Circa il 5% delle emissioni globali di carbonio sono attribuibili alla produzione di sostanze chimiche essenziali per la vita moderna. Creare una soluzione sostenibile per una reazione chimica in particolare, l'autossidazione delle aldeidi, rappresenta una sfida per i ricercatori da decenni.
Ora, in uno studio pubblicato su Green Chemistry , i ricercatori dell'Università di Osaka, dello Shizuoka Institute of Science &Technology e i partner che hanno collaborato hanno risolto questo problema. Attraverso la cinetica di reazione e la modellazione matematica, hanno studiato i dettagli chiave dell'autossidazione delle aldeidi in vari solventi, condizioni atmosferiche e fonti di luce. Le condizioni di reazione rispettose dell'ambiente identificate potrebbero servire da ispirazione per migliorare altre sintesi chimiche comuni a livello industriale.
L'autossidazione si riferisce semplicemente all'ossidazione nell'aria a temperature tipiche, senza fiamma o scintilla. Ad esempio, l'autossidazione di una molecola comune nota come aldeide produce una molecola nota come peracido.
I peracidi sono incredibilmente utili perché possono catalizzare la conversione di un’ampia gamma di molecole mediante una chimica consolidata. Sfortunatamente, le condizioni di reazione comunemente utilizzate per produrre i peracidi sono dispendiose, richiedono additivi pericolosi o presentano altre complicazioni fondamentali. Ottimizzare la sostenibilità dell'autossidazione delle aldeidi era l'obiettivo dello studio del gruppo di ricerca.
"Nel nostro lavoro studiamo in modo esaustivo la reazione chimica che è alla base dell'autossidazione delle aldeidi in peracidi o acidi carbossilici", spiega Mohamed Salem, autore principale dello studio. "L'apparato sperimentale è semplice e adatto per sintesi su scala grammo."
I ricercatori riportano 18 esempi di reazioni rapide di varie aldeidi in peracidi, in un'atmosfera di ossigeno puro. Queste condizioni sopprimono la reazione continua negli acidi carbossilici.
Riportano inoltre 32 esempi di reazioni lente di varie aldeidi in acidi carbossilici attraverso intermedi peracidi, in atmosfera normale. Alcune di queste 50 reazioni si sono svolte meglio alla luce del sole o, in alternativa, sotto una luce LED.
Tutte le reazioni sono avvenute approssimativamente a temperatura ambiente e in solventi sicuri. Questo lavoro è la prima volta che i peracidi sono stati sintetizzati dalle aldeidi utilizzando solo luce solare e ossigeno.
"Siamo entusiasti perché la nostra ricerca risolve un problema di sintesi dei peracidi di lunga data nella chimica verde", afferma Shinobu Takizawa e Masayuki Kirihara, autori senior. "I nostri studi approfonditi aiuteranno i ricercatori a comprendere la chimica unica impartita dai diversi gruppi funzionali nel materiale di partenza."
Questo lavoro rappresenta un importante passo avanti nella risoluzione di un problema precedentemente fastidioso nella sintesi dei peracidi che ha limitato la sostenibilità ambientale della produzione di tali molecole.
Le condizioni ottimizzate della reazione di autossidazione identificate in questo studio sono applicabili a un'ampia gamma di materiali chimici di partenza comuni. Poiché le procedure sono sicure ed economiche, le applicazioni pratiche in diverse sintesi dovrebbero essere semplici.
Il team di ricerca sta attualmente rafforzando la collaborazione con MANAC Chemical Partners Co., Ltd. per commercializzare questi risultati della ricerca.
Ulteriori informazioni: Mohamed S. H. Salem et al, Autossidazione indotta dalla luce di aldeidi in peracidi e acidi carbossilici, Chimica verde (2023). DOI:10.1039/D3GC02951D
Informazioni sul giornale: Chimica verde
Fornito dall'Università di Osaka
