Aan geurstoffen hangt soms een smerig luchtje. Bij de productie van frisse geurtjes worden er tenslotte flink wat zware metalen doorheen gejaagd.
Delen
Drie Delftse scheikundigen ontdekten terloops een schoner productieproces, en haalden hiermee de kolommen van Science.
De geur van pas gewassen lakens is voor de meer huiselijke types het zinnebeeld van frisheid. Niet geheel toevallig, want de wasmiddelenfabrikanten voegen een doordacht bouquet van parfums aan hun zeeppoeders toe. Kleding uit de wasmachine is bijvoorbeeld doordrenkt met aldehydes. Deze organische verbindingen kunnen een baaierd aan prikkelende geuren opwekken, variërend van citroen tot kaneel.
Aldehydes komen van nature ook voor in bloemen. In luchtverfrissers en andere geurproducten worden evenwel grotendeels kunstmatig vervaardigde aldehydes gebruikt. Deze ruiken niet altijd prettig. Formaldehyde heeft bijvoorbeeld een scherpe, penetrante ziekenhuisgeur. Aldehydes met een hoger molecuulgewicht ruiken daarentegen zeer aangenaam. De dennengeur van de wc-verfrisser komt dus niet uit de eeuwig groene Noorse wouden, maar uit een bos van chemische reactorvaten. En dat productieproces is helaas wat minder fris.
,,Voor de productie van aldehydes, maar ook ketonen en carbonzuren, wordt vaak alcohol geoxideerd. Bij dit proces gebruikt men vaak chloorhoudende oplosmiddelen en zware metalen als chroomzouten”, verklaart drs. Gerd-Jan ten Brink, promovendus bij de vakgroep organische chemie en katalyse van Chemische Technologie. ,,In de praktijk worden de metaalzouten vrijwel één op één gebruikt: voor één kilo aldehydes heb je één kilo zware metalen nodig.”
Jaarlijks wordt op soortgelijke wijze zo’n twee miljoen ton acetylaldehyde geproduceerd. Deze stof wordt onder meer gebruikt bij de productie van spiegels, kunsthars en kleurstoffen. In de industrie wordt hiervoor meestal het Wacker-proces gebruikt, waarbij ethyleen en zuurstof in een hogedruk-bubbelbadje tot het gewenste eindproduct reageren. De hoeveelheid chemisch afval, bestaande uit chloorverbindingen en geïsomeerde bijproducten, is navenant.
Muskus
Vanuit milieu-oogpunt is dit dus niet erg wenselijk. Ook geurfabrikanten hebben het nakijken, want het Wacker-proces is niet echt geschikt voor het maken van lekkere luchtjes. Hoe ingewikkelder de te produceren aldehydes zijn, des te meer bijproducten het proces oplevert. Ten Brink: ,,In principe werkt het proces wel, maar er ontstaan zoveel ongewenste bijproducten dat het eigenlijk niet meer bruikbaar is. Verder zijn veel van de toegevoegde stoffen uiterst corrosief en dat is niet best voor je reactorvaten. Maar bij deze reactie zijn zoutzuur en koperchloride broodnodig, ze zijn een onderdeelvan de katalytische cyclus”
Zijn collega Georgios Papadogianakis ontdekte enige tijd terug een andere manier om aldehydes en ketonen te maken. Met zuurstof, het edelmetaal palladium en een ‘ligand’, een organisch stofje dat metalen kan binden, wist hij de stof propeen om te zetten in aceton. Niks geen chloor, koper of andere verdachte hulpmiddeltjes. ,,Als je hogere moleculen dan propeen omzet, krijg je al snel mintgeuren. Uiteindelijk zou je dan uit moeten komen bij muskusachtige geuren, zoals die in parfums gebruikt worden. Maar zover zijn we niet gegaan.”
De ontdekking bleef vooral een academisch onderonsje. De omzetting van propeen en ander zogenaamde olefinen is economisch gezien namelijk niet zo interessant. Wie alcohol op milieuvriendelijke wijze in aldehydes om kan toveren is daarentegen spekkoper. De tot nu toe bekende omzetmethodes voor alcohol lijden echter onder het bekende euvel: vies en gevaarlijk. ,,Je hebt altijd een organisch, chloorhoudend oplosmiddel nodig. Veelal kankerverwekkende stoffen dus, terwijl de combinatie van zuurstof en oplosmiddel explosiegevaar kan opleveren”, aldus Ten Brink.
Tijd voor een frisse wind. Wat Ten Brink ook dwars zat, was dat iedereen bij de reguliere aanpak angstvallig de aanwezigheid van water probeerde te vermijden. En dat terwijl water een niet te vermijden reactieproduct is. ,,Ik weet niet waarom iedereen dat water weg probeert te halen. Maar ik had de literatuur op dit punt niet gelezen, dus ik wist ook niet dat men water een probleem vond.”
