Ongeveer 5% van de mondiale CO2-uitstoot is toe te schrijven aan de productie van chemicaliën die essentieel zijn voor het moderne leven. Het creëren van een duurzame oplossing voor één chemische reactie in het bijzonder – de auto-oxidatie van aldehyden – is voor onderzoekers al tientallen jaren een uitdaging.

Dat blijkt uit een onderzoek gepubliceerd in Green Chemistry hebben onderzoekers van de Universiteit van Osaka, het Shizuoka Institute of Science &Technology en samenwerkende partners dit probleem opgelost. Door middel van reactiekinetiek en wiskundige modellen bestudeerden ze de belangrijkste details van auto-oxidatie van aldehyden in verschillende oplosmiddelen, atmosferische omstandigheden en lichtbronnen. De geïdentificeerde milieuvriendelijke reactieomstandigheden kunnen dienen als inspiratie voor het verbeteren van andere industrieel gebruikelijke chemische syntheses.

Auto-oxidatie verwijst eenvoudigweg naar oxidatie in lucht bij typische temperaturen, zonder vlam- of vonkinvoer. Autoxidatie van een gewoon molecuul dat bekend staat als een aldehyde produceert bijvoorbeeld een molecuul dat bekend staat als een perzuur.

Perzuren zijn ongelooflijk nuttig omdat ze de omzetting van een breed scala aan moleculen kunnen katalyseren door middel van gevestigde chemie. Helaas zijn de reactieomstandigheden die gewoonlijk worden gebruikt om perzuren te produceren verspillend, vereisen ze gevaarlijke additieven of hebben ze andere fundamentele complicaties. Het optimaliseren van de duurzaamheid van de auto-oxidatie van aldehyden was het doel van de studie van het onderzoeksteam.

"In ons werk bestuderen we uitgebreid de reactiechemie die ten grondslag ligt aan de autooxidatie van aldehyden tot perzuren of carbonzuren", legt Mohamed Salem, hoofdauteur van het onderzoek, uit. "De experimentele opstelling is eenvoudig en geschikt voor syntheses op gramschaal."

De onderzoekers rapporteren 18 voorbeelden van snelle reacties van verschillende aldehyden tot perzuren, in een atmosfeer van zuivere zuurstof. Deze omstandigheden onderdrukten de voortdurende reactie tot carbonzuren.

Ze rapporteren bovendien 32 voorbeelden van langzame reacties van verschillende aldehyden tot carbonzuren via perzuurtussenproducten, in een normale atmosfeer. Sommige van deze 50 reacties verliepen het beste onder zonlicht, of als alternatief onder LED-licht.

Alle reacties vonden ongeveer bij kamertemperatuur en in veilige oplosmiddelen plaats. Dit werk is de eerste keer dat perzuren zijn gesynthetiseerd uit aldehyden met alleen zonlicht en zuurstof.

"We zijn enthousiast omdat ons onderzoek een al lang bestaand probleem met de perzuursynthese in de groene chemie oplost", zeggen Shinobu Takizawa en Masayuki Kirihara, senior auteurs. "Onze uitgebreide onderzoeken zullen onderzoekers helpen de unieke chemie te begrijpen die wordt verleend door verschillende functionele groepen in het uitgangsmateriaal."

Dit werk is een belangrijke stap voorwaarts in het oplossen van een voorheen lastig probleem in de perzuursynthese, dat de ecologische duurzaamheid van de productie van dergelijke moleculen heeft beperkt.

De geoptimaliseerde auto-oxidatiereactieomstandigheden die in dit onderzoek zijn geïdentificeerd, zijn toepasbaar op een breed scala aan gebruikelijke chemische uitgangsmaterialen. Omdat de procedures veilig en goedkoop zijn, moeten praktische toepassingen in diverse syntheses eenvoudig zijn.

Het onderzoeksteam versterkt momenteel de samenwerking met MANAC Chemical Partners Co., Ltd. om deze onderzoeksresultaten te commercialiseren.

Meer informatie: Mohamed S. H. Salem et al, Door licht geïnduceerde autooxidatie van aldehyden tot perzuren en carbonzuren, Groene chemie (2023). DOI:10.1039/D3GC02951D

Journaalinformatie: Groene chemie

Aangeboden door de Universiteit van Osaka