Robust fast katalysator giver høje udbytter af estere ved kontinuerlig strømning

Genkaldelse af grundlæggende lærebogskemi har gjort det muligt for RIKEN-forskere at udvikle en bedre fast katalysator til fremstilling af vigtige industrielle kemikalier kendt som estere. Dette fremskridt lover at gavne fremstillingen af ​​brændstoffer, lægemidler, harpiks, maling, klæbemidler og parfume.

Estere dannes i den kemiske reaktion mellem hydroxyl (OH) gruppen af ​​alkoholer og carboxyl (COOH) gruppen af ​​carboxylsyrer. Når disse grupper kombineres, et vandmolekyle (H ₂ O) frigives, efterlader resten af ​​alkohol- og carboxylsyremolekylerne bundet sammen som en ester. Mange skoleelever udfører denne simple reaktion under deres første introduktion til organisk kemi.

Selvom estere nemt kan fremstilles i lavt udbytte, det er udfordrende at producere dem til det høje udbytte, som industrien har brug for. "Det er svært at opnå den fuldstændige omdannelse til estere, " bemærker Yoichi Yamada fra RIKEN Center for Sustainable Resource Science. Esterificering er en ligevægtsreaktion - en, der sætter sig i en tilstand, hvor både fremadgående og omvendte reaktioner forløber med samme hastighed. Udfordringen er at minimere den omvendte reaktion, så produktionen af ester dominerer.

Yamada og hans kolleger klarede udfordringen ved at huske deres skolebøger. "Vi var overraskede over at opdage, at viden fra begynderkurser i organisk kemi hjalp os med at udvikle en ny banebrydende katalysator, " han siger.

Grundlæggende kemisk teori siger, at en lille ændring i de relative positioner af to grupper bundet til en ring med seks kulstofatomer kan i høj grad påvirke et molekyles stabilitet. Dette inspirerede forskerne til at ændre placeringen af ​​de grupper, de havde brugt i en tidligere, men ustabil version af deres katalysator. Ændring af strukturen af ​​nøgleudgangsmaterialet gav en fast katalysator, der er mere stabil, mere aktiv, genanvendelig og robust.

Denne nye katalysator har den store fordel, at den kan arbejde under kontinuerlige strømningsforhold. Alkoholen og carboxylsyren pumpes ind i en kolonne pakket med katalysatorpulveret, tillader høje udbytter af den ønskede ester at flyde ud fra den anden ende. Denne proces overgik andre kommercielle katalysatorer i forsøg med fremstilling af et esterbaseret biobrændstof. Ud over, Katalysatoren er masseproducerbar, så den kan fremstilles i den store skala, som industrien har brug for.

Yamada mener, at katalysatoren i sidste ende kan påvirke den kemiske industri betydeligt. "Alle virksomheder, der producerer organiske kemikalier, burde være interesserede, " kommenterer han.