Maleïnezuuranhydride en acrylzuur (prop-2-eenzuur) zijn beiden heel belangrijke grondstoffen in de chemische industrie. Er worden dan ook miljoenen tonnen per jaar gemaakt, maar dat gebeurt nu nog uit aardolie. Om te laten zien dat het ook anders kan, presenteren Johannes Hermens, Andries Jensma en Ben Feringa van het Stratingh Instituut voor Chemie van de Rijksuniversiteit Groningen en ARC CBBC een ‘groene’ syntheseroute.

Ze begonnen met furfural uit biomassa dat ze via foto-oxidatie omzetten in hydroxybutenolide via een interessante opstelling (zie foto). Het lijkt op een rotatiefilmverdamper, waarbij ze het bad hebben verwisseld voor tien led-lampjes van 8 W per stuk. In plaats van vacuüm zuigen zorgden ze voor een zuurstofatmosfeer, evenals in de vervolgstap van hydroxybutenolide naar maleïnezuuranhydride, het eerste belangrijke product. Met Fe(NO­₃)₃, TEMPO en zuurstof oxideerden ze de hydroxygroep van hydroxybutenolide, en over deze eerste twee stappen haalden ze een opbrengst van 85%.

Om vervolgens tot acrylzuur te komen, was eerst een hydrolyse nodig, wat resulteerde in maleïnezuur. De laatste stap was een elegante ethenolyse met de Hoveyda-Grubbs II katalysator. Dat ‘splijt’ één equivalent maleïnezuur in tweeën, zodat je overblijft met twee equivalenten acrylzuur. De opbrengst na deze vier stappen is 81%.

Allemaal mooi en aardig, maar is deze syntheseroute dan ook echt groen? Ja, beweren de onderzoekers aan de hand van zes principes uit de groene chemie: 1) atoomspaarzaamheid, 2) efficiënt energieontwerp, 3) veilige hulp- en oplosmiddelen, 4) gebruik van hernieuwbare grondstoffen, 5) katalyse en 6) veiligere chemie voor ongevallenpreventie. De syntheseroute heeft maar één bijproduct (methylformiaat), gebruikt zichtbaar licht, relatief milieuvriendelijke oplosmiddelen, biobased furfural, en geoptimaliseerde reactiecondities met lage temperatuur en druk. Het team wil hiermee laten zien dat ‘chemie ook op een andere leest geschoeid kan
worden’, aldus Ben Feringa.

Hermens, J.G.H. et al. (2021) Angew. Chem. Int. Ed. 60