Mechanism of Phenol Alkylation in Zeolite H-BEA Using In Situ Solid-State NMR Spectroscopy

化学 环己醇 质子化 碳离子 烷基化 氧离子 环己烯 环己酮 苯酚 光化学 有机化学 催化作用 离子
作者
Zhenchao Zhao,Hui Shi,Chuan Wan,Mary Y. Hu,Yuanshuai Liu,Donghai Mei,Donald M. Camaioni,Jian Zhi Hu,Johannes A. Lercher
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:139 (27): 9178-9185 被引量:53
标识
DOI:10.1021/jacs.7b02153
摘要

The reaction mechanism of solid-acid-catalyzed phenol alkylation with cyclohexanol and cyclohexene in the apolar solvent decalin has been studied using in situ 13C MAS NMR spectroscopy. Phenol alkylation with cyclohexanol sets in only after a majority of cyclohexanol is dehydrated to cyclohexene. As phenol and cyclohexanol show similar adsorption strength, this strict reaction sequence is not caused by the limited access of phenol to cyclohexanol, but is due to the absence of a reactive electrophile as long as a significant fraction of cyclohexanol is present. 13C isotope labeling demonstrates that the reactive electrophile, the cyclohexyl carbenium ion, is directly formed in a protonation step when cyclohexene is the coreactant. In the presence of cyclohexanol, its protonated dimers at Brønsted acid sites hinder the adsorption of cyclohexene and the formation of a carbenium ion. Thus, it is demonstrated that protonated cyclohexanol dimers dehydrate without the formation of a carbenium ion, which would otherwise have contributed to the alkylation in the kinetically relevant step. Isotope scrambling shows that intramolecular rearrangement of cyclohexyl phenyl ether does not significantly contribute to alkylation at the aromatic ring.

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