Gli scienziati hanno scoperto un nuovo metodo per sintetizzare furan-2, Acido 5-dicarbossilico (FDCA) ad alta resa da un derivato del glucosio di cellulosa vegetale non alimentare, aprendo la strada alla sostituzione dell'acido tereftalico derivato dal petrolio con biomateriali nelle applicazioni di bottiglie di plastica.

L'industria chimica è sotto pressione per stabilire procedure chimiche efficienti dal punto di vista energetico che non generino sottoprodotti, e utilizzando risorse rinnovabili ove possibile. Gli scienziati ritengono che se le risorse provenienti da piante non alimentari possono essere utilizzate senza gravare sull'ambiente, contribuirà a sostenere i sistemi sociali esistenti.

È stato riportato che vari polimeri utili possono essere sintetizzati dal 5-(idrossimetil)furfurale (HMF), il biomateriale utilizzato in questo studio. Un'elevata resa di FDCA può essere ottenuta quando l'HMF viene ossidato in una soluzione diluita al di sotto del 2 percento in peso (percento in peso) con vari catalizzatori metallici supportati. Però, uno dei principali ostacoli all'applicazione industriale risiede nell'uso di una soluzione concentrata del 10-20% in peso, che è essenziale per una produzione efficiente e scalabile di FDCA nell'industria chimica. Quando l'HMF è stato semplicemente ossidato in una soluzione concentrata (10% in peso), il rendimento dell'FDCA era solo del 30% circa, e contemporaneamente si è formata una grande quantità di sottoprodotti solidi. Ciò è dovuto a complesse reazioni collaterali indotte dallo stesso HMF.

Nello studio pubblicato su Angewandte Chemie Edizione Internazionale , un gruppo di ricerca Giappone-Olanda guidato dal Professore Associato Kiyotaka Nakajima all'Università di Hokkaido e dal Professor Emiel JM Hensen all'Università di Tecnologia di Eindhoven è riuscito a sopprimere le reazioni collaterali e a produrre FDCA con alte rese da soluzioni concentrate di HMF (10~20 percento in peso) senza -formazione dei prodotti. Nello specifico, hanno prima acetalizzato HMF con 1, 3-propandiolo per proteggere i gruppi formil che inducono sottoprodotto e quindi HMF-acetale ossidato con un catalizzatore Au supportato.

Circa l'80% di 1, Il 3-propandiolo utilizzato per proteggere i gruppi formile può essere riutilizzato per le reazioni successive. Inoltre, il drastico miglioramento della concentrazione del substrato riduce la quantità di solventi utilizzati nel processo produttivo. Kiyotaka Nakajima afferma:"È significativo che il nostro metodo possa ridurre il consumo energetico totale richiesto per processi di lavorazione complessi per isolare il prodotto di reazione".

"Questi risultati rappresentano un significativo passo avanti rispetto allo stato dell'arte attuale, superare una limitazione intrinseca dell'ossidazione dell'HMF a un importante monomero per la produzione di biopolimeri. Il controllo della reattività del gruppo formile potrebbe aprire la porta alla produzione di prodotti chimici di base da biomateriali a base di zucchero, ", afferma Kiyotaka Nakajima. Questo studio è stato condotto in collaborazione con Mitsubishi Chemical Corporation.

Gli scienziati hanno scoperto un nuovo metodo per sintetizzare furan-2, Acido 5-dicarbossilico (FDCA) ad alta resa da un derivato del glucosio di cellulosa vegetale non alimentare, aprendo la strada alla sostituzione dell'acido tereftalico derivato dal petrolio con biomateriali nelle applicazioni di bottiglie di plastica.

L'industria chimica è sotto pressione per stabilire procedure chimiche efficienti dal punto di vista energetico che non generino sottoprodotti, e utilizzando risorse rinnovabili ove possibile. Gli scienziati ritengono che se le risorse provenienti da impianti non alimentari possono essere utilizzate senza gravare sull'ambiente, contribuirà a sostenere i sistemi sociali esistenti.

È stato riportato che vari polimeri utili possono essere sintetizzati dal 5-(idrossimetil)furfurale (HMF), il biomateriale utilizzato in questo studio. Un'elevata resa di FDCA può essere ottenuta quando l'HMF viene ossidato in una soluzione diluita al di sotto del 2 percento in peso (percento in peso) con vari catalizzatori metallici supportati. Però, uno dei principali ostacoli all'applicazione industriale risiede nell'uso di una soluzione concentrata del 10-20% in peso, che è essenziale per una produzione efficiente e scalabile di FDCA nell'industria chimica. Quando l'HMF è stato semplicemente ossidato in una soluzione concentrata (10% in peso), il rendimento dell'FDCA era solo del 30% circa, e contemporaneamente si è formata una grande quantità di sottoprodotti solidi. Ciò è dovuto a complesse reazioni collaterali indotte dallo stesso HMF.

Nello studio pubblicato su Angewandte Chemie Edizione Internazionale , un gruppo di ricerca Giappone-Olanda guidato dal Professore Associato Kiyotaka Nakajima all'Università di Hokkaido e dal Professor Emiel JM Hensen all'Università di Tecnologia di Eindhove è riuscito a sopprimere le reazioni collaterali e a produrre FDCA con alte rese da soluzioni concentrate di HMF (10~20 percento in peso) senza -formazione dei prodotti. Nello specifico, hanno prima acetalizzato HMF con 1, 3-propandiolo per proteggere i gruppi formile che inducono sottoprodotto e quindi HMF-acetale ossidato con un catalizzatore Au supportato.

Circa l'80% di 1, Il 3-propandiolo utilizzato per proteggere i gruppi formile può essere riutilizzato per le reazioni successive. Inoltre, il drastico miglioramento della concentrazione del substrato riduce la quantità di solventi utilizzati nel processo produttivo. Kiyotaka Nakajima afferma:"È significativo che il nostro metodo possa ridurre il consumo energetico totale richiesto per processi di lavorazione complessi per isolare il prodotto di reazione".

"Questi risultati rappresentano un significativo passo avanti rispetto allo stato dell'arte attuale, superare una limitazione intrinseca dell'ossidazione dell'HMF a un importante monomero per la produzione di biopolimeri. Il controllo della reattività del gruppo formile potrebbe aprire la porta alla produzione di prodotti chimici di base da biomateriali a base di zucchero, ", afferma Kiyotaka Nakajima. Questo studio è stato condotto in collaborazione con Mitsubishi Chemical Corporation.