Reconnus pour leur polyvalence exceptionnelle, les amines primaires (dérivés de l'ammoniac) sont des composés industriellement importants utilisés dans la préparation d'une large gamme de colorants, détergents et médicaments. Bien que de nombreuses tentatives aient été faites pour améliorer leur synthèse à l'aide de catalyseurs contenant du nickel, palladium et platine, par exemple, peu ont réussi à réduire la formation d'amines secondaires et tertiaires et d'autres sous-produits indésirables.

Maintenant, des chercheurs du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) ont développé un catalyseur hautement sélectif constitué de nanoparticules de ruthénium supportées sur du pentoxyde de niobium (Ru/Nb 2 O 5 ). Dans une étude publiée dans le Journal de l'American Chemical Society , l'équipe a démontré que Ru/Nb 2 O 5 est capable de produire des amines primaires à partir de composés carbonylés avec de l'ammoniac (NH3) et du dihydrogène (H2), avec une formation négligeable de sous-produits.

L'étude a comparé la mesure dans laquelle différents catalyseurs pouvaient convertir le furfural en furfurylamine dans un processus connu sous le nom d'amination réductrice1. Cette réaction est l'une des méthodes les plus utiles pour produire des amines primaires à l'échelle industrielle. Le Ru/Nb 2 O 5 le catalyseur a surpassé tous les autres types testés - remarquablement, un rendement de 99 % a été atteint lorsque l'ammoniac était utilisé en quantité excédentaire.

Même après trois recyclages, le Ru/Nb 2 O 5 le catalyseur a obtenu des résultats constants, avec des rendements consécutifs supérieurs à 90 %. On pense que l'efficacité catalytique supérieure est due aux faibles propriétés de donneur d'électrons du ruthénium sur le Nb 2 O 5 surface (voir la figure 1).

Michikazu Hara du Laboratoire des matériaux et structures de Tokyo Tech et ses collègues ont ensuite exploré l'efficacité avec laquelle le nouveau catalyseur pouvait décomposer la biomasse (sous forme de glucose) en 2, 5-bis(aminométhyl)furane, un monomère pour la production d'aramide. Des expériences antérieures utilisant un catalyseur à base de nickel ont conduit à un rendement d'environ 50 % à partir de la charge d'alimentation dérivée du glucose (5-hydroxyméthylfurfural). Le nouveau catalyseur utilisé en combinaison avec un complexe dit ruthénium-xantphos a produit un rendement de 93 %. Avec peu ou pas de sous-produits observés, Ru/Nb 2 O 5 représente une percée majeure dans le nettoyage, production à grande échelle de matériaux dérivés de la biomasse.

D'autres études visant à approfondir ces premiers résultats sont déjà en cours. En repoussant les limites de la conception matérielle, les chercheurs disent que Ru/Nb 2 O 5 peut accélérer la production de plastiques respectueux de l'environnement, fibres de caoutchouc et d'aramide résistant à la chaleur2. Dans le futur, le Ru/Nb 2 O 5 le catalyseur peut également avoir un impact sur le développement de nouveaux médicaments anticancéreux, antibactériens, pesticides, agrochimiques, les engrais, bio-huiles et biocarburants.