Mécanisme de l’oxydation ménagée du toluène catalysée par des aérogels Cr₂O₃-Al₂O₃

¹ Faculté de sciences de tunis, Laboratoire de chimie des matériaux et catalyse, Département de chimie, 1060 Tunis Tunisie
² Institut de recherche sur la catalyse, CNRS, 2, av A-Einstein, 69626 Villeurbanne Cedex France

Résumé

L'oxydation ménagée du toluène catalysée par l'aérogel Cr₂O₃-Al₂O₃ de pourcentage atomique égal à 5 % (5 % Cr) fournit principalement du benzaldéhyde avec une sélectivité élevée entre 250 et 300°C. Pour des températures plus élevées l’oxydation totale est favorisée.

L'étude cinétique de cette réaction effectuée à 270°C montre que le mécanisme réactionnel est du type redox dont les étapes limitantes sont la réduction du catalyseur par l’hydrocarbure et sa réoxydation par l'oxygène.

L'étude par spectroscopie I.R. et R.P.E. de l'adsorption simultanée ou consécutive des réactifs toluène et oxygène révèle que l'adsorptlon du toluène constitue l'étape de réduction du catalyseur par transfert d'électrons conduisant à des espèces benzyliques, précurseurs de formation du benzaldéhyde. Quant à l'étape d'oxydation elle implique l'adsorption dissociative de l'oxygène qui réoxyde une partie de la surface réduite et forme l'espèce oxygène active qui s'associe à 270°C avec les espèces benzyliques pour former le benzaldéhyde.

Abstract

Partial oxidation of toluene catalysed by Cr₂O₃-Al₂O₃ with atomic percentage in chromium equal to 5 % essentially produces benzaldehyde with high selectivity in the 250-300°C temperature range. For high temperatures the total oxidation is favoured.

The kinetic study of this reaction performed at 270°C shows that the redox mechanism is compatible with experimental results. The two steps of this mechanism are the catalyst reduction by the hydrocarbon and its reoxidation by dissociatively adsorbed oxygen.

I.R. and E.S.R. studies of simultaneous or successive adsorption of toluene and oxygen show that the adsorption of toluene constitutes the reduction step by electron transfer to form the benzylic species, precursor of benzaldehyde formation. The oxidation step involves the oxygen dissociative adsorption which reoxidizes a fraction of the reduced surface and forms the oxygen active species which react at 270°C with benzylic species to form benzaldehyde.