Undersøgelse identificerer reaktionsbetingelser, der kan gøre autooxidation af aldehyder mere miljøvenlig

Cirka 5 % af de globale kulstofemissioner kan tilskrives produktionen af ​​de kemikalier, der er afgørende for det moderne liv. At skabe en bæredygtig løsning på især én kemisk reaktion – autooxidation af aldehyder – har udfordret forskere i årtier.

Nu i en undersøgelse offentliggjort i Green Chemistry , forskere fra Osaka University, Shizuoka Institute of Science &Technology og samarbejdspartnere har løst dette problem. Gennem reaktionskinetik og matematisk modellering studerede de nøgledetaljerne i autooxidation af aldehyder i forskellige opløsningsmidler, atmosfæriske forhold og lyskilder. De identificerede miljøvenlige reaktionsbetingelser kan tjene som inspiration til at forbedre andre industrielt almindelige kemiske synteser.

Autoxidation refererer simpelthen til oxidation i luft ved typiske temperaturer uden en flamme eller gnist. For eksempel producerer autooxidation af et almindeligt molekyle kendt som et aldehyd et molekyle kendt som en persyre.

Persyrer er utrolig nyttige, fordi de kan katalysere omdannelsen af ​​en lang række molekyler ved hjælp af veletableret kemi. Desværre er de reaktionsbetingelser, der almindeligvis bruges til at fremstille persyrer, spild, kræver farlige tilsætningsstoffer eller har andre fundamentale komplikationer. At optimere bæredygtigheden af ​​autooxidation af aldehyder var målet med forskerholdets undersøgelse.

"I vores arbejde studerer vi omfattende reaktionskemien, der understøtter autooxidation af aldehyder til persyrer eller carboxylsyrer," forklarer Mohamed Salem, hovedforfatter af undersøgelsen. "Den eksperimentelle opsætning er enkel og velegnet til gram-skala synteser."

Forskerne rapporterer om 18 eksempler på hurtige reaktioner af forskellige aldehyder til persyrer i en ren oxygenatmosfære. Disse betingelser undertrykte fortsat reaktion til carboxylsyrer.

De rapporterer endvidere 32 eksempler på langsomme reaktioner af forskellige aldehyder til carboxylsyrer gennem persyremellemprodukter i en normal atmosfære. Nogle af disse 50 reaktioner forløb bedst under sollys, eller alternativt under et LED-lys.

Alle reaktioner var omtrent ved stuetemperatur og i sikre opløsningsmidler. Dette arbejde er første gang, at persyrer er blevet syntetiseret ud fra aldehyder ved kun at bruge sollys og ilt.

"Vi er begejstrede, fordi vores forskning løser et langvarigt persyresynteseproblem i grøn kemi," siger Shinobu Takizawa og Masayuki Kirihara, seniorforfattere. "Vores omfattende undersøgelser vil hjælpe forskere med at forstå den unikke kemi, der formidles af forskellige funktionelle grupper i udgangsmaterialet."

Dette arbejde er et vigtigt skridt fremad i løsningen af ​​et tidligere irriterende problem i persyresyntese, som har begrænset den miljømæssige bæredygtighed ved at producere sådanne molekyler.

De optimerede autooxidationsreaktionsbetingelser identificeret i denne undersøgelse er anvendelige til en lang række almindelige kemiske udgangsmaterialer. Fordi procedurerne er sikre og billige, bør praktiske anvendelser i forskellige synteser være ligetil.

Forskerholdet styrker i øjeblikket sit samarbejde med MANAC Chemical Partners Co., Ltd. for at kommercialisere disse forskningsresultater.

Flere oplysninger: Mohamed S. H. Salem et al., Lys-induceret autooxidation af aldehyder til persyrer og carboxylsyrer, Grøn kemi (2023). DOI:10.1039/D3GC02951D

Journaloplysninger: Grøn kemi

Leveret af Osaka University