Nanotubes protonés à base de titanate en tant que catalyseurs acides

 

Les acides de Lewis sont des catalyseurs couramment utilisés en chimie, tant au laboratoire qu’à un niveau industriel. Cependant bon nombre de ces composés sont des catalyseurs homogènes pouvant poser des problèmes de récupération, séparation d’avec le produit attendu, corrosion des installations…

L’utilisation de catalyseurs solides hétérogènes, bien plus facilement récupérables permettrait de dépasser ces limitations et de se diriger vers une chimie plus verte.

 

L’équipe menée par Michikazu Hara s’est intéressée au dioxyde de titane en raison de son abondance et du caractère acide de Lewis du composé. Et si la préparation de nanotubes de dioxyde de titane est bien documentée dans la littérature en raison de leurs propriétés, leur utilisation en tant que catalyseur acide n’avait jusque là jamais été rapportée.

 

L’activité catalytique - acide de Lewis - de ces nanotubes protonés a été mise en évidence par la préparation du benzyltoluène par réaction de Friedel-Craft entre le toluène et le chlorure de benzyle. Ainsi à  300 K, ce nouveau catalyseur permet d’atteindre 90 % de rendement en 180 min, là où les autres systèmes catalytiques connus peinent à dépasser les 30 %.

 

 

 

Le chlorure d’aluminium, catalyseur le plus classique pour cette réaction, permet d’atteindre une conversion totale en seulement 1h, mais la présence de sous-produit limite le rendement à environ 70 %.

Les nanotubes peuvent être filtrés, lavés et réutilisés sans problème pour de nouvelles réactions.

 

Le caractère acide de Bronsted a également été mis en évidence par la transformation du glucose et du fructose en 5-hydroxyléthylfurfural (HMF) – précurseur de différents composés.

Cette réaction d’isomérisation/déshydratation se déroule classiquement en présence d’un acide de Bronsted (acide minéraux, résines acides, zéolites…) et l’utilisation de ces nanotubes de titanate protonés a donné de bons résultats.

 

 

 

 

Ces nanotubes à base de titanate protonés peuvent ainsi être utilisés en tant que catalyseur acide de Lewis et de Bronsted, en grande partie en raison de leurs larges pores.

 

 

Source : Kitano M., Nakajima K., Kondo J.N., Hayashi S., Hara M., J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI : 10.1021/ja100435w