Science >> Wetenschap >  >> Chemie

Een goedkope vervanger voor duur metaal in een industrieel gebruikelijke chemische reactie

(a) De foto van nano-Ni3 C/Al2 O3 katalysator. (b) Transmissie-elektronenmicroscoopopname van nano-Ni3 C/Al2 O3 . (c) Hydrogenering van nitril tot benzylamine met behulp van nano-Ni3 C- of Ni-nanodeeltjeskatalysator, en de substraatscope voor de nitrilhydrogenering gekatalyseerd door nano-Ni3 C/Al2 O3 . Credit:2024 Yamaguchi et al., Nickel Carbide Nanoparticle Catalyst for Selective Hydrogenation of Nitriles to Primary Amines, Chemistry – A European Journal

De chemische industrie gebruikt doorgaans zeldzame, dure metalen om farmaceutische producten en andere essentiële stoffen te produceren. Het vervangen van deze metalen waar mogelijk door overvloedigere, goedkopere vervangers zou de ecologische duurzaamheid ten goede komen, de kosten verlagen en het risico op verstoringen van de toeleveringsketen minimaliseren.



Dat blijkt uit een onderzoek gepubliceerd in Chemistry—A European Journal hebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka en samenwerkende partners in deze behoefte voorzien in hun werk aan een industrieel bruikbare chemische transformatie. De eenvoudige, zachte reactieomstandigheden die hier worden gerapporteerd, kunnen onderzoekers inspireren die eraan werken het gebruik van dure metalen voor zoveel mogelijk chemische reacties te verminderen.

Vooral zogenaamde edelmetalen zijn veelzijdige materialen. Palladium is bijvoorbeeld een metaal bij uitstek voor het katalyseren van een chemische transformatie (het omzetten van nitrillen in primaire aminen) die een veel voorkomende stap is bij de productie van nylon en kunststoffen. Dergelijke metalen zijn echter zeldzaam en kostbaar.

Vervangingsmiddelen op basis van gewone metalen zoals nikkel zouden goedkopere katalysatoren kunnen zijn. Helaas vereisen veel goedkope metalen uitdagende experimentele omstandigheden, zoals hoge drukken en temperaturen, voor de eerder genoemde chemische transformatie. Bepalen of nikkelcarbide dezelfde beperkingen heeft – en zo niet, het evalueren van de reikwijdte van de chemische transformaties die mogelijk zijn met deze katalysator – was het doel van de studie van het onderzoeksteam.

Hydrogenering van verschillende nitrillen met behulp van nano-Ni3 C/Al2 O3 katalysator onder 1 bar H2 . Credit:2024 Yamaguchi et al., Nickel Carbide Nanoparticle Catalyst for Selective Hydrogenation of Nitriles to Primary Amines, Chemistry – A European Journal

"In ons werk bestuderen we grondig de reactiechemie die ten grondslag ligt aan een nieuwe heterogene katalysator van nikkelcarbide nanodeeltjes voor selectieve hydrogenering van nitrillen tot primaire aminen", legt Sho Yamaguchi, hoofdauteur van het onderzoek, uit. "Het substraatbereik is breed:veel soorten heteroaromatische en alifatische nitrillen kunnen deze transformatie ondergaan."

Er zijn verschillende voordelen van de katalysator van de onderzoekers:

  1. Ondanks de milde vereiste reactieomstandigheden (1 atmosfeer waterstofdruk en een relatief lage temperatuur van ongeveer 150°C) vertoonde de katalysator nog steeds vier keer de activiteit van eenvoudige nikkelnanodeeltjes.
  2. De katalysator was herbruikbaar:minstens drie keer.
  3. De reactieopbrengsten waren hoog:tot 99%.

"We zijn enthousiast omdat ons onderzoek het gebruik van dure metalen zal helpen minimaliseren en de experimentele opzet van een gemeenschappelijke klasse van chemische syntheses zal vereenvoudigen", zegt Tomoo Mizugaki, senior auteur. "Bovendien bieden onze theoretische berekeningen inzichten die ons zullen helpen de katalysator te optimaliseren voor aanvullende toepassingen."

Dit werk is een belangrijke stap voorwaarts in het vergroten van de duurzaamheid van een klasse chemische reacties die nodig zijn voor het synthetiseren van farmaceutische producten en vele andere alledaagse producten. Omdat de nikkelkatalysator veel goedkoper is dan een edelmetaal, en de vereiste experimentele procedures eenvoudig zijn, zouden haalbare toepassingen voor verdere chemische transformaties eenvoudig moeten zijn.

Meer informatie: Sho Yamaguchi et al, Nikkelcarbide-nanodeeltjeskatalysator voor selectieve hydrogenering van nitrillen tot primaire aminen, Chemistry – A European Journal (2024). DOI:10.1002/chem.202303573

Journaalinformatie: Chemie – een Europees tijdschrift

Aangeboden door de Universiteit van Osaka




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Sint-jakobsschelpen hebben 200 ogen, die functioneren als een telescoop:studie
  2. Hoe een extra-klok ultradiaanse hersenoscillator de circadiane tijdwaarneming ondersteunt
  3. Oorsmeer zoals ijskernen - ontsluiten het verleden verborgen in oordopjes voor walvissen
  4. NASA helpt tijgers, jaguars en olifanten te beschermen – zo doe je dat
  5. Hoe communiceren de lever en de nieren en welke hormonen worden gebruikt?
  6. Doorbraak in genetisch onderzoek om gerstproductie te stimuleren
  7. Hoeveel energie verbruikt een dolfijn om te zwemmen?
  8. Wat is Ceramide?
  9. Zeldzame trofische eieren achter het succes van slangenkopvissen?

Wetenschap