Generation of Phenol and Molecular Hydrogen through Catalyst-Free C–H Activation of Benzene by Water Radical Cations

化学 苯酚 催化作用 光化学 二聚体 水二聚体 无机化学 二甲基苯胺 选择性 电泳剂
作者
Dongbo Mi,Yixuan Mao,Bingqing Wei,Yan-Chun Li,Xiaofeng Dong,Konstantin Chingin
出处
期刊:Journal of the American Society for Mass Spectrometry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jasms.1c00268
摘要

Here, we report on the abundant formation of phenol and molecular hydrogen when benzene vapor was exposed to gas plasma generated by +5.5 kV corona discharge of water vapor in argon in the absence of oxygen. Systematic analysis using a series of isotopic standards (d6-benzene, D2O, and H218O) and benzene derivatives (mono-, di-, trichlorobenzene, and N,N-dimethylaniline) indicated that the formation of phenol occurred through the reaction between neutral benzene and the radical cation of water dimer, (H2O)2+•. A two-step reaction mechanism was proposed based on the results of experiments and DFT calculations: (1) the formation of (C6H6...H2O)+• intermediate through electrophilic addition; (2) the formation of C6H5OH+• through the release of H2 from the (C6H6...H2O)+• intermediate. Our findings offer a novel catalyst-free method to prepare phenol from benzene with phenol selectivity >90%.

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