12.02.2021 - Nagoya University

Industrielle Verbindung erhält umweltfreundliche Reaktion

Wissenschaftler haben Katalysatoren gefunden, die eine wichtige industrielle Reaktion verbessern und umweltfreundlicher machen

Wissenschaftler der Nagoya University haben eine chemische Reaktion entwickelt, die hohe Ausbeuten einer Verbindung produziert, die in einer Vielzahl von Industrien verwendet wird, ohne hohe Temperaturen oder giftige Katalysatoren zu benötigen. Der Ansatz wurde in der Zeitschrift ACS Catalysis beschrieben und bietet eine praktische und nachhaltige Lösung für die industrielle (Meth)acrylat- (= Acrylat- oder Methacrylat-) Estersynthese.

(Meth)acrylatester werden in industriellen Beschichtungen und Mauerwerken sowie zur Herstellung von Kunststoffen, Farbstoffen und Klebstoffen verwendet. Doch der chemische Prozess zu ihrer Herstellung aus Methyl(meth)acrylaten ist mit hohen Temperaturen, langen Reaktionszeiten und giftigen Verbindungen verbunden. Außerdem kann es zu unerwünschten Nebenreaktionen kommen.

Wissenschaftler, darunter Professor Kazuaki Ishihara von der Universität Nagoya und seine Kollegen, haben an der Verbesserung dieses Prozesses gearbeitet, um ihn umweltfreundlicher zu machen. Konkret arbeiteten sie an der Verbesserung des Katalysators, der an der chemischen Reaktion beteiligt ist, die Methyl(meth)acrylate in (Meth)acrylatester umwandelt, genannt Umesterung.

"Millionen von Tonnen (Meth)acrylatester werden jährlich produziert und gehören zu den wichtigsten hergestellten Chemikalien überhaupt", sagt Ishihara. "Durch ihre Umesterung mit Alkohol und einem Katalysator werden ihre Eigenschaften fein abgestimmt, so dass eine breite Palette von (Meth)acrylatestern entsteht."

Ishihara und seine Kollegen fanden heraus, dass die sterisch sperrigen Natrium- und Magnesium-Aryloxide sehr gut als ungiftige Alternativen funktionieren. Sie katalysierten die Umesterung von Methyl(meth)acrylaten bei der relativ milden Temperatur von 25 °C und produzierten hohe Ausbeuten eines breiten Spektrums von (Meth)acrylatestern, abhängig von der Art des in der Reaktion verwendeten Alkohols.

Das Team führte auch Computerberechnungen durch, um die Details der chemischen Reaktion aufzudecken. Dabei zeigte sich, dass die Reaktion eine hohe Chemoselektivität aufwies, d. h., sie verlief so, wie die Wissenschaftler es wollten, ohne unerwünschte Nebenreaktionen auszulösen.

"Unser Umesterungsprozess ist ein praktischer und nachhaltiger Kandidat für die industrielle (Meth)acrylatester-Synthese, da er eine ausgezeichnete Chemoselektivität, hohe Ausbeuten, milde Reaktionsbedingungen und das Fehlen jeglicher toxischer Metallsalze bietet", sagt Ishihara.

Als nächstes will das Team mit Kollegen aus der Industrie zusammenarbeiten, um ihren Ansatz in der (Meth)acrylatester-Produktion einzusetzen. Außerdem wollen sie weiter nach effizienten Katalysatoren für die Umesterung von Methyl(meth)acrylaten suchen und recycelbare Katalysatoren entwickeln.

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