Hostname: page-component-78c5997874-lj6df Total loading time: 0 Render date: 2024-11-05T05:43:32.808Z Has data issue: false hasContentIssue false

Interlayer Cations as Reaction Directors in the Transformation of Limonene on Montmorillonite

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

M. Frenkel
Affiliation:
Casali Institute of Applied Chemistry, The Hebrew University of Jerusalem, 91904 Jerusalem, Israel
L. Heller-Kallai
Affiliation:
Department of Geology, The Hebrew University of Jerusalem, 91904 Jerusalem, Israel
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Core share and HTML view are not available for this content. However, as you have access to this content, a full PDF is available via the ‘Save PDF’ action button.

Clays may catalyze chemical reactions by acting as Brönsted acids, Lewis acids, and/or Lewis bases. The changes occurring when limonene (p-menthadiene) is heated in the presence of montmorillonite illustrate how Brönsted and Lewis acidity may operate competitively, the nature of the interlayer cations determining which reaction dominates. The rate at which the starting material disappears increases with the acidity of the clay, which depends upon the interlayer cations (Na < Mg < Al < H). The concentration of disproportionation and isomerization products reaches a maximum after reaction times which decrease with increasing surface acidity of the clay, p-cymene is produced by oxidation in concentrations inversely related to the surface acidity of the clay. The course of the chemical reaction can thus be steered in the preferred direction by an appropriate choice of interlayer cations.

Резюме

Резюме

Глины могут катализировать химические реакции, действуя как кислоты Бренстеда, кислоты Льюиса и/или основания Льюиса. Изменения, происходящие в течение нагрева лимонена (п-ментадиена) в присутствии монтмориллонита показывают, что кислотности Бренстеда и Льюиса могут действовать конкурентно. Тип преобладающей реакции зависит от типа межслойнного катиона. Скорость исчезания начального материала, которая зависит от типа межслойного катиона (Na < Mg < Al < H), увеличивается при увеличении кислотности глины. Концентрация продуктов реакций диспропорционирования и изомеризации достигает максимума после периода реакции, который уменьшается при увеличении поверхностной кислотности глины. Концентрация п-цимена, формирующегося путем окисления, обратно пропорциональна поверхностной кислотности глины. Поэтому химическая реакция может быть проведена в желаемом направлении при помощи соответствующего выбора межслойных катионов. [E.C.]

Resümee

Resümee

Tone können chemische Reaktionen katalysieren, indem sie als Brönstedsäuren, Lewissäuren und/oder Lewisbasen wirken. Die Veränderungen, die auftreten, wenn Limonen, p-menthadien, in der Gegenwart von Montmorillonit erhitzt wird, zeigen, wie entweder Brönsted- oder Lewisacidität konkurrenzierend wirkt, je nachdem welches Zwischenschichtkation vorhanden ist. Die Geschwindigkeit, mit der das Ausgangsmaterial verschwindet, nimmt mit der Acidität des Tons zu, die selbst von den Zwischenschichtkationen (Na < Mg < Al < H) abhängt. Die Konzentration der Disproportionierungs- und Isomerisierungsprodukte erreicht ein Maximum nach Reaktionszeiten, die mit zunehmender Oberflächenacidität des Tons abnehmen, p-cymen wird durch Oxidation in Konzentrationen erzeugt, die umgekehrt proportional zu der Oberflächenacidität des Tons sind. Der Verlauf der chemischen Reaktion kann daher durch eine geeignete Wahl der Zwischenschichtkationen in die gewünschte Richtung gelenkt werden. [U.W.]

Résumé

Résumé

Des argiles peuvent être des catalyseurs de réactions chimiques en agissant tels des acides Brönsted, des acides Lewis et/ou des bases Lewis. Les changements se produisant lorsque la limonène (p-methadiène) est echauffée en la présence de montmorillonite illustrent la façon dont les acidités Brönsted et Lewis peuvent opérer compétitivement, la nature des cations intercouche déterminant quelle réaction domine. L'allure à laquelle le matériau de départ disparaît croit proportionellement à l'acidité de l'argile, qui dépend des cations intercouche (Na < Mg < Al < H). La concentration de produits de disproportionation et d'isomérisation atteint un maximum après des durées de réaction qui diminuent proportionellement à une acidité de surface d'argile croissante, p-cymène est produit par oxidation en concentrations inversement apparentées à l'acidité de surface de l'argile. La direction de la réaction chimique peut ainsi être dirigée dans la direction preferée par un choix approprié de cations intercouche. [D.J.].

Type
Research Article
Copyright
Copyright © 1983, The Clay Minerals Society

References

Eisma, E. and Jurg, J. W. (1969) Fundamental Aspects of the Generation of Petroleum: Organic Geochemistry: Eglington, G. and Murphy, M. T. J., eds., Springer Verlag, Berlin, 676698.Google Scholar
Frenkel, M., 1974 Surface acidity of montmorillonites Clays & Clay Minerals 22 435441.CrossRefGoogle Scholar
Frenkel, M. and Heller-Kallai, L., 1977 Aromatization of limonene—a geochemical model Org. Geochem. 1 35.CrossRefGoogle Scholar
Hunter, G. K. and Brodgen, W. G., 1963 Isomerization and disproportionation of d-limonene on silica gel J. Org. Chem. 28 16791682.CrossRefGoogle Scholar
Johns, W. D., 1979 Clay mineral catalysis and petroleum generation Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 7 183198.CrossRefGoogle Scholar
Liquori, A. M. and Pispisa, B., 1964 A highly selective 1:9-nickel-molybdenium oxide catalyst Ric. Sci. Rend. Sez. A6 653664.Google Scholar
Rozenson, I. and Heller-Kallai, L., 1978 Reduction and oxidation of Fe+3 in dioctahedral smectites—III. Oxidation of octahedral iron in montmorillonite Clays & Clay Minerals 26 8892.CrossRefGoogle Scholar
Solomon, D. H., 1968 Clay minerals as electron acceptors and/or electron donors in organic reactions Clays & Clay Minerals 16 3139.CrossRefGoogle Scholar
Thompson, T. D. and Moll, W F Jr, 1973 Oxidative power of smectites measured by hydroquinone Clays & Clay Minerals 21 337350.CrossRefGoogle Scholar