Bekend om hun uitstekende veelzijdigheid, primaire aminen (derivaten van ammoniak) zijn industrieel belangrijke verbindingen die worden gebruikt bij de bereiding van een breed scala aan kleurstoffen, wasmiddelen en medicijnen. Hoewel er veel pogingen zijn gedaan om hun synthese te verbeteren met behulp van katalysatoren die nikkel bevatten, palladium en platina, bijvoorbeeld, weinigen zijn erin geslaagd de vorming van secundaire en tertiaire aminen en andere ongewenste bijproducten te verminderen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hebben een zeer selectieve katalysator ontwikkeld die bestaat uit ruthenium-nanodeeltjes op niobiumpentoxide (Ru/Nb ₂ O ₅ ). In een studie gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , het team toonde aan dat Ru/Nb ₂ O ₅ kan primaire aminen produceren uit carbonylverbindingen met ammoniak (NH3) en diwaterstof (H2), met verwaarloosbare vorming van bijproducten.

De studie vergeleek de mate waarin verschillende katalysatoren furfural konden omzetten in furfurylamine in een proces dat bekend staat als reductieve aminering1. Deze reactie is een van de meest bruikbare methoden voor het produceren van primaire aminen op industriële schaal. De Ru/Nb ₂ O ₅ katalysator presteerde beter dan alle andere geteste typen - opmerkelijk, een opbrengst van 99% werd bereikt wanneer ammoniak in overmaat werd gebruikt.

Zelfs na drie keer recyclen, de Ru/Nb ₂ O ₅ katalysator behaalde consistente resultaten, met opeenvolgende opbrengsten van meer dan 90%. Men denkt dat de superieure katalytische efficiëntie te wijten is aan de zwakke elektronendonerende eigenschappen van ruthenium op de Nb ₂ O ₅ oppervlak (zie afbeelding 1).

Michikazu Hara van Tokyo Tech's Laboratory for Materials and Structures en zijn collega's onderzochten vervolgens hoe effectief de nieuwe katalysator biomassa (in de vorm van glucose) in 2, 5-bis(aminomethyl)furan, een monomeer voor de productie van aramide. Eerdere experimenten met een op nikkel gebaseerde katalysator leidden tot een opbrengst van ongeveer 50% uit glucose afgeleide grondstof (5-hydroxymethylfurfural). De nieuwe katalysator die in combinatie met een zogenaamd ruthenium-xantphos-complex werd gebruikt, leverde een opbrengst op van 93%. Met weinig tot geen bijproducten waargenomen, Ru/Nb ₂ O ₅ betekent een grote doorbraak in de schone, grootschalige productie van van biomassa afgeleide materialen.

Verdere studies om deze eerste bevindingen uit te breiden zijn al aan de gang. Door de grenzen van materiaalontwerp te verleggen, de onderzoekers zeggen dat Ru/Nb ₂ O ₅ kan de productie van milieuvriendelijke kunststoffen versnellen, rubber en hittebestendige aramidevezels2. In de toekomst, de Ru/Nb ₂ O ₅ katalysator kan ook van invloed zijn op de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen tegen kanker, antibacteriële middelen, pesticiden, landbouwchemicaliën, meststoffen, bio-oliën en biobrandstoffen.