
De Universiteit van Utrecht heeft reactie-intermediairs aangetoond in onderzoek naar een ‘groene route’ voor het maken van polystyreen. Er was op scheikundig gebied discussie over het mechanisme waarvoor de Amerikaan George Olah in 1994 de Nobelprijs voor de Scheikunde kreeg. Maar hij blijkt toch gelijk te hebben.
In 1877 vonden Charles Friedel en James Craft een chemische reactie om snel grondstoffen te maken voor plastics, fijnchemicaliën en wasmiddelen. Bijna honderdtwintig jaar later (1994) kreeg de Amerikaan George Olah de Nobelprijs voor de Scheikunde voor het begrijpen van het mechanisme achter deze belangrijke reactie – die inmiddels zo’n dertig jaar in de schoolboeken staat. Recentelijk stelden enkele chemici echter dat dit reactiemechanisme niet altijd van toepassing zou zijn en die claim die vervolgens weer door onderzoekers van de Universiteit van Utrecht is weerlegd. Zij toonden namelijk de twee belangrijkste reactie-intermediairs uit mechanisme van Olah aan in de situatie die onderwerp van de discussie was. Olah overleed in maart van dit jaar maar krijgt dus postuum alsnog gelijk. De resultaten van het onderzoek zijn online gepubliceerd door Nature Catalysis. De aangetoonde reactie-intermediairs in dit proces staan bekend als het Wheland-[1] en het pi-complex. Deze moleculaire fragmenten bestaan slechts kort, omdat ze snel worden omgezet in het volgende reactie-intermediair of het eindproduct. Om het reactieproces te begrijpen en (nog belangrijker) te kunnen sturen, is het essentieel om te weten of de reactie inderdaad verloopt via deze reactie-intermediairs.
Groene route naar polystyreen
De reactie-intermediairs zijn nu aangetoond in onderzoek naar een ‘groene route’ voor het maken van het veel gebruikte plastic polystyreen. "Hoewel dat niet het primaire doel van ons onderzoek was, is het wel fantastisch dat we Olah’s voorstel voor het reactiemechanisme hebben bevestigd", aldus de eerste auteur Abhishek Dutta Chowdhury. "Maar ook de andere resultaten zijn interessant. Als we echt minder gebruik willen maken van fossiele grondstoffen, dan is het essentieel om op moleculair niveau te begrijpen hoe dit soort belangrijke industriële processen verlopen."
Optimale katalysator
Styreen, de basis voor polystyreen, wordt industrieel op grote schaal gemaakt volgens de Friedel-Craft-reactie uit benzeen en ethyleen dat afkomstig is van ruwe aardolie. De groene route gaat uit van biomassa en bio-ethanol, maar de reactie is hetzelfde. Cruciaal hiervoor is het ontwikkelen van de optimale katalysator die zorgt dat de reactie snel, effectief en bij zo gunstig mogelijke temperatuur en druk verloopt. In dit geval is de katalysator een zeoliet, een zeer poreus materiaal.
Geavanceerde analysetechnieken
Om inzicht te krijgen in hoe het reactieproces en de katalysator kunnen worden geoptimaliseerd, volgden de onderzoekers de reactie met geavanceerde analysetechnieken. De resultaten van het onderzoek laten er geen twijfel over bestaan dat de reactie precies verloopt zoals George Olah het voorstelde in het schema.
De ‘groene route’ voor de productie van de grondstof voor polystyreen uit biomassa en bio-ethanol met een zeoliet als katalysator. Het uitgelichte reactie-intermediair is het Wehland-complex.