Het veelgebruikte stomerij- en ontvettingsoplosmiddel perc kan via een nieuwe, schone, veilige en goedkope procedure worden omgezet in bruikbare chemicaliën. De ontdekking van Kobe University met behulp van on-demand UV-activering kan de weg openen naar upcycling perc en zo bijdragen aan een duurzamere samenleving.

Organische synthese is de productie van nuttige chemicaliën, zoals medicijnen, uit andere beschikbare chemicaliën. Chemici gebruiken over het algemeen bronmaterialen om eenvoudige bouwstenen te creëren, zoals carbonaatesters, en deze te combineren tot steeds complexere structuren.

De uitgangsmaterialen hiervoor moeten reactief zijn, waardoor ze doorgaans ook giftig zijn, zoals het veelgebruikte fosgeen. Om deze reden zijn scheikundigen voortdurend op zoek naar nieuwe uitgangsmaterialen die veiliger en milieuvriendelijker zijn en tegelijkertijd hun reactiviteit behouden. Idealiter zouden ze overvloedige en veilige afvalstoffen willen gebruiken en er bruikbare producten van willen maken, zonder dat dat proces ook tot giftige bijproducten leidt.

De Kobe University-onderzoeksgroep van TSUDA Akihiko is gespecialiseerd in de ontwikkeling van organische synthese in één pot en flow met behulp van UV-licht.

Dergelijke reacties hebben de voordelen dat ze een gesloten omgeving bieden waarin onschadelijke bronmaterialen op verzoek door het hoogenergetische licht kunnen worden gefotoactiveerd, waardoor de noodzaak voor het aanschaffen of opslaan van mogelijk giftige bronmaterialen wordt geëlimineerd, en dat alle reactieve en dus mogelijk gevaarlijke producten kunnen onmiddellijk verder worden gereageerd met andere verbindingen, waardoor de noodzaak om ze te extraheren of het gevaar dat ze in het milieu terechtkomen wordt geëlimineerd.

Ze hebben nu voortgebouwd op hun ervaring en samengewerkt met de Japanse materiaalfabrikant AGC Inc. om hun proces te verfijnen. Samen richtten ze zich op een aantrekkelijk doelwit:het veelgebruikte ontvettings- en stomerijmiddel perc, of perchloorethyleen zoals chemici het noemen, dat niet schadelijk is en wereldwijd in grote hoeveelheden wordt geproduceerd.

Publicatie in The Journal of Organic Chemistry beschrijft het partnerschap tussen de academische wereld en de industrie een methode om perc om te zetten in carbonaatesters en chloroform, waardevolle bouwstenen voor verdere organische synthese, efficiënt en in grote hoeveelheden, zonder enige directe omgang met giftige bronmaterialen zoals fosgeen.

Tsuda legt uit:“Omdat perc niet-ontvlambaar en stabiel genoeg is om als oplosmiddel te worden gebruikt, heeft het gebruik ervan als grondstof voor organische synthese weinig aandacht gekregen. Met behulp van onze originele foto-on-demand organische synthesemethode zijn we er echter in geslaagd om de eerste keer dat we tegelijkertijd industrieel belangrijke carbonaten en chloroformen uit die bron verkrijgen."

Om de impact van hun systeem op het milieu verder te verminderen, testten ze bovendien het vervangen van conventionele kwiklampen die hoogenergetisch UV-licht uitstralen door LED-lampen die mild UV-licht genereren. Hoewel daarvoor enige aanpassing van het reactieproces nodig was, konden ze nog steeds met succes de gewenste producten synthetiseren, waardoor nog meer mogelijkheden ontstonden om de organische synthese duurzamer te maken.

Tsuda is hoopvol over de impact op het milieu van hun nieuwe ontwikkeling. Hij zegt:“Het is een veilige, goedkope, eenvoudige en milieuvriendelijke chemische reactie. Ik verwacht dat deze nieuwe methode voor het benutten en upcyclen van perc, die wereldwijd in grote hoeveelheden wordt gebruikt, een belangrijke stap zal zijn in de richting van het realiseren van een koolstofneutrale en duurzame samenleving.”

Meer informatie: Photo-on-Demand In Situ Synthese in één pot van carbonaatesters uit tetrachloorethyleen, The Journal of Organic Chemistry (2024). DOI:10.1021/acs.joc.3c02588

Aangeboden door Kobe University