Chemický průmysl po desetiletí hledal způsob, jak přímo přeměnit hojný, ale vytrvale stabilní zemní plyn na cenné chemikálie. Nyní vědci z Centra pro výzkum biologické chemie a molekulárních materiálů (CiQUS) na univerzitě v Santiagu de Compostela dosáhli průlomu: katalyzátoru, který přeměňuje metan a další složky zemního plynu na komplexní molekuly, včetně klíčové složky pro hormonální terapii. Tento úspěch, publikovaný v časopise Science Advances, představuje důležitý krok směrem k udržitelnější a oběhové chemické ekonomice.
Výzva ke zkrocení metanu
Zemní plyn, sestávající především z metanu, etanu a propanu, je zdrojem energie, ale jeho extrémní stabilita omezuje jeho použití jako suroviny pro chemickou výrobu. Tradiční metody spoléhají na energeticky náročné a znečišťující procesy. Hlavním problémem je aktivovat tyto uhlovodíky bez nežádoucích vedlejších produktů.
Nový fotokatalytický přístup
Tým CiQUS pod vedením Martina Fanjanase vyvinul fotokatalytický systém, který přímo přeměňuje metan na bioaktivní sloučeniny. Poprvé se jim podařilo syntetizovat dimestrol, nesteroidní estrogen používaný v hormonální terapii, přímo z metanu. To demonstruje potenciál vytvářet vysoce hodnotné molekuly z jednoduchých a levných surovin.
Klíč: Vlastní supramolekulární katalyzátor
Průlom se opírá o reakci zvanou alylace, která připojí chemický „záchyt“ k molekule plynu, což umožňuje další úpravy. Hlavním problémem byly nežádoucí chlorované vedlejší produkty. K překonání tohoto problému tým vyvinul katalyzátor na bázi tetrachloroželeznatého aniontu stabilizovaného kolodinovými kationty.
“Design katalyzátoru moduluje reaktivitu radikálů a potlačuje nežádoucí chloraci,” vysvětluje profesor Fanjanas. Síť vodíkových vazeb kolem atomu železa udržuje reaktivitu a vytváří optimální prostředí pro selektivní allylaci.
Udržitelnost v jádru
Metoda vyniká svou stabilitou. Používá železo, levný a hojně se vyskytující kov, spíše než drahé kovy obvykle používané při katalýze. Reakce probíhá za mírných podmínek, je poháněna LED světlem, což snižuje dopad na životní prostředí a náklady na energii.
Beyond Dimestrol: Zmocnění
V doprovodné studii publikované v Cell Reports Physical Science stejný tým demonstroval metodu přímé vazby zemního plynu s chloridy kyselin, což vede k průmyslově relevantním ketonům v jediném kroku. Obě studie staví CiQUS jako lídra v oblasti udržitelných chemických řešení.
Důsledky pro budoucnost
Schopnost přeměnit zemní plyn na všestranné chemické meziprodukty otevírá nové příležitosti pro průmysl. Tato technologie může postupně nahradit petrochemické zdroje udržitelnými alternativami. Tento špičkový výzkum byl umožněn díky vynikajícímu prostředí v CiQUS, uznaném akreditací CIGUS od vlády Galicie.
Tento průlom představuje důležitý krok směrem k oběhovému chemickému hospodářství, kde se hojné suroviny využívají udržitelným způsobem. Přímou přeměnou zemního plynu na cenné sloučeniny vydláždil tým CiQUS cestu pro čistší budoucnost s účinnějším využíváním zdrojů pro chemický průmysl.
