Publication – équipe E-POM

Towards metal-free supported quaternary ammonium halide catalysts for an optimized cycloaddition of CO2 onto styrene oxide

Le présent travail porte sur une large sélection de matériaux siliceux poreux fonctionnalisés par des sels d’ammonium quaternaire (QAS) avec différentes structures de pores, un dopage possible avec Zn2+, et différents substituts de sels d’ammonium ainsi que des contre-ions d’halogénure.

Après caractérisation par TGA, physisorption de N2, XRD, XPS et 13C NMR, ces derniers ont été testés comme catalyseurs pour la cycloaddition de CO2 sur l’oxyde de styrène afin de produire du carbonate de styrène. Des expériences de contrôle réalisées à l’aide de supports de silice nus et de QAS solubles ont démontré l’action synergique des groupes silanol sur les supports et des sels d’ammonium quaternaire.

Plus important encore, il a également été démontré que le greffage covalent confirmait la tendance sans réduire l’activité catalytique par rapport aux conditions dans lesquelles des SAQ solubles étaient utilisés. Cependant, la possibilité de recycler l’ensemble du système catalytique est un avantage évident des SAQ hétérogénéisés.

Très clairement, nos travaux ont mis en évidence la plus grande efficacité catalytique du sel d’ammonium quaternaire le plus encombré (groupements butyle) combiné à des ions bromure. Les catalyseurs obtenus ont été testés dans trois types de conditions : dans le dichlorométhane à 3 mol% à 100 °C sous 10 bar de CO2, dans le benzonitrile à 0,8 mol% à 80 °C sous 10 bar de CO2 et en absence de solvant à 0,2 mol% à 100 °C sous 20 bar de CO2. De bien meilleures valeurs de TOF, de l’ordre de 40 à 50 h-1, ont été obtenues dans les deux derniers cas.

Enfin, les avantages et inconvénients de ces deux derniers systèmes catalytiques sont discutés, notamment en vue du développement d’une chimie plus durable.

Miguel Alonso de la Peña, Matthieu Balas, Julie Kong, Richard Villanneau*, Lorraine Christ, Alain Tuel * and Franck Launay *
Catal. Sci. Technol., 2024, 14 (5), 1305–1317
https://doi.org/10.1039/D3CY01551C