Polymerization of 2,6-Dimethylphenol on Smectite Surfaces

Abstract

Air-dried samples of homoionic Na-, Ca-, Al-, and Fe-smectite were equilibrated with 2,6-dimethylphenol vapor for 24 hr. Infrared spectra of the complexes formed indicated that a portion of the sorbed phenol was transformed into quinone-type compounds. Both sorption and transformation were greatly influenced by the nature of the exchangeable cation and followed the order Fe ≫ Al > Ca > Na. Changes in the electron spin resonance spectra of the clays following interaction with the phenol followed the same order, indicating that these reactions are enhanced by a transition metal cation, such as Fe³⁺, on the exchange complex. The reaction products from the clay complexes were extracted with methanol and identified using ultraviolet/visible spectrophotometry, high-pressure liquid chromatography (HPLC), and mass spectrometry. The extracts contained mixtures of products including the parent phenol, di-, tri-, and tetramers of the phenol, as well as quinone and quinone dimers. The identities of these compounds were further confirmed by the coincidence of the retention times of HPLC peaks obtained from extracts of the clays with those from compounds produced by oxidation of 2,6-dimethylphenol with Ag₂O.

Резюме

Образцы однородных Na-, Ca-, Al- и Fe-смектитов, осушенные в воздухе уравновешивались с 2,6-двуметилфениловым паром в течение 24 часов. Инфракрасные спектры формированных комплексов указывали на то, что часть адсорбированного фенола преобразовывалась в соединения типа хинона. Оба процесса, сорбция и трансформация, зависили очень сильно от типа обменного катиона и располагались в порядке Fe ≫ Al > Ca > Na. Изменения спектров электронного спинового резонанса глин после взаимодействия с фенолом следовали в том же самом порядке, указывая на то, что эти реакции усиливались присутствием катиона переходного металла, такого как Fe³⁺, на обменном комплексе. Продукты реакции из глинистых комплексов извлекались при помощи метаноля и идентифицировались при помощи ультрафиолетовой и видимой спектроскопии, жидкой хроматографии высокого давления (ЖХВД) и масс-спектрометрии. Экстракты содержали смеси продуктов, включая исходный фенол, ди-, три-, и тетрамеры фенола, а также хинон и димеры хинона. Тождественности этих соединений дальше подтверждались совпадением времени удержания пиков ЖХВД, полученных из экстрактов глин, с соответствующими величинами для продуктов окисления 2,6-двуметилфенола Ag₂O. [E.G.]

Resümee

Luftgetrocknete Proben von homoionischen Na-, Ca-, Al-, und Fe-Smektiten wurden mit 2,6-Dimethylphenol-Dampf über einen Zeitraum von 24 Stunden ins Gleichgewicht gebracht. IR-Spektren der gebildeten Komplexe deuteten darauf hin, daß ein Teil des adsorbierten Phenols in Verbindungen des Quinon-Typs umgewandelt wurde. Sowohl die Adsorption als auch die Umwandlung wurden in hohem Maße von der Art der austauschbaren Kationen beeinflußt mit der Reihenfolge Fe ≫ Al > Ca > Na. Veränderungen in den ESR-Spektren der Tone nach der Wechselwirkung mit Phenol folgten der gleichen Reinhenfolge. Dies deutet darauf hin, daß diese Reaktionen durch Übergangsmetallkationen, wie Fe³⁺, am Austauschkomplex behindert werden. Die Reaktionsprodukte aus den Tonkomplexen wurden mit Methanol extrahiert und mit UV/VIS-, MS-Spektren, und HPLC identifiziert. Die Extrakte enthielten Mischungen aus Produkten inklusive dem Ausgangsphenol, Di-, Tri-, und Tetrameren von Phenol, sowie Quinon und Quinondimere. Die Identität dieser Verbindungen wurde zusätzlich bestätigt durch die Übereinstimmung der Retentionszeiten der HPLC-Peaks, die von den Extrakten aus den Tonen erhalten wurden, mit denen von Verbindungen, die durch die Oxidation von 2,6-Dimethylphenol mit Ag₂O hergestellt wurden. [U.W.]

Résumé

Des échantillons de smectite-Na, -Ca, -Al, et -Fe, sechés à l’air, ont été équilibrés avec la vapeur diméthylphénol-2,6 pendant 24 heures. Les spectres infrarouges des complexes formés ont indiqué qu’une portion du phénol sorbé avait été transformée en composés du type quinone. A la fois la sorption et la transformation étaient fortement influencées per la nature du cation échangeable, dans l’ordre suivant: Fe ≫ Al > Ca > Na. Les changements dans les spectres de résonnance à spin d’électrons des argiles après l’interaction avec le phénol ont suivi le même ordre, indiquant que ces réactions etaient augmentées par un cation métal de transition, tel que Fe³⁺, sur le complexe d’échange. Les produits de réaction des complexes argile ont été extraits avec du méthanol, et identifiés utilisant la spectroscopie visible/ultraviolette, la Chromatographie liquide à haute pression (HPLC), et la spectroscopie de masse. Les extraits contenaient des mélanges de produits y compris le parent phénol, des di-, tri-, et tétramères du phénol, ainsi que de la quinone et des dimères de la quinone. Les identités de ces composés ont été d’avantage confirmées par la coïncidence des temps de rétention des sommets HPLC obtenus des extraits des argiles avec ceux des composés produits par oxidation du diméthylphénol-2,6 avec Ag₂O. [D.J.]