En radikal tilgang til metanoxidation til methanol

Frie radikaler får ikke den bedste presse. Imidlertid, mens de er kendt som skadelige oxidanter i kroppen, disse ultrareaktive kemikalier er uundværlige i laboratoriet. Radikale reaktioner spiller en rolle i centrale teknologier såsom fjernelse af forurenende stoffer og vandspaltning.

Nu, forskere ved Osaka University har brugt radikaler til at omdanne en drivhusgas, metan, til nyttige kemikalier. Drevet af lys, denne miljøvenlige proces opnår et mål, der forblev undvigende i årtier.

Methan (CH4) er relateret til methanol og myresyre, som er nødvendige i store mængder af den kemiske industri. Bakterier kan oxidere CH4 til methanol næsten ubesværet ved hjælp af naturlige enzymer. Den samme transformation i laboratoriet, imidlertid, kræver kemisk høj temperatur, højt tryk og dyre reagenser for at spalte de ekstremt stærke C -H -bindinger. Som rapporteret for nylig, den nye proces bruger kraftige kloradikaler til at aktivere disse bindinger. Dette gør det muligt for reaktionen at forekomme ved stuetemperatur, under lampelys, med simpelt ilt som oxidationsmiddel.

Frie radikaler er kemikalier med uparrede elektroner - deres voldsomme reaktivitet kommer fra det presserende behov for, at de enlige elektroner finder partnere i et andet molekyle. I Osaka -processen, chloritdioxid (ClO2 •) aktiveres under fotobestrålingen for at give chlorradikaler (Cl •) og singlet oxygen. Den meget reaktive radikal, Cl •, abstraherer derefter et hydrogenatom af CH4 for at give methylradikaler, CH3 •, som igen reagerer med ilt for at producere værdifuld methanol og myresyre. Denne tilsyneladende simple proces, imidlertid, er afhængig af et subtilt design twist.

"Metanaktivering af radikale arter har været forsøgt før, "undersøg en hovedforfatter, professor Kei Ohkubo." Men, CH3 • mellemprodukter har en tendens til at reagere med det carbonhydridorganiske opløsningsmiddel, hvilket giver deaktivering af reaktive de radikale mellemprodukter. Dette sker ikke i vand, men desværre opløses metan næsten ikke i vand. "Forskerne fandt en pæn måde at omgå dette på:to opløsningsmidler i et enkelt system, en for hvert trin i processen. Den første ClO2 • dannelse sker i en vandfase, hvor natriumchlorit er opløseligt. Derefter, ClO2 • overføres til en perfluorohexan (PFH) fase, hvor metan og O2 opløses for at reagere med dem.

"PFH er ideel til det andet trin:det opløser metan, men reagerer ikke med CH3 • radikaler, "forklarer Ohkubo." Dette skaber et rum for oxidation af CH3 •, at give de ønskede produkter. Derefter, efter dannelse af methanol og myresyre, de krydser opløsningsmiddelgrænsen i den modsatte retning, ind i vandfasen. Her er de beskyttet mod yderligere oxidation til uønsket CO eller CO2 som drivhusgasser. "

Hele processen er imponerende effektiv, konvertering af over 99% af metan til målprodukterne, uden behov for høj temperatur eller tryk.

"Dette er den første vellykkede anvendelse af ilt i luften til at oxidere metan under omgivende forhold, "Ohkubo siger." Energikrævende metoder til kemisk produktion skal udfases-vi har akut brug for smarte løsninger til at behandle råvarer i en skånsom, miljømæssigt godartet måde. Vores undersøgelse viser, hvordan dette kan gøres for metan. To-faset opløsningsmiddel koncept, hvor ustabile mellemprodukter er beskyttet af et opløsningsmiddel såsom PFH, kan potentielt udvides i hele branchen. "