Ein Forschungsteam der Universität Nagoya hat ein innovatives Katalysatorsystem entwickelt, das die chemische Industrie nachhaltiger, kostengünstiger und umweltfreundlicher macht. Die am 7. Juli 2025 in der Zeitschrift Green Chemistry veröffentlichte Studie beschreibt, wie die Oxidation von Alkoholen zu wertvollen Chemikalien wie Aldehyden, Ketonen und Carbonsäuren nun bei deutlich niedrigeren Temperaturen und ohne giftige Schwermetalle erfolgen kann.
Bereits 2009 ersetzte das Team unter Leitung von Professor Kazuaki Ishihara giftige Schwermetalle wie Chrom und Mangan sowie teure Edelmetalle durch Jodverbindungen, die häufiger und sicherer sind. Ihr damaliges Jod-Oxon-Katalysatorsystem erforderte jedoch Temperaturen von 70 °C, um effizient zu arbeiten, was den Energieverbrauch und die Verarbeitung hitzeempfindlicher Stoffe einschränkte. Nun gelang es den Forschern, die Reaktionstemperatur auf 30 °C zu senken, indem sie den Katalysator 2-Iodoxybenzolsulfonsäure (IBS) in voraktivierter Form einsetzten und eine Hilfschemikalie, Tetrabutylammoniumhydrogensulfat, hinzufügten. Diese verbessert die Löslichkeit des Oxidationsmittels Oxon, wodurch die Aktivierung des Katalysators beschleunigt wird.
Die Optimierung wurde durch Kernspinresonanzspektroskopie ermöglicht, die zeigte, dass die langsame Aktivierung des Katalysators bei niedrigen Temperaturen der Hauptengpass war. Durch die Voraktivierung und bessere Durchmischung konnten die Forscher diesen Schritt eliminieren, was die Reaktion energieeffizienter und umweltfreundlicher macht. Das neue System ermöglicht zudem eine Eintopfsynthese, bei der mehrere Reaktionen ohne aufwändige Reinigungsschritte in einem Prozess ablaufen, was Kosten und Zeit spart. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit, hitzeempfindliche Alkohole zu oxidieren, die in der Herstellung von Medikamenten und Spezialchemikalien eine Schlüsselrolle spielen.
Die Innovation hat weitreichende Bedeutung für die chemische Industrie, insbesondere in Japan, dem zweitgrößten Jodproduzenten weltweit. Durch den Wegfall giftiger Schwermetalle und die Senkung des Energieverbrauchs trägt das System zur Nachhaltigkeit bei. Zukünftige Forschungen sollen noch umweltfreundlichere Alternativen für die verwendeten Chemikalien entwickeln und Recyclingmethoden für den Katalysator etablieren, um den Prozess weiter zu optimieren. Dieser Durchbruch markiert einen wichtigen Schritt in Richtung einer grüneren Chemie mit globalem Einfluss auf die Produktion von Konsumgütern wie Medikamenten, Duftstoffen und Kunststoffen.
Credits
Labor für Katalyse in der organischen Synthese Universität Nagoya
DOI
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