Acidity versus metal-induced Lewis acidity in zeolites for Friedel–Crafts acylation

• Published in: Comptes rendus. Chimie Vol. 20; no. 1; pp. 20 - 29
• Main Authors: Bernardon, Claire, Ben Osman, Manel, Laugel, Guillaume, Louis, Benoît, Pale, Patrick
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier SAS 01.01.2017
• Subjects: Brønsted acidity; Friedel–Crafts acylation; Lewis acidity; Metal-doped zeolites; Friedel–Crafts acylation; Lewis acidity; Brønsted acidity; Metal-doped zeolites
• ISSN: 1631-0748; 1878-1543; 1878-1543
• DOI: 10.1016/j.crci.2016.03.008

Acid catalysts including Ni, Ag and Fe-loaded zeolites of different structures were prepared either via cationic exchange or impregnation techniques from pristine H-zeolites (BEA, and MFI). Their catalytic activity was evaluated in the liquid-phase Friedel–Crafts acylation of anisole with propanoic acid. It turned out that, whatever the doping procedure was, the zeolite loaded with transition metals led to considerable decrease in propanoic acid conversion, regardless of the nature or the metal content. However, the extent of this detrimental effect followed the order: Ag+ > Ni2+ > Fe3+. Pristine acidic zeolites were not only found to be the most active, but also to be the most selective toward ortho- and para-acylation products. H-ZSM-5 zeolites yielded the highest intrinsic activity, with TOF values of 0.09 h−1. The catalyst activity proved to be essentially attributed to the density and accessibility of Brønsted acid sites, playing a key role in the activation of the reactants. Brønsted sites are proposed to be the most likely catalytic species for performing this Friedel–Crafts acylation. Des cations métalliques (Ni, Ag et Fe) ont été incorporés au sein de zéolithes BEA et ZSM-5 par des techniques d'échange cationique et d'imprégnation afin d'obtenir de nouveaux catalyseurs acides solides. Ces matériaux ont ensuite été testés dans une réaction d'acylation de Friedel–Crafts entre l'anisole et l'acide propanoïque en phase liquide. Il s'est avéré que l'ajout de métaux de transition au sein de la structure zéolithique entraîne une diminution considérable de la conversion, indépendamment de la nature ou de la quantité de métal introduite. Dans des conditions catalytiques similaires, les zéolithes parentes présentent une meilleure activité intrinsèque (TOF), en particulier H-ZSM-5, avec une production plus élevée de produits d'acylation (ortho- et para-), surpassant ainsi les performances catalytiques des zéolithes dopées par des métaux. L'accessibilité et la densité de sites acides de Brønsted se sont avérées déterminantes pour ce type de réaction.