Zeolithe sind mikroporöse kristalline Materialien, die wegen ihrer Acidität und Stabilität als Katalysatoren in der Petrochemie verwendet werden. [1] Derzeit gibt es mehr als hundert Zeolithe, die alle charakteristische Porengröûen und -topologien aufweisen. Ein bedeutendes Ziel ist es, diese Unterschiede zu nutzen, um Reaktionen selektiv zu steuern. [2] Um ein rationelles Design zu ermöglichen, muû zunächst das Verhalten der in den Poren der Zeolithe adsorbierten Verbindungen auf molekularer Ebene verstanden werden. [3] Momentan werden derartige Informationen hauptsächlich durch Computersimulationen erhalten. So konnten nach kürzlich durchgeführten Monte-Carlo(MC)-Simulationen viele Voraussagen hinsichtlich des Verhaltens von n-Alkanen in Zeolithen gemacht werden. [4±8] So sind z. B. die Plätze, an denen die n-Alkanmoleküle in den Zeolithen adsorbiert werden, vorausgesagt worden. Nach unserem bestem Wissen wurde allerdings keine der Voraussagen experimentell bestätigt, da direkte Informationen über die Positionen von n-Alkanen schwer zu erhalten sind. Hier berichten wir über Studien zur Position von n-Alkanen im Zeolith Ferrierit (FER). FER hat 10-Ring-Kanäle, die über Käfige mit 8-Ring-Fenstern verbunden sind. Die Verwendung von FER als Isomerisierungskatalysator zur Herstellung von Isobuten ist intensiv untersucht worden. [9,10] Isobuten ist ein Zwischenprodukt bei der Herstellung von Methyl-tert-butylether (MTBE), das als umweltverträglicher Brennstoff angesehen wird. Der Vergleich von FER mit anderen Zeolithen, die die n-Buten-Isomerisierung katalysieren, war hauptsächlich auf die Dimensionen der 10-Ring-Kanäle ausgerichtet. [9] Wir fanden nun, das auch die charakteristische Porentopologie ein bedeutender Faktor ist. Ungeklärt ist noch, wie sich die Moleküle über diese 10-und 8-Ring-Kanäle verteilen.
Um diese Verteilung zu untersuchen, haben wir die Positionen von n-Alkanen in FER mit MC-Simulationen und 13 C-NMR-Spektroskopie bestimmt. Bei den Simulationen wurde angenommen, daû das Zeolithgerüst starr ist. Bei der Simulation der n-Alkane wurden die CH 3 -und CH 2 -Gruppen zu Pseudoatomen zusammengefaût (¹united atom-Ansatzª). Für die Simulationen wurden feste Bindungslängen sowie feste Winkel-und Torsionspotentiale verwendet; [11] Details der Simulationstechnik sind anderenorts beschrieben. [5,12] Die in Abbildung 1 gezeigten Ergebnisse der MC-Simulationen weisen auf einen überraschenden Einfluû der Kettenlänge hin. n-Alkane mit mehr als fünf C-Atomen werden bei allen Beladungen bevorzugt in den 10-Ring-Abb. 1. Anteil A 8-Ring der in den 8-Ring-Kanälen adsorbierten Moleküle als Funktion der Beladung a. Erhalten wurden die Daten durch Computersimulationen nach der Configurational-Bias-Monte-Carlo-Methode bei 333 K. * Propane, & Butan, ^Pentan, ~Hexan. Kanälenadsorbiert. Diese Moleküle sind zu groû für die 8-Ring-Kanäle. Propan und Butan sind bei niedrigen Beladungen über die 10-und 8-Ring-Kanäle verteilt. Während Propan bevorzugt in 8-Ring-Kanälen adsorbiert wird, befindet sich