイス層は運動性が強化されています.
- シラノール群の被動化により,その触媒的役割が確認された.
結論:
- ナノスケールのシリカの毛穴は メンシュートキン反応の速度を大幅に高めます
- シリカ表面のシラノール群は触媒部として作用し,水素結合を通じて活性化エネルギーを低下させます.
- 孔の大きさと表面の化学性は,閉じ込められた環境における反応運動を制御する重要な要因である.