Die verlichte onwetendheid bleek een grote voorsprong. Niet gehinderd door in de literatuur opgeworpen bedenkingen, besloot Ten Brink de vondst van zijn collega te gebruiken om alcohol om te zetten. ,,Het idee is eigenlijk te simpel voor woorden”, zegt de promovendus bijna verontschuldigend. ,,De omzetting van olefinen deden we tenslotte ook al in water en zuurstof. Maar met deze methode blijk je dus ook aldehydes en ketonen uit alcohol te kunnen maken.”
Leerboeken
De organische oplosmiddelen en chroomzouten zijn dus niet meer nodig. Palladium, ligand, zuurstof en water knappen het vuile werk op. Een bijkomend voordeel van de methode is dat het eindproduct als een olielaag op het water ligt, en daardoor makkelijk is af te scheiden. Bij de klassieke methode zijn nog een aantal destillatiestappen nodig om de aldehyden en ketonen van het oplosmiddel te isoleren. De katalysator gaat hierbij verloren.
Waarom niemand anders op dit idee is gekomen weet Ten Brink niet. Wellicht dat de chemische gemeenschap iets te veel eerbied heeft voor de leerboeken. Volgens de literatuur is Ten Brinks werkwijze namelijk onmogelijk. ,,Wat mij wel opvalt is dat iedereen dit soort reacties op de zelfde manier probeert uit te voeren”, merkt hij hierover op. ,,Dan kom je er ook niet op het eens helemaal anders aan te pakken. Platgetreden paden leiden nooit tot een totaal andere oplossing.”
De methode is door Ten Brink en zijn begeleiders prof.dr. Roger Sheldon en dr. Isabel Arends omgedoopt tot de ‘oxidatieve groene route’, en werd afgelopen vrijdag breed uitgemeten in Science. Een mooie opsteker voor de promovendus,die zijn onderzoek naar verwachting pas over een jaar afrondt. Tot die tijd gaat hij het reactieproces verder uitpluizen om te kijken of er nog ergens winst te behalen valt.
Een brede industriële toepassing laat nog wel even op zich wachten, denkt hij. ,,Het zou natuurlijk mooi zijn voor het milieu als de methode populair werd. Er is inmiddels wel interesse uit industrie, maar er zijn zeker ook skeptici. Het ombouwen van bestaande reactoren kost volgens sommigen meer geld dan het oplevert.”
Aan geurstoffen hangt soms een smerig luchtje. Bij de productie van frisse geurtjes worden er tenslotte flink wat zware metalen doorheen gejaagd. Drie Delftse scheikundigen ontdekten terloops een schoner productieproces, en haalden hiermee de kolommen van Science.
De geur van pas gewassen lakens is voor de meer huiselijke types het zinnebeeld van frisheid. Niet geheel toevallig, want de wasmiddelenfabrikanten voegen een doordacht bouquet van parfums aan hun zeeppoeders toe. Kleding uit de wasmachine is bijvoorbeeld doordrenkt met aldehydes. Deze organische verbindingen kunnen een baaierd aan prikkelende geuren opwekken, variërend van citroen tot kaneel.
Aldehydes komen van nature ook voor in bloemen. In luchtverfrissers en andere geurproducten worden evenwel grotendeels kunstmatig vervaardigde aldehydes gebruikt. Deze ruiken niet altijd prettig. Formaldehyde heeft bijvoorbeeld een scherpe, penetrante ziekenhuisgeur. Aldehydes met een hoger molecuulgewicht ruiken daarentegen zeer aangenaam. De dennengeur van de wc-verfrisser komt dus niet uit de eeuwig groene Noorse wouden, maar uit een bos van chemische reactorvaten. En dat productieproces is helaas wat minder fris.
,,Voor de productie van aldehydes, maar ook ketonen en carbonzuren, wordt vaak alcohol geoxideerd. Bij dit proces gebruikt men vaak chloorhoudende oplosmiddelen en zware metalen als chroomzouten”, verklaart drs. Gerd-Jan ten Brink, promovendus bij de vakgroep organische chemie en katalyse van Chemische Technologie. ,,In de praktijk worden de metaalzouten vrijwel één op één gebruikt: voor één kilo aldehydes heb je één kilo zware metalen nodig.”
Jaarlijks wordt op soortgelijke wijze zo’n twee miljoen ton acetylaldehyde geproduceerd. Deze stof wordt onder meer gebruikt bij de productie van spiegels, kunsthars en kleurstoffen. In de industrie wordt hiervoor meestal het Wacker-proces gebruikt, waarbij ethyleen en zuurstof in een hogedruk-bubbelbadje tot het gewenste eindproduct reageren. De hoeveelheid chemisch afval, bestaande uit chloorverbindingen en geïsomeerde bijproducten, is navenant.
