胺化學的材料循環：從平台化學品一步創建的重要建構模組

化石原料仍在化學工業中佔據主導地位。 但世界各地的實驗室正在研究未來大規模生產過程避免使用原油、天然氣和煤炭的方法。 所謂的平台化學品正變得越來越重要。 它們完全由可再生原料製成。 但它們在工業製程的使用需要特殊的催化劑。

LIKAT 的研究團隊與大連化學物理研究所合作，剛剛提出了這樣的研究在日記中自然通訊。 在單一反應步驟中，它可以將平台化學糠醛轉化為胺，胺是最重要的合成構件之一。

胺是藥物和農業化學品合成中的功能成分，廣泛應用於能源技術和農業等許多領域。。 最終，他們引入了那些提供特定性質的氮單元。 胺市場成長強勁，預計未來十年年增率為 8%。

反應無廢棄物和副產物

這種增長吸引了來自大連的齊海峰在他的論文中仔細研究了這種反應。 「因為胺合成仍然在很大程度上依賴化石資源，」他說。 同時，全球範圍內對具有成本效益的方法的興趣與日俱增。基於再生能源”，Kathrin Junge 博士解釋道，齊博士目前在其研究小組中擔任羅斯托克萊布尼茨催化研究所 LIKAT 的洪堡研究員。

新的反應一步進行，而不是之前的五到六個步驟。 Qi 使用化學糠醛平台，該化學品完全由生物廢物以及氨和氫氣生產。 這會產生胺哌啶，這是一種藥物、作物保護劑和溶劑等的中間體。

作為模型反應，該過程可以普遍使用。 「例如，如果進一步加熱產物哌啶，同時關閉氫氣和氨的供應，則會形成另一種稱為吡啶的胺，」齊博士在報告他的研究時說。 兩次他都完全轉化了他的起始材料，沒有形成任何廢物。

收率幾乎100%

這也意味著通常的淨化正如 Junge 博士所說，在這些過程之後就可以省去。 “該催化劑還可以輕鬆地重複用於新的循環。” 它在控制反應方面的選擇性有多高，從高達 97% 的產率就可見一斑。 基本上，具有轟動的價值。

催化劑如何做到這一點？ 聽到這個問題，齊博士笑了，因為當他認識到這種高度選擇性的方法時，他也問過自己。 這就是為什麼在 LIKAT 分析區域對催化劑進行精確檢查的原因。

齊按照通常的方法用鈷和釕製備了催化劑：他將兩種金屬的鹽溶解在水中，添加金屬可以沉澱的載體材料，然後讓溶劑蒸發並使絡合物乾燥。 然後他將催化劑暴露在 400°C 的高溫下。 化學家將此過程稱為熱解：材料不會燃燒，但會改變其結構。

單一原子引起效應

後來在高科技顯微鏡下揭示了熱量如何決定性地改變了催化劑結構。 Junge 博士解釋說：“鈷原子團聚集在奈米顆粒中，釕以單個原子的形式沉積在其表面。”

Qi 表示：“正是這種我們所說的單原子結構產生了這種效果。而且它非常穩定。” 所有這些都為胺的生產提供了相當簡單的安排，Junge 博士相信任何實驗室技術人員都可以處理。

「這種基於生物質生產胺的材料循環幾乎不為人知，」LIKAT 主任 Matthias Beller 教授強調，他在德國方面監督 Qi 的工作。 這可能是「未來生物精煉廠」的基礎。