Conosciuti per la loro eccezionale versatilità, le ammine primarie (derivati ​​dell'ammoniaca) sono composti di importanza industriale utilizzati nella preparazione di un'ampia gamma di coloranti, detersivi e medicinali. Sebbene siano stati fatti molti tentativi per migliorare la loro sintesi utilizzando catalizzatori contenenti nichel, palladio e platino, Per esempio, pochi sono riusciti a ridurre la formazione di ammine secondarie e terziarie e altri sottoprodotti indesiderati.

Ora, ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hanno sviluppato un catalizzatore altamente selettivo costituito da nanoparticelle di rutenio supportate su pentossido di niobio (Ru/Nb ₂ oh ₅ ). In uno studio pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana , il team ha dimostrato che Ru/Nb ₂ oh ₅ è in grado di produrre ammine primarie da composti carbonilici con ammoniaca (NH3) e diidrogeno (H2), con trascurabile formazione di sottoprodotti.

Lo studio ha confrontato la misura in cui diversi catalizzatori potrebbero convertire il furfurale in furfurilammina in un processo noto come amminazione riduttiva1. Questa reazione è uno dei metodi più utili per produrre ammine primarie su scala industriale. Il Ru/Nb ₂ oh ₅ catalizzatore ha superato tutti gli altri tipi testati, notevolmente, una resa del 99% è stata ottenuta utilizzando ammoniaca in quantità eccessive.

Anche dopo tre ricicli, il Ru/Nb ₂ oh ₅ catalizzatore ha ottenuto risultati coerenti, con rese consecutive superiori al 90%. Si pensa che l'efficienza catalitica superiore sia dovuta alle deboli proprietà di donatore di elettroni del rutenio sull'Nb ₂ oh ₅ superficie (vedi Figura 1).

Michikazu Hara del Tokyo Tech's Laboratory for Materials and Structures e i suoi collaboratori hanno quindi esplorato l'efficacia con cui il nuovo catalizzatore potrebbe scomporre la biomassa (sotto forma di glucosio) in 2, 5-bis(amminometil)furano, un monomero per la produzione di aramide. Precedenti esperimenti utilizzando un catalizzatore a base di nichel hanno portato a una resa di circa il 50% dalla materia prima derivata dal glucosio (5-idrossimetilfurfurale). Il nuovo catalizzatore utilizzato in combinazione con un cosiddetto complesso rutenio-xantfos ha prodotto una resa del 93%. Con pochi o nessun sottoprodotti osservati, Ru/Nb ₂ oh ₅ rappresenta un importante passo avanti nel pulito, produzione su larga scala di materiali derivati ​​da biomasse.

Sono già in corso ulteriori studi per ampliare questi risultati iniziali. Spingendo i confini del design dei materiali, i ricercatori dicono che Ru/Nb ₂ oh ₅ può accelerare la produzione di materie plastiche rispettose dell'ambiente, gomma e fibre aramidiche resistenti al calore2. In futuro, il Ru/Nb ₂ oh ₅ catalizzatore può anche avere un impatto sullo sviluppo di nuovi farmaci antitumorali, antibatterici, pesticidi, prodotti agrochimici, fertilizzanti, bio-oli e biocarburanti.