Halogenované kobalt bis-dikarbolidové silné kyseliny jako opakovaně použitelné homogenní katalyzátory pro esterifikaci mastných kyselin s methanolem nebo ethanolem

Fosilní naftě konkurenceschopná bionafta druhé generace se vyrábí z nejedlých tuků a olejů, které obsahují vyšší podíly volných mastných kyselin. Ty však při použití bazických transesterifikačních katalyzátorů reagují na mýdla, což celý proces komplikuje. Řešením je nejprve esterifikací přeměnit mastné kyseliny na bionaftu a následně dokončit transesterifikaci tuků a olejů.

K esterifikaci se nejčastěji používá kyselina sírová, která je levná a účinná, ale má řadu nevýhod – používá se jednorázově, koroduje kovové aparatury, vede k tvorbě většího množství odpadní vody a produkt se musí kontrolovat na limitní obsah zbytkové síry, která by mohla způsobovat korozi spalovacích motorů.

Tuto problematiku řeší nová vědecká publikace Halogenated Cobalt Bis-Dicarbollide Strong Acids as Reusable Homogeneous Catalysts for Fatty Acid Esterification with Methanol or Ethanol, která vznikla na Katedře chemie v rámci výzkumné skupiny Anorganické a analytické chemie. V této publikaci je představen nový druh silně kyselého halogenovaného heteroboranovaného homogenního katalyzátoru. Tento katalyzátor je velmi stálý, nekorozivní a lze jej opakovaně použít bez izolace nebo snadno oddělit z reakční směsi.

Protože jde o katalyzátor nerozpustný ve vodě, byla pro UV-Vis stanovení jeho kyselosti úspěšně modifikována Hammett-Deyrupova metoda, což umožňuje měření kyselosti i dalších ve vodě nerozpustných kyselin a superkyselin. Produktem každé esterifikace je voda, kterou se pomocí tzv. molekulových sít podařilo kontinuálně odstraňovat z reakční směsi, čímž se urychlila syntéza, zvýšil výtěžek bionafty a snížila energetická náročnost výroby.

Autoři se také podrobně zabývali způsoby, jak zachovat účinnost katalyzátoru i po více cyklech. Kromě toho byla vyvinuta nová HPLC-MS metoda pro rychlejší, jednodušší a efektivnější stanovení poměru mastných kyselin a esterů z jediného nástřiku vzorku. Tento přístup přináší významné zlepšení v procesu výroby bionafty a nové možnosti pro aplikace homogenních katalyzátorů v chemickém průmyslu.

Kaule, P.; Šícha, V.; Macháček, J.; Naumkina, Y.; Čejka, J. Halogenated Cobalt Bis-Dicarbollide Strong Acids as Reusable Homogeneous Catalysts for Fatty Acid Esterification with Methanol or Ethanol. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 13263. https://doi.org/10.3390/ijms252413263