I ricercatori della Nagoya University adottano un approccio non intuitivo alla catalisi dei metalli per la conversione selettiva della biomassa in prodotti chimici di alto valore in condizioni miti.

Il futuro incerto delle materie prime petrolifere e la pressione ambientale stanno costringendo l'industria chimica ad adeguarsi ea trovare nuove fonti rinnovabili per sostenere le proprie attività. Biomassa da fonti tra cui legno, rifiuti agricoli, e anche spazzatura umana, rappresenta una materia prima rinnovabile ampiamente disponibile che deve ancora essere completamente sfruttata. Il problema è che la maggior parte della biomassa è un pasticcio di sostanze chimiche diverse, difficili da separare e utilizzare in prodotti di alto valore come materie plastiche e prodotti farmaceutici.

Gli acidi carbossilici sono uno dei gruppi chimici più comuni nella biomassa, e le loro reazioni chimiche sono particolarmente difficili da controllare in queste miscele. L'"idrogenazione catalitica" attualmente utilizzata con catalizzatori metallici può trasformare gli acidi in gruppi alcolici più utili, ma aumenta anche la complessità della biomassa a causa di altre reazioni collaterali e della decomposizione del catalizzatore.

Riconoscendo la necessità di trasformazioni più selettive dei gruppi di acidi carbossilici, un team dell'Università di Nagoya ha esplorato un diverso approccio chimico alla catalisi della biomassa.

"Tradizionalmente, complessi di metalli di transizione a bassa valenza vengono utilizzati per l'idrogenazione degli acidi carbossilici. Ma abbiamo trovato una migliore selettività in condizioni più miti usando un complesso ad alta valenza, che attaccava anche i legami carbonio-idrogeno vicino all'acido carbossilico, ", afferma l'autore principale Masayuki Naruto.

L'idrogenazione è essenzialmente una riduzione, durante il quale il metallo catalizza il trasferimento di elettroni all'acido carbossilico. I metalli a bassa valenza sono ricchi di elettroni, che li rende la scelta ovvia per l'idrogenazione degli acidi carbossilici. Però, il team ha dimostrato che i metalli ad alta valenza potrebbero anche reagire con gli acidi carbossilici attraverso un percorso diverso, che offriva un controllo molto migliore sulla reattività.

"L'idea che i metalli di transizione ad alta valenza siano efficaci per questo tipo di reazione potrebbe andare contro la saggezza tradizionale, ma abbiamo mostrato il potenziale di questo approccio per realizzare prodotti chimici di alto valore dalla biomassa, " dice il leader del gruppo Susumu Saito. "Anche se, il catalizzatore metallico di renio che abbiamo usato qui è piuttosto costoso, ora stiamo cercando di riciclare il catalizzatore e catalizzatori alternativi al tungsteno e al molibdeno, il che dovrebbe rendere questo approccio davvero economicamente fattibile per ottenere prodotti utili dalla biomassa in futuro".