Il serbatoio ricaricabile di nichel consente la produzione di nitrilo nei solventi organici

Una svolta nella sintesi chimica è stata raggiunta attraverso lo sviluppo di un serbatoio redox ricaricabile a base di nichel in grado di consentire la produzione di nitrili in solventi organici. I ricercatori dell'Università Nazionale di Taiwan hanno ideato un sistema ispirato all'energia idroelettrica da pompaggio, che consente l'ossidazione spontanea di benzilamina in benzonitrile, un prezioso intermedio chimico utilizzato in prodotti farmaceutici, prodotti agrochimici e altre applicazioni industriali.

Il nuovo metodo prevede l'utilizzo di un elettrodo NiOOH/Ni(OH) 2 come serbatoio redox, che funziona in modo simile a come l'acqua viene immagazzinata ad alte altitudini nei sistemi idroelettrici a pompaggio. Questo serbatoio immagazzina la capacità ossidativa sotto forma di NiOOH e successivamente lo rilascia per facilitare le conversioni chimiche. Quando viene inserito in una soluzione di benzilamina, il serbatoio di nichel trasforma spontaneamente la benzilamina in benzonitrile senza la necessità di una corrente elettrica esterna. Durante questo processo, NiOOH viene ridotto a NiOH() 2, che può quindi essere ricaricato elettrochimicamente al suo stato originale mentre viene prodotto gas idrogeno al catodo.

Questa separazione del processo di sintesi del nitrilo dalla produzione di idrogeno offre vantaggi distinti rispetto ai metodi elettrochimici convenzionali. Gli approcci tradizionali richiedono tipicamente che entrambi i processi si verifichino simultaneamente all'interno dello stesso elettrolito acquoso, il che spesso porta a reazioni collaterali che degradano i prodotti desiderati.

I ricercatori hanno attribuito questo successo alle forti interazioni tra la benzilamina e la superficie del NiOOH, insieme alla minima auto-riduzione del NiOOH. Questi fattori hanno contribuito a mantenere elevati rendimenti, selettività ed efficienza Faradaica anche a concentrazioni di benzilamina superiori a 100 mM. Inoltre, poiché la reazione organica non richiede sali elettroliti di supporto, il processo semplifica la successiva separazione del prodotto finale.

Invece di forzare la sintesi chimica e la produzione di idrogeno allo stesso tempo, il serbatoio immagazzina inizialmente la capacità ossidativa e poi la rilascia quando necessario. Questa flessibilità consente condizioni ambientali ottimali adattate specificamente a ciascun processo chimico. Le potenziali applicazioni di questa tecnologia si estendono oltre la sintesi del benzonitrile dalla benzilamina. Il team di ricerca ha dimostrato che la strategia è applicabile a diversi derivati della benzilamina contenenti diversi gruppi funzionali.

Questa versatilità suggerisce che il metodo potrebbe essere adattato per produrre una vasta gamma di prodotti chimici a base di nitrilo, potenzialmente rivoluzionando il campo della sintesi elettrochimica. Lo sviluppo di questo serbatoio redox a base di nichel rappresenta un significativo progresso nella produzione chimica sostenibile. Consentendo la produzione di nitrilo in solventi organici, la tecnica affronta le sfide chiave associate ai metodi tradizionali, offrendo un'alternativa più pulita e più controllata.