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

Abstract

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

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

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

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.].