Grønnere kemi: En ny metode til kemisk syntese med ilt direkte fra luften

SDU-forskere har udviklet en teknik til at katalysere en meget specifik kemisk reaktion, hvor ilt fra luften indgår som en ingrediens. Reaktionen katalyseres af en simpel manganforbindelse. Teknikken kan lede til opdagelsen af nye katalysatorer, som f.eks. kan bruges til at omdanne metan til metanol eller til grønnere kemiske processer i den farmaceutiske industri.

Reaktioner med ilt (O2) er ofte kaotiske, uspecifikke og vanskelige at kontrollere. Tænk på, hvor svært det er at kontrollere en brand eller forhindre biler i at ruste for hurtigt. Og så er der farerne ved at være en organisme, der trækker vejret: Frie radikaler, som stammer fra ilt, angriber vores kroppe. Vi har brug for ilt – men i sidste ende slår ilt os også ihjel.

Ilt udgør ca. 21 pct. af de gasser, der findes i luften, og mange væsentlige biogeokemiske og industrielle processer er afhængige af ilt. Men vi kan måske bruge ilt endnu mere effektivt; det kan vi blive inspireret til af den måde, som enzymer metaboliserer ilt i biologiske organismer.

På SDU arbejder professor Christine McKenzie og hendes forskningsgruppe med kemisk manipulation af ilt fra luften. De har opdaget en metode til at kontrollere den kemiske reaktion af et organisk molekyle med oxygen, således at kun en bestemt del af det bliver oxiderede. Projektet er ledet af postdoc Claire Deville.

"Highly important" forskningsartikel

Arbejdet er offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie og er vurderet som "highly important". Denne evaluering gives til færre end 10 pct. af tidsskriftets manuskripter.

”Der er tale om en kemisk reaktion, som kan fungere som prototype for de mange processer, der involverer kemiske reaktioner med oxygen. Et eksempel er omdannelsen af metan til metanol", siger Christine McKenzie.

Værdifuld energikilde går til spilde

På oliefelter afbrændes der hver dag store mængder naturligt metangas. Afbrændingen kaldes flaring og kan ligefrem ses fra det ydre rum. Udover alvorligt at forværre drivhuseffekten går en ellers værdifuld energikilde til spilde på denne måde.

"Hvis oliebranchen havde en praktisk on-site metode til at omdanne denne metangas til flydende metanol, ville det være en stor gevinst, for så ville de ikke være nødt til at afbrænde så store mængder”, siger Christine McKenzie.

"I vores gruppe var vi i gang med syntesen af et simpelt ”koordinationskompleks” af et organisk molekyle med mangan til et helt andet formål, og vi havde ikke forventet, at iltatomer ville dukke op i produktet. Ved at udføre reaktionen under isotopmærket ilt kunne vi se, at disse atomer kom fra ilt i luften", forklarer Claire Deville.

Mangan er den magiske ingrediens

Selvom forskerne er overraskede over, hvor let reaktionen med ilt fra luften indtraf, er de ikke overraskede over, at mangan viste sig at være den "magiske ingrediens”.

"Mangan er et metal, og fra biologien ved vi, at metalioner som jern, kobber og mangan er vigtige for de væsentlige biologiske processer, der bruger ilt. F. eks. bruges der jern til at transportere ilt rundt i det menneskelige legeme. I modsætning hertil bruger krabber kobber til den samme funktion. Tusinder af andre biologiske reaktioner inddrager også metalioner, og den vigtigste biologiske reaktion af alle, nemlig fotosyntesen, afhængig af mangan til at katalysere oxideringen af vand til frembringelse af den ilt, vi indånder”, siger Christine McKenzie.

Kontakt Professor Christine McKenzie, Department of Physics, Chemistry and Pharmacy.

Ref Angewandte Chemie: O2 Activation and Double C[BOND]H Oxidation by a Mononuclear Manganese(II) Complex. Dr. Claire Deville, Sandeep K. Padamati, Dr. Jonas Sundberg, Prof. Dr. Vickie McKee, Prof. Dr. Wesley R. Browne and Prof. Dr. Christine J. McKenzie. Article first published online: 9 DEC 2015 | DOI: 10.1002/anie.201510984