Mikrowellenbestrahlung könnte die Nachhaltigkeit der chemischen Industrie erhöhen

Vieles, was die chemische Industrie produziert, mit Ausnahme von Metallen, stammt aus fossilen Ressourcen. Die Nutzung erneuerbarer Biomasse und sogar Ein-Kohlenstoff-Quellen wie Formaldehyd ist notwendig, um die Nachhaltigkeit der chemischen Industrie zu erhöhen.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in RSC-Fortschrittehaben Forscher der Universität Osaka Mikrowellenbestrahlung verwendet, um die Eignung der Formosereaktion als Quelle für Vorläufer für die industrielle Chemikalienproduktion zu verbessern.

Eine klassische chemische Synthese aus Formaldehyd ist die Formose-Reaktion, bei der ein komplexes Gemisch aus Zuckern und Zuckeralkoholen entsteht. Komplexe Produktgemische sind für Chemiker nicht unbedingt sinnvoll, da sie für nachfolgende chemische Reaktionen oft eine reine Substanz, zB einen einzigen Zucker, benötigen. Es gibt nur wenige Berichte über die Verwendung der Formose-Reaktion zur Herstellung reiner Zucker oder Zuckeralkohole, die eine große Anzahl – sechs oder mehr – von Kohlenstoffatomen enthalten. Es gibt keine Berichte, die die Verwendung von Mikrowellenbestrahlung, einem gängigen und umweltfreundlichen Mittel zur Beschleunigung und Erhöhung der Selektivität chemischer Reaktionen, eindeutig beschreiben. Das Ziel, das die Forscher zu erreichen versuchten, war die Verwendung von Mikrowellenbestrahlung, um den Nutzen der Formose-Reaktion in der chemischen Industrie zu verbessern.

„Die chemische Industrie hat ein Nachhaltigkeitsproblem, und die Verwendung von Formaldehyd als Vorläufer für die chemische Synthese kann helfen, dieses Problem zu lösen“, erklärt Akihito Hashidzume, Hauptautor der Studie. „Unsere Aktualisierungen der Formose-Reaktion tragen wesentlich zu ihrer Nützlichkeit in nachfolgenden chemischen Synthesen bei.“

Die Forscher sind die ersten, die über das Ergebnis berichten, wenn ein Reaktant aus einer Formaldehydlösung und ein Calciumhydroxid-Katalysator 1 Minute lang einer Mikrowellenbestrahlung bei 150 °C ausgesetzt werden. Fünf Milliliter Reaktant wurden in eine Mischung umgewandelt, die aus zwei Zuckern bestand: einer mit sechs Kohlenstoffatomen (Hexose) und der andere mit sieben Kohlenstoffatomen (Heptose). Ohne Zersetzung in kleinere Produkte betrug die Reaktionsausbeute nahezu 100 %.

„Wir nehmen an, dass die Formose-Reaktion in unserem System im Wesentlichen auf der Oberfläche von Calciumhydroxid-Kristallen in der Reaktionsmischung abläuft“, sagt Hashidzume. „Da die Formose-Reaktion auch auf Mineral- oder Meteoritenoberflächen ablaufen kann, hat unsere Arbeit auch faszinierende mögliche Auswirkungen auf das Verständnis der präbiotischen Synthese von Zuckern.“

Diese Arbeit gelang es, den Nutzen der Formose-Reaktion für die chemische Industrie zu erweitern, die Reaktion zu beschleunigen und eine Mischung aus nur zwei Produkten herzustellen, die leicht gereinigt werden kann. Das hier beschriebene unkomplizierte Reaktionsdesign wird Forschern helfen, die Nachhaltigkeit der Produktion chemischer Rohstoffe zu verbessern, was sich als unschätzbar erweisen wird, wenn eine Aufskalierung auf größere Reaktionsvolumina erreicht werden kann.