I ricercatori dell’Università di Osaka e i partner che hanno collaborato hanno sviluppato un catalizzatore economico per un’importante trasformazione chimica, che potrebbe ispirare ulteriori sforzi di riduzione dei costi nell’industria chimica.
Ora, in uno studio recentemente pubblicato su Chemistry – a European Journal, i ricercatori dell’Università di Osaka e i partner che hanno collaborato hanno affrontato questa esigenza nel loro lavoro su una trasformazione chimica utile a livello industriale. Le condizioni di reazione semplici e delicate qui descritte possono ispirare i ricercatori che lavorano per ridurre l’uso di metalli costosi nel maggior numero possibile di reazioni chimiche.
I cosiddetti metalli nobili sono materiali particolarmente versatili. Ad esempio, il palladio è il metallo preferito per catalizzare la trasformazione chimica – la conversione dei nitrili in ammine primarie – un passaggio comune nella produzione di nylon e plastica. Tuttavia, questi minerali sono rari e costosi. Le alternative basate su metalli comuni come il nichel possono essere catalizzatori più economici. Sfortunatamente, molti metalli poco costosi richiedono condizioni sperimentali difficili, come pressioni e temperature elevate, per la suddetta trasformazione chimica. Determinare se il carburo di nichel presenta gli stessi limiti e, in caso contrario, valutare la gamma di trasformazioni chimiche possibili con questo catalizzatore, era l'obiettivo dello studio del gruppo di ricerca.
«Nel nostro lavoro, abbiamo studiato in modo esauriente la chimica di reazione alla base di un nuovo catalizzatore eterogeneo di nanoparticelle di carburo di nichel per l’idrogenazione selettiva dei nitrili in ammine primarie», spiega Sho Yamaguchi, autore principale dello studio. “La gamma di substrati è ampia: molti nitrili eterociclici aromatici e alifatici possono subire questa trasformazione”.
Ci sono molti vantaggi per un catalizzatore di ricerca. Innanzitutto, nonostante le blande condizioni di reazione richieste – 1 atm di idrogeno e una temperatura relativamente bassa di circa 150 °C – il catalizzatore mostra ancora un’attività equivalente a 4 volte quella delle semplici nanoparticelle di nichel. In secondo luogo, lo stimolatore era riutilizzabile: almeno 3 volte. In terzo luogo, le rese della reazione erano elevate: fino al 99%.
“Siamo entusiasti che la nostra ricerca contribuirà a ridurre l’uso di metalli costosi e a semplificare la configurazione sperimentale per una classe comune di strutture chimiche”, afferma il ricercatore capo Tomo Mizugaki. “Inoltre, i nostri calcoli teorici forniscono spunti che ci aiuteranno a migliorare il catalizzatore per ulteriori applicazioni”.
Questo lavoro rappresenta un importante passo avanti per aumentare la sostenibilità di una classe di reazioni chimiche necessarie per produrre medicinali e molti altri prodotti di uso quotidiano. Poiché il catalizzatore al nichel è molto più economico del metallo nobile e poiché le procedure sperimentali richieste sono semplici, le possibili applicazioni per ulteriori trasformazioni chimiche dovrebbero essere semplici.
Grafico 1
(a) Immagine del catalizzatore nano-Ni3C/Al2O3. (b) Immagine al microscopio elettronico a trasmissione di nano-Ni3C/Al2O3. (c) Idrogenazione del nitrile in benzilammina utilizzando un catalizzatore di nanoparticelle Ni3C o Ni e ambito del substrato per l'idrogenazione catalizzata da nanoparticelle Ni3C/Al2O3.
Credito: 2024 Yamaguchi et al., Catalizzatore di nanoparticelle di carburo di nichel per l'idrogenazione selettiva di nitrili in ammine primarie, Chimica – Rivista europea
Immagine 2.
Idrogenazione di vari nitrili utilizzando un catalizzatore nano-Ni3C/Al2O3 a 1 bar di H2.
Credito: 2024 Yamaguchi et al., Catalizzatore di nanoparticelle di carburo di nichel per l'idrogenazione selettiva di nitrili in ammine primarie, Chimica – Rivista europea
L'articolo, “Catalizzatore di nanoparticelle di carburo di nichel per l'idrogenazione selettiva di nitrili in ammine primarie”, è stato pubblicato su Chemistry – a European Journal presso DOI: https://doi.org/10.1002/chem.202303573.
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