Acid as a catalyst and reagent in sustainable reactions with arenes

Promovendus/a: Mathias Bal

Promotor(en): Bert Maes

Het gebruik van biomassa als grondstof voor hernieuwbare koolstof is een belangrijke strategie om klimaatverandering-gerelateerde problemen zoals onze afhankelijkheid van fossiele grondstoffen en de daaraan gekoppelde noodzaak om CO2 emissie te verlagen aan te pakken. In dit kader heeft lignine, één van de drie componenten van overvloedig beschikbare lignocellulose biomassa, zich ontpopt als een veelbelovende hernieuwbare bron voor aromatische platformmoleculen, die momenteel verkregen worden via aardolieraffinage. Om zijn potentieel waar te maken is er echter meer onderzoek nodig om de complexe lignine structuur efficiënt om te zetten in waardevolle productstromen. Eén van de grote uitdagingen ligt hier in het selectief splitsen van lignine in een gelimiteerd aantal verschillende aromaten. De ‘lignin fist’ benadering die start van lignocellulose i.p.v. lignine is interessanter vermits gedurende de extractie van (hemi)cellulose vanuit lignocellulose (bv. papierindustrie) depolymerisatie en repolymerisatie van de natuurlijke lignin optreedt, waarbij lignin bekomen wordt die moeilijk chemisch te splitsen is.

Hoofdstuk 1 begint met een inleiding over lignine, de belangrijkste kenmerken ervan en de huidige verwerkingsprocessen. Gelet op de alomtegenwoordigheid van aryl methyl ether functionaliteiten in lignine en lignine-gebaseerde producten (monomeren, dimeren en oligomeren) bekomen via biorafinaderijen, zijn O-demethyleringsreacties van onmiskenbaar belang. Logischerwijs zijn er doorheen de jaren dan ook al verscheidene methoden gerapporteerd die gebruik maken van zowel katalytische als niet-katalytische reagentia, met elks hun eigen voor- en nadelen.

Omwille van deze reden werd er in Hoofdstuk 2 een nieuwe O-demethyleringsmethode ontwikkeld die gebruik maakt van zuur (HCl of zeoliet) in heet water in overeenstemming met de principes van duurzame chemie. De CHEM21 Green Metrics Toolkit werd gebruikt om het groene karakter van de ontwikkelde methode te evalueren en te vergelijken met verscheidene klassieke alternatieven. In Hoofdstuk 3 werd het mechanisme van de ontwikkelde O-demethyleringsreactie verder ontrafeld door middel van computationeel en experimenteel onderzoek.

Anilines zijn cruciale bouwstenen in de chemische industrie. Zij kunnen bekomen worden via nitrering van arenen en reductie. In Hoofdstuk 4 werd een nieuweselectieve reductie van nitrobenzenen naar anilines ontwikkeld daar traditionale methoden nog steeds significante tekortkomingen vertonen in het kader van Groene Chemie. Eerder dan gebruik te maken van een thermisch proces, werd er hier ingezet op zichtbaar licht fotoinductie om de gewenste transformatie te verwezelijken.