Kemikere sætter metalkatalyse på hovedet for en bæredygtig fremtid

Nagoya University-forskere tager en ikke-intuitiv tilgang til metalkatalyse for selektiv omdannelse af biomasse til kemiske produkter af høj værdi under milde forhold.

Den usikre fremtid for olieråstoffer og miljøpresset tvinger den kemiske industri til at tilpasse sig og finde nye vedvarende kilder til at opretholde sine aktiviteter. Biomasse fra kilder, herunder træ, landbrugsaffald, og endda menneskeligt affald, repræsenterer et bredt tilgængeligt vedvarende råmateriale, der endnu ikke skal tappes fuldt ud. Problemet er, at det meste biomasse er et rod af forskellige kemikalier, som er svære at adskille og bruge i højværdiprodukter som plastik og lægemidler.

Carboxylsyrer er en af ​​de mest almindelige kemiske grupper inden for biomasse, og deres kemiske reaktioner er særligt vanskelige at kontrollere i disse blandinger. I øjeblikket brugt "katalytisk hydrogenering" med metalkatalysatorer kan omdanne syrerne til mere nyttige alkoholgrupper, men øger også kompleksiteten af ​​biomassen på grund af andre sidereaktioner og katalysatornedbrydning.

I erkendelse af behovet for mere selektive transformationer af carboxylsyregrupper, et hold ved Nagoya University udforskede en anden kemisk tilgang til katalyse af biomasse.

"Traditionelt set lavvalente overgangsmetalkomplekser anvendes til hydrogenering af carboxylsyrer. Men vi fandt bedre selektivitet under mildere forhold ved brug af et højvalent kompleks, som også angreb carbon-hydrogenbindinger ved siden af ​​carboxylsyren, " siger hovedforfatter Masayuki Naruto.

Hydrogenering er i bund og grund en reduktion, under hvilket metallet katalyserer overførsel af elektroner til carboxylsyren. Lavvalensmetaller er elektronrige, hvilket gør dem til det oplagte valg til hydrogenering af carboxylsyrer. Imidlertid, teamet viste, at metaller med høj valens også kunne reagere med carboxylsyrerne ad en anden vej, hvilket gav meget bedre kontrol over reaktiviteten.

"Ideen om, at højvalente overgangsmetaller er effektive til denne form for reaktion, kan gå imod traditionel visdom, men vi har vist potentialet i denne tilgang til fremstilling af kemiske produkter af høj værdi fra biomasse, " siger gruppeleder Susumu Saito. "Selvom, den rheniummetalkatalysator, vi brugte her, er ret dyr, vi ser nu på genbrug af katalysatoren og alternative wolfram- og molybdænkatalysatorer, hvilket burde gøre dette til en virkelig økonomisk levedygtig tilgang til at få nyttige produkter fra biomasse i fremtiden."