Onderzoekers van de Nagoya University hanteren een niet-intuïtieve benadering van metaalkatalyse voor selectieve omzetting van biomassa in hoogwaardige chemische producten onder milde omstandigheden.

De onzekere toekomst van oliegrondstoffen en de druk op het milieu dwingen de chemische industrie om zich aan te passen en nieuwe hernieuwbare bronnen te vinden om haar activiteiten te ondersteunen. Biomassa uit onder meer hout, agrarisch afval, en zelfs menselijk afval, vertegenwoordigt een algemeen beschikbare hernieuwbare grondstof die nog niet volledig is aangeboord. Het probleem is dat de meeste biomassa een warboel is van verschillende chemicaliën, die moeilijk te scheiden en te gebruiken zijn in hoogwaardige producten zoals kunststoffen en farmaceutica.

Carbonzuren zijn een van de meest voorkomende chemische groepen in biomassa, en hun chemische reacties zijn in deze mengsels bijzonder moeilijk te beheersen. De momenteel gebruikte "katalytische hydrogenering" met metaalkatalysatoren kan de zuren omzetten in meer bruikbare alcoholgroepen, maar draagt ​​ook bij aan de complexiteit van de biomassa vanwege andere nevenreacties en ontleding van de katalysator.

Erkennend de noodzaak van meer selectieve transformaties van carbonzuurgroepen, een team van de Universiteit van Nagoya onderzocht een andere chemische benadering van de katalyse van biomassa.

"Traditioneel, laagwaardige overgangsmetaalcomplexen worden gebruikt voor de hydrogenering van carbonzuren. Maar we vonden een betere selectiviteit onder mildere omstandigheden met behulp van een hoogwaardig complex, die naast het carbonzuur ook koolstof-waterstofbindingen aanviel, ", zegt hoofdauteur Masayuki Naruto.

Hydrogenering is in wezen een reductie, waarbij het metaal de overdracht van elektronen naar het carbonzuur katalyseert. Metalen met een lage valentie zijn rijk aan elektronen, waardoor ze de voor de hand liggende keuze zijn voor de hydrogenering van carbonzuren. Echter, het team toonde aan dat metalen met een hoge valentie ook via een andere route met de carbonzuren kunnen reageren, die een veel betere controle over de reactiviteit bood.

"Het idee dat hoogwaardige overgangsmetalen effectief zijn voor dit soort reacties, gaat misschien tegen de traditionele wijsheid in, maar we hebben het potentieel van deze aanpak aangetoond om hoogwaardige chemische producten te maken uit biomassa, ", zegt groepsleider Susumu Saito. "Hoewel, de rheniummetaalkatalysator die we hier gebruikten is vrij duur, we kijken nu naar het recyclen van de katalysator en alternatieve wolfraam- en molybdeenkatalysatoren, dat zou dit een echt economisch haalbare aanpak moeten maken om in de toekomst bruikbare producten uit biomassa te halen."