Door de elementaire scheikunde uit het leerboek in herinnering te roepen, hebben RIKEN-onderzoekers een betere vaste katalysator ontwikkeld voor de productie van belangrijke industriële chemicaliën die bekend staan ​​als esters. Deze vooruitgang belooft de productie van brandstoffen, geneesmiddelen, harsen, verven, lijmen en parfums.

Esters vormen in de chemische reactie tussen de hydroxyl (OH) groep van alcoholen en de carboxyl (COOH) groep van carbonzuren. Als deze groepen samenkomen, een watermolecuul (H ₂ O) wordt vrijgegeven, waardoor de rest van de alcohol- en carbonzuurmoleculen aan elkaar gebonden blijven als een ester. Veel scholieren voeren deze eenvoudige reactie uit tijdens hun eerste kennismaking met organische chemie.

Hoewel esters gemakkelijk in lage opbrengsten kunnen worden gemaakt, het is een uitdaging om ze te produceren met de hoge opbrengsten die de industrie nodig heeft. "Het bereiken van de volledige omzetting in esters is moeilijk, " merkt Yoichi Yamada van het RIKEN Centre for Sustainable Resource Science op. Verestering is een evenwichtsreactie - een reactie die in een toestand komt waarin zowel de voorwaartse als de omgekeerde reactie in hetzelfde tempo verlopen. De uitdaging is om de omgekeerde reactie te minimaliseren, zodat de productie van ester domineert.

Yamada en zijn collega's gingen de uitdaging aan door hun schoolboeken te onthouden. "We waren verrast toen we ontdekten dat kennis van cursussen organische chemie voor beginners ons hielp een nieuwe geavanceerde katalysator te ontwikkelen, " hij zegt.

De chemische basistheorie zegt dat een kleine verandering in de relatieve posities van twee groepen gebonden aan een ring van zes koolstofatomen de stabiliteit van een molecuul sterk kan beïnvloeden. Dit inspireerde de onderzoekers om de plaatsing van de groepen die ze in een eerdere maar onstabiele versie van hun katalysator hadden gebruikt, aan te passen. Het veranderen van de structuur van het belangrijkste uitgangsmateriaal produceerde een vaste katalysator die stabieler is, meer actief, herbruikbaar en robuust.

Deze nieuwe katalysator heeft het grote voordeel dat hij kan werken onder continue stroomomstandigheden. De alcohol en het carbonzuur worden in een kolom gepompt die is gevuld met het katalysatorpoeder, waardoor hoge opbrengsten van de gewenste ester uit het andere uiteinde kunnen stromen. Dit proces presteerde beter dan andere commerciële katalysatoren in proeven waarbij een op ester gebaseerde biobrandstof werd geproduceerd. In aanvulling, de katalysator is in massaproductie te produceren, zodat deze op grote schaal kan worden vervaardigd die de industrie nodig heeft.

Yamada gelooft dat de katalysator uiteindelijk een aanzienlijke impact kan hebben op de chemische industrie. "Alle bedrijven die organische chemicaliën produceren, zouden geïnteresseerd moeten zijn, " merkt hij op.