Normaal gesproken moet je veel moeite steken in het activeren van CH-bindingen, maar met een met licht geactiveerde wolfraamkatalysator is het veel makkelijker – en schoner, staat in Science.

Het activeren en functionaliseren van sp³-gehybridiseerde C-H-verbindingen (waarvan de C vier enkele bindingen heeft) is een grote uitdaging binnen de organische synthese. Er zijn wel manieren waarmee je de H kunt vervangen door bijvoorbeeld halogenen, maar dat zijn niet altijd de meest schone of duurzame reacties, ondanks dat ze op grote schaal wel toepassing vinden. Gabriele Laudadio, Yuchao Deng, Timothy Noël en collega’s van de Technische Universiteit Eindhoven vonden een alternatief in fotokatalytische flowchemie, waarmee ze C-H-bindingen van lichte alkanen gericht konden laten reageren.

Onder lichte alkanen vallen methaan, ethaan, propaan en isobutaan, waarvan de C-H-bindingen allemaal een redelijk hoge bond dissociation energy hebben (96,5 – 105 kcal/mol). Deze stoffen gebruik je meestal in brandstoffen, maar koppel je er bepaalde moleculen aan, dan fungeren ze als bouwstenen voor bijvoorbeeld medicijnen.

De onderzoekers, geholpen door Chinese en Italiaanse collega’s, gebruikten tetrabutylammonium-decawolframaat (TBADT), een goedkope katalysator die onder uv-licht een waterstofradicaal verplaatst (hydrogen atom transfer). De lichte alkanen brachten ze in gasvorm in een microreactor (zie foto), waarin ze een TBADT-oplossing mixten. Vanwege de kleine schaal in zo’n reactor kun je de componenten beter verdeeld bestralen met licht en kun je de druk zo opvoeren dat je gassen naar de vloeistoffase gaan en dus beter mengen met de katalysator.

Met deze procedure kon het team in een hoge opbrengst (62 – 93 %) isobutaan, propaan en ethaan koppelen aan meer dan dertig soorten olefinen, en zelfs met methaan lukte het redelijk (38 – 48 %). Natuurlijk is microreactorschaal niet groot genoeg voor wezenlijke toepassingen, maar volgens de auteurs zou het ook moeten lukken met bijvoorbeeld photo-spinning disk reactors.

_{Laudadio, G. et al. (2020) Science 369(6499)}