En grøn katalysator for farmaceutisk og industriel kemi

Mange produktionsfaciliteter (f.eks. plastproducenter, medicinalfirmaer, og andre) bruge nanokatalysatorer, der indeholder palladium - en dyr komponent, der ikke er bæredygtigt produceret. En kemiker fra RUDN University fandt en måde at reducere palladiumforbruget og gøre dets fremstilling mere miljøvenlig. Han udviklede en katalysator baseret på et stof, der kommer fra planteaffald. Ved at bruge sin opfindelse, producenter kunne halvere palladiumforbruget. I øvrigt, nye katalysatorer kan genbruges flere gange uden at reducere effektiviteten. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Molekylær katalyse .

Krydskobling er en type reaktion, der involverer at kombinere carbonatomer fra forskellige organiske molekyler. Krydskoblingsreaktioner er mest udbredte i industriel kemi. De bruges til at syntetisere plast, medicinske lægemidler, og andre forbindelser og tegner sig kun for 17% af alle reaktioner i medicinsk kemi. Hovedkomponenten i krydskobling er palladiumnanopartikler. Palladium er et af de sjældneste grundstoffer på jorden, hvilket gør det til en meget dyr katalysator. I øvrigt, det produceres hovedsageligt på mineanlæg, der udgør en betydelig trussel mod miljøet. En kemiker fra RUDN University foreslog at løse alle disse problemer med én ny tilgang.

Forbruget af palladium i krydskoblingsreaktioner stiger, fordi partiklerne af palladiumholdige katalysatorer har tendens til at binde sammen. Der er to måder at stoppe dette på. Man kunne modificere partiklernes kemiske egenskaber for at svække reaktionen mellem deres overflader, når de kommer i kontakt. Alternativt metallet kunne holdes på plads fysisk med en ramme eller et gitter. Kemikeren fra RUDN Universitet valgte den anden metode og låste metalpartikler på deres respektive steder ved hjælp af en flerlagsskal med en magnetisk kerne.

Kernen i den nye nanokatalysator består af jernoxid med høje magnetiske egenskaber. Belægningen er lavet af en katekol-baseret polymer. Catechol er et stof, der findes i plantecellevægge og fremstilles af planteaffald. Begge disse lag er understøttende og har ingen katalytisk aktivitet. De katalytiske egenskaber af forbindelsen kommer fra palladium nanopartikler, der er inkorporeret i det andet lag. Polymeren fikserer partiklerne på plads og forhindrer dem i at binde sig sammen.

Den nye katalysatorstruktur kræver dobbelt så lidt palladium som den gamle:1,5 % af den samlede vægt af nanopartikler i modsætning til 3-6 %. I øvrigt, efter et par produktionscyklusser, kernen i nanokompositmaterialet kan renses op og genbruges. Denne metode er ikke kun god for miljøet, men også økonomisk gennemførlig, da det vil gøre produktionen af ​​medicinske lægemidler, plastik, og andre produkter billigere.

"I dag er kemikere især interesserede i grønne katalysatorer. Vores nanokatalysatorer indeholder et produkt fra genanvendelse af planteaffald og arbejder samtidig effektivt i krydskoblingsreaktioner. Derfor ikke kun er de i stand til at reducere palladiumforbruget og gøre produktionsprocessen billigere, men er også gavnlige for miljøet. I øvrigt, vi formåede at fremvise den universelle natur af polymerer baseret på plantekatekoler. Den samme tilgang kan bruges, når du arbejder med andre metaller, herunder platin, sølv, eller guld, eller med katalysatorer for andre organiske reaktioner, " sagde Rafael Luque, Ph.D., Leder af Molecular Design and Synthesis of Innovative Compounds for Medicine Science Center ved RUDN University.