Eine süße Reaktion: Mikrowellen könnten die Nachhaltigkeit der chemischen Industrie erhöhen

Diese Arbeit wird dazu beitragen, den Einsatz fossiler Ressourcen in der industriellen Chemieproduktion zu minimieren

08.02.2023 - Japan

Mit Ausnahme von Metallen wird ein Großteil der chemischen Industrie aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Die Verwendung erneuerbarer Biomasse und sogar von Ein-Kohlenstoff-Quellen - wie Formaldehyd - ist notwendig, um die Nachhaltigkeit der chemischen Industrie zu erhöhen.

In einer kürzlich in RSC Advances veröffentlichten Studie haben Forscher der Universität Osaka die Mikrowellenbestrahlung genutzt, um die Eignung der Formosereaktion als Quelle für Vorprodukte für die industrielle Chemikalienproduktion zu verbessern.

Eine klassische chemische Synthese aus Formaldehyd ist die Formosereaktion, bei der ein komplexes Gemisch aus Zuckern und Zuckeralkoholen entsteht. Komplexe Produktgemische sind für Chemiker nicht unbedingt nützlich, da sie oft eine reine Substanz, z. B. einen einzelnen Zucker, für nachfolgende chemische Reaktionen benötigen. Es gibt nur wenige Berichte über die Verwendung der Formosereaktion zur Herstellung von reinen Zuckern oder Zuckeralkoholen, die eine große Anzahl - z. B. sechs oder mehr - Kohlenstoffatome enthalten. Es gibt keine Berichte, die eindeutig beschreiben, wie dies mit Hilfe von Mikrowellenbestrahlung, einem gängigen und umweltfreundlichen Mittel zur Beschleunigung und Erhöhung der Selektivität chemischer Reaktionen, geschieht. Die Forscher wollten mit Hilfe der Mikrowellenbestrahlung den Nutzen der Formosereaktion in der chemischen Industrie erhöhen.

"Die chemische Industrie hat ein Nachhaltigkeitsproblem, und die Verwendung von Formaldehyd als Vorprodukt für die chemische Synthese kann zur Lösung dieses Problems beitragen", erklärt Akihito Hashidzume, Hauptautor der Studie. "Unsere Aktualisierungen der Formosereaktion erhöhen ihren Nutzen für nachfolgende chemische Synthesen erheblich".

Die Forscher sind die ersten, die über das Ergebnis berichten, wenn eine Formaldehydlösung und ein Kalziumhydroxid-Katalysator einer einminütigen Mikrowellenbestrahlung bei 150°C ausgesetzt werden. Fünf Milliliter des Reaktanten wurden in eine Mischung umgewandelt, die aus zwei Zuckern besteht: einer mit sechs Kohlenstoffatomen (Hexose) und der andere mit sieben Kohlenstoffatomen (Heptose). Ohne Zersetzung in kleinere Produkte lag die Reaktionsausbeute bei nahezu 100 %.

"Wir vermuten, dass die Formosereaktion in unserem System im Wesentlichen auf der Oberfläche der Kalziumhydroxid-Kristallite in der Reaktionsmischung abläuft", sagt Hashidzume. "Da die Formosereaktion auch auf Mineral- oder Meteoritenoberflächen ablaufen kann, hat unsere Arbeit auch faszinierende mögliche Auswirkungen auf das Verständnis der präbiotischen Zuckersynthese."

Mit dieser Arbeit ist es gelungen, den Nutzen der Formosereaktion für die chemische Industrie zu erweitern, die Reaktion zu beschleunigen und ein Gemisch aus nur zwei Produkten zu erzeugen, das leicht gereinigt werden kann. Das einfache Reaktionsdesign, über das hier berichtet wird, wird den Forschern helfen, die Nachhaltigkeit der Produktion von chemischen Rohstoffen zu verbessern, was von unschätzbarem Wert sein wird, wenn eine Skalierung auf größere Reaktionsvolumina erreicht werden kann.

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