Nachhaltigere Zukunft für Äther dank heterogener Katalyse

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Japanische Forscher berichten über Platin-Molybdän-Katalysator mit Zirkoniumoxid-Träger für Herstellung unsymmetrischer Ether aus Estern

Die Optimierung chemischer Prozesse, um sicherzustellen, dass sie umweltfreundlich und nachhaltig sind, wird immer wichtiger, und Katalysatoren spielen eine Schlüsselrolle, da sie Reaktionen effizienter machen können. Forscher der Universität Osaka haben einer Medienmitteilung vom 24.02.2022 einen Platin-Molybdän-Katalysator mit Zirkoniumoxid-Träger vorgestellt, der die selektive Umwandlung von Estern in wertvolle unsymmetrische Ether fördert. Ihre Ergebnisse wurden in JACS Au open access veröffentlicht.

Platin-Molybdän-Katalysator auf Zirkonium – Foto © resou.osaka-u.ac.jp

Katalysatoren stehen seit langem im Mittelpunkt, wenn es darum geht, chemische Reaktionen zu beschleunigen, ihre Ausbeute zu verbessern und sie weniger verschwenderisch und energieeffizienter zu gestalten, was zu kostengünstigeren und umweltfreundlicheren Verfahren führt.

Ether (umgangssprachl. „Äther“) sind organische Moleküle, die in einer Reihe von Produkten wie Parfüms, Kraftstoffen und Arzneimitteln verwendet werden. Sie enthalten ein Sauerstoffatom, das man sich als Brücke zwischen zwei Teilen vorstellen kann. Wenn die Teile gleich sind, gelten sie als symmetrisch; sind sie unterschiedlich, sind sie unsymmetrisch. Die derzeitigen Wege zu unsymmetrischen Ethern haben verschiedene Einschränkungen. So sind für einige spezielle Ausgangsstoffe erforderlich, bei anderen fallen große Mengen an Abfall an, und einige erfordern Bedingungen – wie etwa hohen Druck -, deren Herstellung teuer und/oder umweltschädlich ist.

Die Verwendung von Wasserstoff zur Umwandlung von Estern in Ether durch direkte Hydrodeoxygenierung kann man sich so vorstellen, dass ein Wasserstoffmolekül (H2) ein Sauerstoffatom aus dem Ester entnimmt und den Ether und ein Wassermolekül (H2O) übrig lässt. Dieser Vorgang ist sowohl effizient als auch sauber; daher hat die Entwicklung von Katalysatoren, die diese Reaktion unter milden Bedingungen fördern, erhebliche Vorteile.

„Mit unserem Platin-Molybdän-Katalysator mit Zirkoniumoxid-Träger konnten wir unter milden Bedingungen und unter Verwendung von Wasserstoffmolekülen gute Ausbeuten von über 20 unsymmetrischen Ethern erzielen“, erklärt Sho Yamaguchi, Mitautor der Studie. „Das ist sehr ermutigend, denn es gibt zahlreiche natürlich vorkommende und kostengünstige Ester, die zu wertvolleren Etherprodukten verarbeitet werden können.“

Der Katalysator ließ sich leicht von den Reaktionsgemischen trennen und konnte ohne Aktivitätsverlust wiederverwendet werden. Er funktionierte auch, wenn der Wasserstoff unter Atmosphärendruck stand. Darüber hinaus zeigten die Forscher, dass es möglich war, ein bestimmtes Triglycerid aus Biomasse in den entsprechenden Triether umzuwandeln. Da es sich bei Biomasse um eine erneuerbare Ressource handelt, bieten Prozesse, die für aus Biomasse gewonnene Materialien geeignet sind, nachhaltige Lösungen.

„Unser Katalysator hat ein erhebliches Potenzial für die umweltfreundliche und nachhaltige Produktion von unsymmetrischen Ethern“, sagt der Autor der Studie, Tomoo Mizugaki. „Wenn wir weiterhin die Vielfalt der heute verfügbaren Produkte genießen und die Entwicklung in dem gewohnten Tempo fortsetzen wollen, werden Katalysatoren wie der unsere der Schlüssel zu einer effizienten und sauberen Zukunft sein.“

Abstract aus ACS Publications

Die katalytische Hydrodeoxygenierung (HDO) von Carbonylsauerstoff in Estern unter Verwendung von H2 ist eine attraktive Methode zur Synthese unsymmetrischer Ether, da theoretisch nur Wasser als Koprodukt anfällt. Hierin berichten wir über ein heterogenes katalytisches System für die selektive HDO von Estern zu unsymmetrischen Ethern an einem Platin-Molybdän-Katalysator (Pt-Mo/ZrO2) auf Zirkoniumoxidbasis. Unter milden Reaktionsbedingungen (0,5 MPa H2 bei 100 °C) wurde eine breite Palette von Estern in die entsprechenden unsymmetrischen Ether umgewandelt. Der Pt-Mo/ZrO2-Katalysator wurde auch erfolgreich bei der Umwandlung eines aus Biomasse gewonnenen Triglycerids in den entsprechenden Triether eingesetzt. Physikalisch-chemische Charakterisierung und Kontrollexperimente zeigten, dass die kooperative Katalyse zwischen Pt-Nanopartikeln und benachbarten Molybdänoxid-Spezies auf der ZrO2-Oberfläche eine Schlüsselrolle bei der hochselektiven HDO von Estern spielt. Dieses Pt-Mo/ZrO2-Katalysatorsystem bietet eine hocheffiziente Strategie für die Synthese unsymmetrischer Ether und erweitert das Spektrum nachhaltiger Reaktionsprozesse.

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