Nowy fotokatalizator umożliwia skuteczną redukcję estrów za pomocą światła niebieskiego

Za słodki zapach truskawek i innych owoców odpowiada związek chemiczny zwany estrem, który występuje także w wielu tłuszczach i poliestrach. Wszechobecny związek można rozbić w celu wytworzenia pożądanych alkoholi i innych substancji chemicznych do zastosowania w różnych gałęziach przemysłu, w tym w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym, ale proces ten może być kosztowny, zarówno pod względem finansowym, jak i środowiskowym.

Teraz zespół naukowców z Narodowych Instytutów Nauk Przyrodniczych (NINS) w Japonii opracował nowe podejście wykorzystujące światło jako źródło energii. Opublikowali swoje ustalenia 14 czerwca w Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.

W pozornie sprzecznym z intuicją kroku, mającym na celu rozbicie lub redukcję estrów chemicznych, naukowcy w rzeczywistości dodają do związku elektrony. Dodatek elektronów zmusza grupy tworzące ester do redukcji do bardziej zasadowych składników. Tradycyjne metody redukcji estrów wymagają nadmiernej ilości wysoce reaktywnych minerałów, które są trudne w obróbce.

Obecnie naukowcy badają zastosowanie zrównoważonych fotokatalizatorów. Wiadomo, że fotokatalizatory, czyli katalizatory aktywujące się po wzbudzeniu światłem, zwiększają transfer elektronów pomiędzy katalizatorem a związkami organicznymi bez stosowania wysoce reaktywnych metalicznych redukentów.

Konwencjonalne fotokatalizatory, które obejmują drogie, nieodnawialne metale szlachetne, redukują ograniczoną ilość związków organicznych, zazwyczaj dodając do związków tylko jeden elektron. Proces ten nazywa się transferem pojedynczego elektronu (SET) i należy go kontynuować kilkukrotnie, aż do dodania wymaganej liczby elektronów, aby osiągnąć zamierzoną redukcję estrów.

„W ciągu ostatniej dekady reakcje fotokatalityczne zyskały znaczną uwagę jako pożądane metody odpowiednie do realizacji celów zrównoważonego rozwoju Organizacji Narodów Zjednoczonych (SDG) w syntezie organicznej” – powiedział współautor Shintaro Okumura, adiunkt w Instytucie Nauk Molekularnych (IMS) . ) z NIN.

„Fotokatalizatory sprzyjają reakcjom redoks wykorzystującym światło widzialne jako źródło energii przy braku redukentów metalicznych. Jednakże reakcje fotokatalityczne w procesie przeniesienia wieloelektronowego są mniej rozwinięte, dlatego fotokatalityczna redukcja estrów do alkoholi, która wymaga czterech elektronów, jest konieczna. pozostaje nieopracowany. „Katalityczna redukcja estrów do alkoholi jest ogromnym wyzwaniem, ponieważ wymaga bezprecedensowego czwartorzędowego procesu kaskadowego SET” – powiedział Okumura.

Aby osiągnąć ten poczwórny proces SET, naukowcy opracowali nowy fotokatalizator, który nazwali „N-BAP”. Po napromieniowaniu niebieskim światłem fotokatalizator inicjuje reakcję, w wyniku której powstaje grupa chemiczna, która reaguje z wodą i drugą grupą chemiczną na bazie węgla. Po dodaniu szczawianu, ujemnie naładowanej cząsteczki powszechnie występującej w przyrodzie, w wyniku reakcji można szybko dodać cztery elektrony, dając pożądane alkohole.

„Połączenie katalizatora N-BAP ze szczawianem jako bezśladowym reduktorem umożliwia szybką sekwencyjną redukcję czterech elektronów z estrów w celu wygenerowania anionów karbinolu, a następnie protonowanie w celu uzyskania alkoholi” – powiedział Okumura.

„Prace te mogą utorować drogę nowej transformacji estrów i oczekuje się, że przyczynią się do powstania zrównoważonego społeczeństwa jako ekologiczna synteza organiczna odpowiednia do celów zrównoważonego rozwoju”.