Il richiamo della chimica di base da manuale ha consentito ai ricercatori RIKEN di sviluppare un catalizzatore solido migliore per la produzione di importanti sostanze chimiche industriali note come esteri. Questo progresso promette di avvantaggiare la produzione di combustibili, prodotti farmaceutici, resine, vernici, adesivi e profumi.

Gli esteri si formano nella reazione chimica tra il gruppo idrossile (OH) degli alcoli e il gruppo carbossilico (COOH) degli acidi carbossilici. Quando questi gruppi si combinano, una molecola d'acqua (H ₂ O) viene rilasciato, lasciando il resto delle molecole di alcol e acido carbossilico legate insieme come estere. Molti studenti delle scuole eseguono questa semplice reazione durante la loro prima introduzione alla chimica organica.

Sebbene gli esteri possano essere facilmente prodotti con basse rese, è difficile produrli con le rese elevate richieste dall'industria. "Raggiungere la conversione completa in esteri è difficile, " osserva Yoichi Yamada del RIKEN Center for Sustainable Resource Science. L'esterificazione è una reazione di equilibrio, che si stabilizza in uno stato in cui entrambe le reazioni diretta e inversa procedono alla stessa velocità. La sfida consiste nel ridurre al minimo la reazione inversa in modo che la produzione di estere domina.

Yamada e i suoi colleghi hanno affrontato la sfida ricordando i libri di scuola. "Siamo rimasti sorpresi nello scoprire che la conoscenza dei corsi di chimica organica per principianti ci ha aiutato a sviluppare un nuovo catalizzatore all'avanguardia, " lui dice.

La teoria chimica di base afferma che un piccolo cambiamento nelle posizioni relative di due gruppi legati a un anello di sei atomi di carbonio può influenzare notevolmente la stabilità di una molecola. Ciò ha ispirato i ricercatori a modificare il posizionamento dei gruppi che avevano utilizzato in una versione precedente ma instabile del loro catalizzatore. La modifica della struttura del materiale di partenza chiave ha prodotto un catalizzatore solido più stabile, più attivo, riutilizzabile e robusto.

Questo nuovo catalizzatore ha il grande vantaggio di poter lavorare in condizioni di flusso continuo. L'alcol e l'acido carbossilico vengono pompati in una colonna riempita con la polvere di catalizzatore, consentendo elevate rese dell'estere desiderato fuoriuscire dall'altra estremità. Questo processo ha superato altri catalizzatori commerciali nelle prove che producono un biocarburante a base di estere. Inoltre, il catalizzatore è producibile in serie in modo che possa essere prodotto su larga scala richiesta dall'industria.

Yamada ritiene che il catalizzatore potrebbe alla fine avere un impatto significativo sull'industria chimica. "Tutte le aziende che producono prodotti chimici organici dovrebbero essere interessate, " commenta.