Figur 1:Att gå tillbaka till gymnasiekemi gjorde det möjligt för RIKEN-kemister att utveckla en katalysator som kan producera estrar med höga utbyten i en process med kontinuerligt flöde. Upphovsman:Andrew Lambert Photography/Science Photo Library
Att komma ihåg grundläggande lärobokskemi har gjort det möjligt för RIKEN -forskare att utveckla en bättre fast katalysator för att producera viktiga industrikemikalier som kallas estrar. Detta förskott lovar att gynna tillverkning av bränslen, läkemedel, hartser, målar, lim och parfymer.
Estrar bildas i den kemiska reaktionen mellan hydroxyl (OH) gruppen av alkoholer och karboxyl (COOH) gruppen av karboxylsyror. När dessa grupper kombineras, en vattenmolekyl (H 2 O) släpps, lämnar resten av alkohol- och karboxylsyramolekylerna bundna som en ester. Många skolelever utför denna enkla reaktion under sin första introduktion till organisk kemi.
Även om estrar enkelt kan tillverkas med låga utbyten, det är utmanande att producera dem till de höga avkastningar som industrin behöver. "Att uppnå den fullständiga omvandlingen till estrar är svårt, "konstaterar Yoichi Yamada från RIKEN Center for Sustainable Resource Science. Esterifiering är en jämviktsreaktion - en som lägger sig i ett tillstånd där både framåt- och bakåtreaktionerna fortsätter i samma takt. Utmaningen är att minimera omvända reaktioner så att produktionen av ester dominerar.
Yamada och hans kollegor mötte utmaningen genom att komma ihåg sina skolböcker. "Vi blev förvånade över att upptäcka att kunskap från nybörjarkurser i organisk kemi hjälpte oss att utveckla en ny spetskatalysator, " han säger.
Grundläggande kemisk teori säger att en liten förändring i de relativa positionerna för två grupper bundna till en ring med sex kolatomer i hög grad kan påverka en molekyls stabilitet. Detta inspirerade forskarna att ändra placeringen av de grupper de hade använt i en tidigare men instabil version av sin katalysator. Genom att ändra strukturen för nyckelmaterialet skapades en stabil katalysator som är mer stabil, mer aktiv, återanvändbar och robust.
Denna nya katalysator har den stora fördelen att den kan fungera under kontinuerliga flödesförhållanden. Alkoholen och karboxylsyran pumpas in i en kolonn packad med katalysatorpulvret, tillåter höga utbyten av den önskade estern att flöda ut från den andra änden. Denna process överträffade andra kommersiella katalysatorer i försök som producerade ett esterbaserat biobränsle. Dessutom, katalysatorn är massproducerbar så att den kan tillverkas i stor skala som industrin behöver.
Yamada tror att katalysatorn så småningom kan påverka den kemiska industrin betydligt. "Alla företag som producerar organiska kemikalier bör vara intresserade, "kommenterar han.
