Una collaborazione di ricerca internazionale tra l'Università di Kobe e l'Università di Medicina della Mongolia Interna ha sviluppato un metodo semplice, a basso costo e relativamente rispettoso dell'ambiente per sintetizzare i derivati ​​del difenilmetanolo utilizzando l'allumina proveniente dalla Cina. I derivati ​​del difenilmetanolo sono usati come materie prime nella produzione di profumi e prodotti farmaceutici, tra gli altri.

I ricercatori hanno scoperto che l'allumina può essere riutilizzata ripetutamente per questa reazione se viene lavata con acqua e asciugata tra un utilizzo e l'altro. Questo riciclaggio riduce sia la necessità di più allumina che la quantità di rifiuti prodotti, abbassando i costi di sintesi e l'impatto sull'ambiente. Poiché la consapevolezza ambientale globale continua ad aumentare, i ricercatori sperano che questo nuovo metodo di sintesi chimica contribuisca alla realizzazione di una società carbon neutral e al raggiungimento degli SDG.

Questa scoperta è stata fatta da un gruppo di ricerca internazionale, che comprendeva il professor Tsuda Akihiko della Kobe University Graduate School of Science (che è anche professore in visita presso l'Inner Mongolia Medical University) e ricercatori della Inner Mongolia Medical University, tra cui il professor Chaolu Eerdun (che hanno conseguito il dottorato di ricerca presso la Graduate School of Science dell'Università di Kobe) e il docente Liang Fengying.

Una domanda di brevetto per questo metodo è stata depositata in Cina nell'aprile 2021, con una domanda di rivendicazione di priorità presentata nel settembre dello stesso anno. Successivamente, i risultati di questa ricerca sono stati pubblicati online sulla rivista accademica ChemistryOpen il 18 maggio 2022.

Allumina (Al₂ O₃ ) è un ossido di alluminio utilizzato principalmente come materia prima per la produzione di alluminio (figura 1). Tuttavia, è anche utilizzato come catalizzatore nel campo della chimica sintetica organica. Viene utilizzato principalmente per reazioni che richiedono condizioni difficili (come alta temperatura o alta pressione). Tuttavia, l'allumina non è un catalizzatore comunemente usato per vari motivi, uno dei quali è che può essere utilizzata solo per una piccola gamma di reazioni chimiche. L'allumina viene anche utilizzata per adsorbire le impurità nel campo della sintesi organica e come sostanza in fase stazionaria nella cromatografia. Tuttavia, problemi come il suo alto costo come materia prima e la grande quantità di rifiuti non combustibili che genera significano che c'è una tendenza a sostituirli con succedanei. In queste circostanze, il professor Tsuda ha guidato un gruppo di ricerca presso l'Università della Mongolia Interna (Cina) che è riuscito a sviluppare un nuovo metodo sostenibile di sintesi organica utilizzando l'allumina, che la Cina produce in grandi quantità.

Il professor Tsuda e il team della Inner Mongolia Medical University hanno scoperto un modo semplice, economico ed ecologico per sintetizzare i derivati ​​del difenilmetanolo (che sono materiali di partenza nella produzione di fragranze e prodotti farmaceutici) utilizzando l'allumina cinese sia come catalizzatore che come adsorbente (Figura 2). ). Utilizzando cloruro di alluminio (AlCl₃ ) come catalizzatore, i generici solventi organici toluene, xilene e trimetilbenzene sono stati fatti reagire con cloroformio. Se la sostanza risultante viene post-trattata con acqua, si ottiene principalmente un prodotto di clorazione. Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che se la stessa sostanza risultante si deposita sull'allumina che contiene acqua, si possono ottenere derivati ​​del difenilmetanolo. Hanno anche scoperto che se la sostanza risultante viene depositata su allumina che contiene metanolo, si ottiene un sostituto del metanolo. Si pensa che quando la sostanza viene adsorbita sull'allumina, reagisca con l'acqua o l'alcol all'interno per produrre il rispettivo prodotto finale.

Inoltre, il gruppo di ricerca ha scoperto che si poteva ottenere un prodotto altamente puro anche se fosse stato adsorbito dall'allumina che era stata precedentemente utilizzata come catalizzatore o fosse un sottoprodotto impuro. Utilizzando il suddetto metodo è possibile sintetizzare selettivamente tre diversi prodotti.

Tuttavia, l'allumina commerciale è relativamente costosa, il che renderebbe difficile implementare reazioni come questa che richiedono grandi quantità su scala industriale. Con questo in mente, i ricercatori hanno provato a riutilizzare l'allumina dopo averla sciacquata con acqua e averla lasciata asciugare, e hanno scoperto che conservava le sue proprietà catalitiche e adsorbenti (Figura 3). Questo processo di riciclaggio può essere eseguito ripetutamente, riducendo notevolmente il costo dei materiali e la quantità di rifiuti. Per gli esperimenti di sintesi in laboratorio, la quantità di allumina utilizzata era compresa tra pochi grammi e decine di grammi. È una reazione sicura e ad alto rendimento che richiede solo un breve lasso di tempo per essere completata (un certo numero di ore), quindi questa applicazione dell'allumina a livello accademico potrebbe essere estesa a diversi campi dell'industria chimica. Si spera che possa fornire alla società un metodo di sintesi organica pratico e sostenibile.

At 0°C, aluminum chloride (1.1 g, 8 mmol) was added to a mixture of chloroform (30 mL, 0.37 mol) and an aromatic substrate such as p-xylene (1mL, 8mmol), and then stirred for six hours. After this, the resulting sample solution was dropped into a commercially available alumina column (water content ~1 wt%) and subjected to column chromatography with a dry chloroform/ethyl acetate (1:1) eluent. This chromatography revealed that a 94% yield of diphenylmethanol derivatives can be produced using this method. Refinement processes such as recrystallization can be performed as required to obtain a highly pure end product.

As for the mechanism behind this, it is thought that the chloroform and the aromatic substrate undergo an aluminum chloride-mediated Friedel-Crafts reaction. The resulting reactant and aluminum chloride are adsorbed by the alumina and are subsequently hydrolyzed by the water molecules in the alumina, leading to the formation of the end product. After removing the end product from the alumina, the alumina can be recycled by first washing away the adsorbed compounds, salts and solvents remaining in the alumina and then drying it. Consequently, the alumina can be reused as a catalyst for this reaction again and again.

The novel catalytic, adsorbent and recyclable properties of alumina discovered through this research have potential applications to the organic synthesis of compounds other than diphenylmethanol derivatives. The goal is to greatly expand this reaction's range of applications to develop a more general synthesis method that can be used to produce various useful chemicals.

Amidst rising global environmental awareness, it is hoped that the new chemical reaction developed in this study will become a novel method of synthesizing chemical products which will contribute towards recycling efforts, carbon neutrality and the SDGs. It is predicted to bring about fresh innovation in the organic synthesis and organic chemical industries. It is hoped that continued development of this method through the international research collaboration with China, the world's number one producer of alumina, will result in highly practical large-scale implementation. + Esplora ulteriormente

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