Cirka 5 % av de globala koldioxidutsläppen kan tillskrivas produktionen av kemikalier som är nödvändiga för det moderna livet. Att skapa en hållbar lösning på en kemisk reaktion i synnerhet – autooxidation av aldehyder – har utmanat forskare i årtionden.
Nu, i en studie publicerad i Green Chemistry , har forskare från Osaka University, Shizuoka Institute of Science &Technology och samarbetspartners löst detta problem. Genom reaktionskinetik och matematisk modellering studerade de nyckeldetaljerna för autooxidation av aldehyder i olika lösningsmedel, atmosfäriska förhållanden och ljuskällor. De identifierade miljövänliga reaktionsförhållandena kan tjäna som inspiration för att förbättra andra industriellt vanliga kemiska synteser.
Autooxidation hänvisar helt enkelt till oxidation i luft vid typiska temperaturer, utan en låga eller gnistor. Till exempel producerar autooxidation av en vanlig molekyl känd som en aldehyd en molekyl känd som en persyra.
Persyror är otroligt användbara eftersom de kan katalysera omvandlingen av ett brett spektrum av molekyler genom väletablerad kemi. Tyvärr är reaktionsförhållandena som vanligtvis används för att producera persyror slösaktiga, kräver farliga tillsatser eller har andra grundläggande komplikationer. Att optimera hållbarheten för autooxidation av aldehyder var målet med forskargruppens studie.
"I vårt arbete studerar vi ingående reaktionskemin som underbygger autooxidation av aldehyder till persyror eller karboxylsyror", förklarar Mohamed Salem, huvudförfattare till studien. "Experimentuppställningen är enkel och lämplig för gram-skala synteser."
Forskarna rapporterar 18 exempel på snabba reaktioner av olika aldehyder till persyror, i en ren syreatmosfär. Dessa betingelser undertryckte fortsatt reaktion till karboxylsyror.
De rapporterar vidare 32 exempel på långsamma reaktioner av olika aldehyder till karboxylsyror genom persyramellanprodukter, i en normal atmosfär. Några av dessa 50 reaktioner gick bäst under solljus, alternativt under ett LED-ljus.
Alla reaktioner var ungefär vid rumstemperatur och i säkra lösningsmedel. Detta arbete är första gången som persyror har syntetiserats från aldehyder med enbart solljus och syre.
"Vi är glada eftersom vår forskning löser ett långvarigt problem med persyrasyntes inom grön kemi", säger Shinobu Takizawa och Masayuki Kirihara, seniorförfattare. "Våra omfattande studier kommer att hjälpa forskare att förstå den unika kemin som förmedlas av olika funktionella grupper i utgångsmaterialet."
Detta arbete är ett viktigt steg framåt för att lösa ett tidigare plågsamt problem inom persyrasyntes som har begränsat den miljömässiga hållbarheten för att producera sådana molekyler.
De optimerade autooxidationsreaktionsförhållandena som identifierats i denna studie är tillämpliga på ett brett spektrum av vanliga kemiska utgångsmaterial. Eftersom procedurerna är säkra och billiga bör praktiska tillämpningar i olika synteser vara enkla.
Forskargruppen stärker för närvarande sitt samarbete med MANAC Chemical Partners Co., Ltd. för att kommersialisera dessa forskningsresultat.
Mer information: Mohamed S. H. Salem et al, Ljusinducerad autooxidation av aldehyder till persyror och karboxylsyror, Green Chemistry (2023). DOI:10.1039/D3GC02951D
Journalinformation: Grön kemi
Tillhandahålls av Osaka University
