توصيفگر ها :
اتيل بنزن , استوفنون , اكسايش , كاتاليست , نانو خوشه , PM7
چكيده فارسي :
در قسمت اول اين پژوهش كاتاليست Fe3O4@SiO2@Ni بهعنوان يك كاتاليست مغناطيسي تهيه و با آناليزهاي مختلف، FT-IR, XRD, BET ICP-MS, FESEM, TEM, VSM مشخصهيابي شد، سپس با استفاده از اين كاتاليست و در حضور اكسيژن مولكولي و هيدروژن پراكسيد به عنوان اكسنده، اكسايش اتيل بنزن به استوفنون انجام شد. در اين واكنش پارامترهاي مختلفي ازجمله زمان، دما، فشار اكسيژن، مقدار هيدروژن پراكسيد، مقدار اتيل بنزن و مقدار كاتاليست مصرفي بهينه سازي شدند. در شرايط بهينه، شامل 3 ميليليتر اتيلبنزن، 5 ميليليتر استونيتريل بهعنوان حلال، و 200 ميليگرم كاتاليست، استوفنون با بازده 29/7 درصد در دماي 130 درجه سانتيگراد و فشار 10 بار اكسيژن طي 10 ساعت توليد شد. همچنين با اكسنده ي هيدروژن پراكسيد در شرايط بهينه، شامل 1 ميليليتر اتيلبنزن، 5 ميليليتر استونيتريل بهعنوان حلال، 200 ميليگرم كاتاليست و 3 ميلي ليتر هيدروژن پراكسيد، استوفنون با بازده 4/9 درصد در دماي 120 درجه سانتيگراد طي 10 ساعت توليد گرديد. براي اثبات توليد استوفنون از آناليز GS-MS و براي بهدستآوردن بهره و درصد تبديل از كروماتوگرافي گازي استفاده شد.
در قسمت دوم اين پژوهش، مطالعه نظري اكسايش اتيل بنزن به استوفنون با استفاده از روش محاسباتي نيمه تجربي PM7 و در حضور اكسيژن مولكولي به عنوان اكسنده برروي نانوخوشه ي فلزي متشكل از 13 اتم پالاديم در سه مسير متفاوت بررسي شد. بهينه¬سازي نانوخوشه ي Pd با استفاده از روش محاسباتي تابع چگالي الكتروني (DFT) انجام گرفت. دراين بخش پارامترهايي مانند انرژي فعالسازي، تغييرات انرژي الكتروني و فركانس موهومي محاسبه شدند. بر اساس نتايج بهدستآمده مسير سوم كه شامل جذب شيميايي مولكول اكسيژن روي سطح نانو خوشه و واكنش از مسير راديكالي است، كمترين سد انرژي را دارا بوده و از نظر سينتيكي مطلوب ترين مسير براي اين واكنش محسوب مي¬شود.
واژههاي كليدي: اتيل بنزن، استوفنون، اكسايش، كاتاليست، نانوخوشه، PM7
چكيده انگليسي :
In the first part of this study, Fe₃O₄@SiO₂@Ni was synthesized as a magnetic catalyst and characterized using various techniques, including FT-IR, XRD, BET, ICP-MS, FESEM, TEM, and VSM analyses. Subsequently, the oxidation of ethylbenzene to acetophenone was carried out using this catalyst in the presence of molecular oxygen and hydrogen peroxide as oxidants. Several reaction parameters were optimized, including time, temperature, oxygen pressure, hydrogen peroxide volume, ethylbenzene amount, and catalyst dosage. Under optimal conditions comprising 3 mL of ethylbenzene, 5 mL of acetonitrile as the solvent, and 200 mg of catalyst acetophenone was produced with a yield of 29.7% at 130 °C and 10 bar oxygen pressure over 10 hours. Using hydrogen peroxide as the oxidant, the reaction under optimized conditions 1 mL of ethylbenzene, 5 mL of acetonitrile, 200 mg of catalyst, and 3 mL of hydrogen peroxide yielded acetophenone with a 4.9% yield at 120 °C after 10 hours. GC-MS analysis confirmed the formation of acetophenone, and gas chromatography was used to determine the yield and conversion percentages. In the second part of the study, the theoretical investigation of ethylbenzene oxidation to acetophenone in the presence of molecular oxygen as the oxidant was performed using the semi-empirical PM7 method on a metallic nanocluster consisting of 13 palladium atoms, along three different pathways. The Pd₁₃ nanocluster was optimized using density functional theory (DFT). Activation energies, electronic energy changes, and imaginary frequencies were calculated. Based on the results, the third pathway featuring chemisorption of the oxygen molecule on the nanocluster surface and a radical-type mechanism had the lowest energy barrier and was kinetically the most favorable route for the reaction.
Keywords: Ethylbenzene, Acetophenone, Oxidation, Catalyst, Nanocluster, PM7
