Den kemiska industrin använder vanligtvis sällsynta, dyra metaller för att producera läkemedel och andra viktiga ämnen. Att ersätta dessa metaller när det är möjligt med fler, billigare substitut skulle gynna miljömässig hållbarhet, lägre kostnader och minimera risken för avbrott i leveranskedjan.
Nu, i en studie publicerad i Chemistry—A European Journal , forskare från Osaka University och samarbetspartners har tillgodosett detta behov i sitt arbete med en industriellt användbar kemisk omvandling. De enkla, skonsamma reaktionsförhållandena som rapporteras här kan inspirera forskare som arbetar för att minska användningen av dyra metaller för så många kemiska reaktioner som möjligt.
Så kallade ädelmetaller är särskilt mångsidiga material. Till exempel är palladium en metall att välja mellan för att katalysera en kemisk omvandling – omvandling av nitriler till primära aminer – vilket är ett vanligt steg i nylon- och plastproduktion. Sådana metaller är dock sällsynta och kostsamma.
Ersättningar baserade på vanliga metaller som nickel kan vara billigare katalysatorer. Tyvärr kräver många billiga metaller utmanande experimentella förhållanden, såsom höga tryck och temperaturer, för den tidigare nämnda kemiska omvandlingen. Att avgöra om nickelkarbid har samma begränsningar – och om inte, utvärdera omfattningen av de kemiska omvandlingar som är möjliga med denna katalysator – var målet med forskargruppens studie.
"I vårt arbete studerar vi noggrant reaktionskemin som ligger till grund för en ny heterogen katalysator av nickelkarbidnanopartiklar för selektiv hydrogenering av nitriler till primära aminer", förklarar Sho Yamaguchi, huvudförfattare till studien. "Substratomfånget är brett - många typer av heteroaromatiska och alifatiska nitriler kan genomgå denna omvandling."
Det finns flera fördelar med forskarnas katalysator:
"Vi är glada eftersom vår forskning kommer att hjälpa till att minimera användningen av dyra metaller för och förenkla den experimentella uppställningen av en gemensam klass av kemiska synteser", säger Tomoo Mizugaki, senior författare. "Dessutom ger våra teoretiska beräkningar insikter som hjälper oss att optimera katalysatorn för ytterligare tillämpningar."
Detta arbete är ett viktigt steg framåt för att öka hållbarheten för en klass av kemiska reaktioner som krävs för att syntetisera läkemedel och många andra vardagsprodukter. Eftersom nickelkatalysatorn är mycket billigare än en ädelmetall, och de nödvändiga experimentella procedurerna är enkla, bör möjliga tillämpningar för ytterligare kemiska omvandlingar vara okomplicerade.
Mer information: Sho Yamaguchi et al, Nickel Carbide Nanoparticle Catalyst for Selective Hydrogenation of Nitriles to Primary Amines, Chemistry—A European Journal (2024). DOI:10.1002/chem.202303573
Journalinformation: Kemi – En europeisk tidskrift
Tillhandahålls av Osaka University
