Kända för sin enastående mångsidighet, primära aminer (derivat av ammoniak) är industriellt viktiga föreningar som används vid framställning av ett brett spektrum av färgämnen, tvättmedel och mediciner. Även om många försök har gjorts för att förbättra deras syntes med hjälp av katalysatorer som innehåller nickel, palladium och platina, till exempel, få har lyckats minska bildningen av sekundära och tertiära aminer och andra oönskade biprodukter.

Nu, forskare vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har utvecklat en mycket selektiv katalysator som består av ruteniumnanopartiklar stödda på niobpentoxid (Ru/Nb) ₂ O ₅ ). I en studie publicerad i Journal of the American Chemical Society , teamet visade att Ru/Nb ₂ O ₅ kan producera primära aminer från karbonylföreningar med ammoniak (NH3) och diväte (H2), med försumbar bildning av biprodukter.

Studien jämförde i vilken utsträckning olika katalysatorer kunde omvandla furfural till furfurylamin i en process som kallas reduktiv aminering1. Denna reaktion är en av de mest användbara metoderna för att framställa primära aminer i industriell skala. Ru/Nb ₂ O ₅ katalysatorn överträffade alla andra testade typer – anmärkningsvärt nog, ett utbyte på 99 % uppnåddes när ammoniak användes i överskott.

Även efter tre återvinningar, Ru/Nb ₂ O ₅ katalysator uppnådde konsekventa resultat, med på varandra följande avkastning på över 90 %. Den överlägsna katalytiska effektiviteten tros bero på ruteniums svaga elektrondonerande egenskaper på Nb ₂ O ₅ ytan (se figur 1).

Michikazu Hara från Tokyo Techs laboratorium för material och strukturer och hans medarbetare undersökte sedan hur effektivt den nya katalysatorn kunde bryta ner biomassa (i form av glukos) till 2, 5-bis(aminometyl)furan, en monomer för aramidproduktion. Tidigare experiment med användning av en nickelbaserad katalysator ledde till ett utbyte på cirka 50 % från glukoshärledd råvara (5-hydroximetylfurfural). Den nya katalysatorn som användes i kombination med ett så kallat rutenium-xantfos-komplex gav ett utbyte på 93 %. Med få eller inga biprodukter observerade, Ru/Nb ₂ O ₅ representerar ett stort genombrott inom det rena, storskalig produktion av material som härrör från biomassa.

Ytterligare studier för att utvidga dessa initiala resultat pågår redan. Genom att tänja på gränserna för materialdesign, forskarna säger att Ru/Nb ₂ O ₅ kan påskynda produktionen av miljövänlig plast, gummi och värmebeständiga aramidfibrer2. I framtiden, Ru/Nb ₂ O ₅ katalysator kan också påverka utvecklingen av nya läkemedel mot cancer, antibakteriella medel, bekämpningsmedel, jordbrukskemikalier, gödselmedel, biooljor och biobränslen.