Metalfri katalysator udvider rækkevidden af ​​estersyntese

Estere er blandt de vigtigste klasser af forbindelser i organisk kemi. Simple estere er kendt for deres behagelige, ofte frugtagtige aromaer. I mellemtiden, jo større, mere komplekse eksempler har et bredt spektrum af industrielle anvendelser, lige fra linser og fugtighedscreme til "grønt" brændstof (biodiesel).

En almindelig måde at fremstille komplekse estere på er at reagere simplere carboxylsyreestere med alkoholer. Kendt som trans-esterificering, denne proces er typisk afhængig af metalsalte som katalysatorer. Imidlertid, sådanne katalysatorer har tendens til at være dyre og/eller forurenende. Stadig værre, hvis esteren er lang og fleksibel, det har en tendens til at vikle sig rundt om metalcentret gennem koordinationsbindinger. Ved effektivt at binde metallet, denne "chelering" lukker reaktionen ned.

Nu, et team på Nagoya University har udviklet en katalysator, der dramatisk udvider substratområdet for transesterificering. For at undgå chelation, forskerne brugte en metalfri katalysator, tetramethylammoniummethylcarbonat (TMC). Under de rette forhold, TMC reagerer in situ med en alkohol for at danne en alkoxidion, som derefter angriber startesteren for at give den komplekse målester i høje udbytter.

Ifølge Manabu Hatano, medforfatter til holdets undersøgelse i Grøn Kemi , dette er ikke den første proces, der bruger alkoxider til transesterificering, men det er langt den mest alsidige. "Tidligere indsats har brugt phosphoniumsalte, men det resulterende alkoxid kan kun esterificere selve opløsningsmidlet, som skal være dimethylcarbonat (DMC). Det er fint, hvis du vil have et produkt, der kan stamme fra DMC, men ellers skal du bruge salte, der er stabile i mere konventionelle opløsningsmidler. Vores nye TMC udfylder det hul."

Omfanget af alkoholer og estere, der kan kombineres ved hjælp af TMC, er faktisk bredt. Aminoalkoholer kan deltage, selvom aminogruppen ville deaktivere typiske metalkatalysatorer ved chelering. Et kininderivat med en 3D-bro-ring på alkoholsiden blev også konstrueret. I mellemtiden, blandt estersubstrater, esterne af chirale aminosyrer kan omsættes med succes, og renheden af ​​den korrekte enantiomer bevares sikkert. Ligesom tidligere fosfoniumsalte, den nye katalysator kan også bruges til at esterificere selve opløsningsmidlet, hvilket sparer penge, når opløsningsmidlet er på vej til målet.

"At være både genanvendeligt og fri for metaller, denne katalysator er et ægte eksempel på grøn kemi, " siger hovedforfatter Kazuaki Ishihara. "Ikke kun er selve processen grøn, men vi kan bruge det til at producere grøn biodiesel, som er en blanding af estere. Vi syntetiserede hundredvis af gram af en vigtig biodieselkomponent, hvilket er ret rigeligt for en reaktion i laboratorieskala. Dette giver os tillid til, at reaktionen kan skaleres op til industriel produktion."