Muskus
Vanuit milieu-oogpunt is dit dus niet erg wenselijk. Ook geurfabrikanten hebben het nakijken, want het Wacker-proces is niet echt geschikt voor het maken van lekkere luchtjes. Hoe ingewikkelder de te produceren aldehydes zijn, des te meer bijproducten het proces oplevert. Ten Brink: ,,In principe werkt het proces wel, maar er ontstaan zoveel ongewenste bijproducten dat het eigenlijk niet meer bruikbaar is. Verder zijn veel van de toegevoegde stoffen uiterst corrosief en dat is niet best voor je reactorvaten. Maar bij deze reactie zijn zoutzuur en koperchloride broodnodig, ze zijn een onderdeelvan de katalytische cyclus”
Zijn collega Georgios Papadogianakis ontdekte enige tijd terug een andere manier om aldehydes en ketonen te maken. Met zuurstof, het edelmetaal palladium en een ‘ligand’, een organisch stofje dat metalen kan binden, wist hij de stof propeen om te zetten in aceton. Niks geen chloor, koper of andere verdachte hulpmiddeltjes. ,,Als je hogere moleculen dan propeen omzet, krijg je al snel mintgeuren. Uiteindelijk zou je dan uit moeten komen bij muskusachtige geuren, zoals die in parfums gebruikt worden. Maar zover zijn we niet gegaan.”
De ontdekking bleef vooral een academisch onderonsje. De omzetting van propeen en ander zogenaamde olefinen is economisch gezien namelijk niet zo interessant. Wie alcohol op milieuvriendelijke wijze in aldehydes om kan toveren is daarentegen spekkoper. De tot nu toe bekende omzetmethodes voor alcohol lijden echter onder het bekende euvel: vies en gevaarlijk. ,,Je hebt altijd een organisch, chloorhoudend oplosmiddel nodig. Veelal kankerverwekkende stoffen dus, terwijl de combinatie van zuurstof en oplosmiddel explosiegevaar kan opleveren”, aldus Ten Brink.
Tijd voor een frisse wind. Wat Ten Brink ook dwars zat, was dat iedereen bij de reguliere aanpak angstvallig de aanwezigheid van water probeerde te vermijden. En dat terwijl water een niet te vermijden reactieproduct is. ,,Ik weet niet waarom iedereen dat water weg probeert te halen. Maar ik had de literatuur op dit punt niet gelezen, dus ik wist ook niet dat men water een probleem vond.”
Die verlichte onwetendheid bleek een grote voorsprong. Niet gehinderd door in de literatuur opgeworpen bedenkingen, besloot Ten Brink de vondst van zijn collega te gebruiken om alcohol om te zetten. ,,Het idee is eigenlijk te simpel voor woorden”, zegt de promovendus bijna verontschuldigend. ,,De omzetting van olefinen deden we tenslotte ook al in water en zuurstof. Maar met deze methode blijk je dus ook aldehydes en ketonen uit alcohol te kunnen maken.”
Leerboeken
De organische oplosmiddelen en chroomzouten zijn dus niet meer nodig. Palladium, ligand, zuurstof en water knappen het vuile werk op. Een bijkomend voordeel van de methode is dat het eindproduct als een olielaag op het water ligt, en daardoor makkelijk is af te scheiden. Bij de klassieke methode zijn nog een aantal destillatiestappen nodig om de aldehyden en ketonen van het oplosmiddel te isoleren. De katalysator gaat hierbij verloren.
Waarom niemand anders op dit idee is gekomen weet Ten Brink niet. Wellicht dat de chemische gemeenschap iets te veel eerbied heeft voor de leerboeken. Volgens de literatuur is Ten Brinks werkwijze namelijk onmogelijk. ,,Wat mij wel opvalt is dat iedereen dit soort reacties op de zelfde manier probeert uit te voeren”, merkt hij hierover op. ,,Dan kom je er ook niet op het eens helemaal anders aan te pakken. Platgetreden paden leiden nooit tot een totaal andere oplossing.”
De methode is door Ten Brink en zijn begeleiders prof.dr. Roger Sheldon en dr. Isabel Arends omgedoopt tot de ‘oxidatieve groene route’, en werd afgelopen vrijdag breed uitgemeten in Science. Een mooie opsteker voor de promovendus,die zijn onderzoek naar verwachting pas over een jaar afrondt. Tot die tijd gaat hij het reactieproces verder uitpluizen om te kijken of er nog ergens winst te behalen valt.
Een brede industriële toepassing laat nog wel even op zich wachten, denkt hij. ,,Het zou natuurlijk mooi zijn voor het milieu als de methode populair werd. Er is inmiddels wel interesse uit industrie, maar er zijn zeker ook skeptici. Het ombouwen van bestaande reactoren kost volgens sommigen meer geld dan het oplevert.”
Comments are closed.