Sustainable light-driven oxidation processes with quinones photocatalysts

In this thesis work, photocatalytic systems were explored to carry out oxidation reactions of industrial interest under sustainable conditions. In particular, the photocatalytic oxidation of para-xylene was studied, as its oxidation products have high added value in industrial and pharmaceutical fields. After evaluating various photocatalysts, the focus shifted to anthraquinone-based systems, which proved particularly effective in promoting the oxidation reaction under aerobic conditions, mainly forming methylbenzyl alcohol, para-tolualdehyde, and para-toluic acid. This class of photocatalysts allows the use of visible light—an important factor for sustainability—and the reaction was further optimized for specific wavelengths to maximize process efficiency. Additionally, the use of alternative, environmentally friendly solvents such as propylene carbonate was explored, replacing the commonly used acetonitrile. The results highlight the potential of this photocatalytic approach as a green alternative for the selective transformation of para-xylene, paving the way for future developments in the industrial sector.

In questo lavoro di tesi sono stati affrontati sistemi fotocatalitici per condurre reazioni di ossidazione di interesse industriale utilizzando condizioni sostenibili. In particolare, è stata studiata l’ossidazione fotocatalitica del para-xilene, i cui prodotti hanno un elevato valore aggiunto a livello industriale e farmaceutico. Dopo una valutazione di diversi fotocatalizzatori, l’attenzione si è concentrata su sistemi antrachinonici, risultati particolarmente efficaci nel promuovere la reazione di ossidazione in condizioni aerobiche, formando principalmente metilbenzil alcol, para-tolualdeide e acido para-toluico. Questa classe di fotocatalizzatori consente l’utilizzo della luce visibile, importante ai fini della sostenibilità, con successiva ottimizzazione della reazione su specifiche lunghezze d’onda al fine di massimizzare l’efficienza del processo. È stato inoltre esplorato l’impiego di solventi alternativi a basso impatto ambientale, come il propilene carbonato, in sostituzione all’acetonitrile comunemente utilizzato. I risultati ottenuti evidenziano il potenziale di questo approccio fotocatalitico come alternativa green per la trasformazione selettiva del para-xilene, aprendo la strada a sviluppi futuri in ambito industriale.