Immobilization of N-hydroxyphthalimide functionalities in copolymer structure as a method for production of active and stable catalysts of aerobic oxidation of organic compounds

In recent years, a growing interest in N-hydroxyphthalimide (NHPI) structures, which show catalytic activity in the selective oxidation of hydrocarbons and their derivatives, has been observed. In this study, an attempt was made to synthesize catalysts containing NHPI groups deposited on the surface of mesoporous silica supports (MCM-41, MCM-48, SBA-15 and commercial silica gel). The grafting onto technique was used to introduce the active phase. The prepared modifier in the form of (4-chlorodimethylsilyl)phthalic anhydride was anchored to surface Si-OH groups in a mixture of toluene and triethylamine, and then converted into the NHPI form by reaction with hydroxylamine hydrochloride. Both the active phase supports and the modified materials were tested for structural (XRD, FT-IR), textural (low-temperature nitrogen adsorption) properties, as well as bulk (elemental, TG) and surface (XPS) composition. The synthesized materials showed high activity in the aerobic oxidation of 4-methylanisole under mild conditions. A change in the selectivity profile of the products (p-methoxybenzyl alcohol, p-methoxybenzyl aldehyde and p-methoxybenzyl acid) was observed along with the process time, indicating the occurrence of successive reactions.

W ostatnich latach odnotowuje się rosnące zainteresowanie strukturami N-hydroksyftalimidowymi (NHPI), które wykazują aktywność katalityczną w procesach selektywnego utlenienia węglowodorów i ich pochodnych. W niniejszej pracy podjęto próbę syntezy katalizatorów zawierających ugrupowania NHPI osadzone na powierzchni mezoporowatych nośników krzemionkowych (MCM-41, MCM-48, SBA-15 i komercyjny żel krzemionkowy). Do naniesienia fazy aktywnej posłużono się techniką grafting onto. Przygotowany modyfikator w postaci bezwodnika (4-chlorodimetylosililo)ftalowego zakotwiczono na powierzchniowych grupach Si-OH w środowisku toluenu i trietyloaminy, a następnie przekształcono w formę NHPI na drodze reakcji z chlorowodorkiem hydroksyloaminy. Zarówno nośniki fazy aktywnej, jak i materiały po modyfikacji przebadano pod kątem właściwości strukturalnych (XRD, FT-IR), teksturalnych (niskotemperaturowa adsorpcja azotu), jak i składu objętościowego (analiza elementarna, TG) i powierzchniowego (XPS). Zsyntezowane materiały wykazywały wysoką aktywność w reakcji aerobowego utlenienia 4-metyloanizolu prowadzonej w łagodnych warunkach. Zaobserwowano zmianę profilu selektywności produktów (alkohol p-metoksybenzylowy, aldehyd p-metoksybenzylowy i kwas p-metoksybenzylowy) wraz z czasem procesu, świadczącą o zachodzeniu reakcji następczych.