Cleavage Alkylation Coupling with Versatile Amide-Based Eutectic Catalytic Systems

化学 共晶体系 催化作用 烷基化 劈理(地质) 联轴节(管道) 组合化学 高分子化学 卤化物 光化学 键裂 偶联反应 有机化学 直接耦合 立体化学
作者
Jisheng Yu,Di Zhu,Jianguo Zhuang,Y. Guan,Yuxin Qiu,Xue Wang,Xin Gao,G. Chen,Zhen Song,Xuedong Zhu,D. Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (10): 11112-11126
标识
DOI:10.1021/jacs.5c22822
摘要

This study introduces amide-based eutectic solvents (ESs) as a versatile and high-efficiency catalytic system for converting polyolefin waste into liquid alkanes in coupled cracking–alkylation. Owing to the rich variety of molecular active species (i.e., [AlCl3(Acetamide)n] and AlCl3) and ionic active species (i.e., [Al2Cl7]− and [AlCl2(Acetamide)n]+) present in the catalytic system, carbocation intermediates can be stably generated, thereby facilitating hydride transfer and cleaving polyethylene C–C bonds during the cracking cycle. For the first time, we establish a direct and quantitative correlation between Al species diversity and carbocation concentration, validated by Et3SiH chemical trapping combined with multinuclear NMR and operando IR spectroscopy. We demonstrate tunable selectivity to either light gasoline (C4–C10) or aviation kerosene (C7–C18) with isopentane or isopentene as alkylation reactants. Time-resolved product analysis together with isotopic labeling clearly confirms that aviation kerosene-range hydrocarbons (C7–C18) are primarily derived from polyethylene fragments and chain-extended by iC5= alkylation. Ab initio molecular dynamics simulations reveal that cooperative dissociation of diverse Al species sustains a stable tert-butyl and chloromethyl carbocations population, rationalizing the superior catalytic efficiency of Acetamide-1.5AlCl3. These advances provide both mechanistic clarity and a broadly applicable strategy for selective production of gasoline- and kerosene-range hydrocarbons from plastic waste, offering new opportunities for premium-grade fuel generation.
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