Hang metaalkernen tussen de takken van een dendrimeer en je combineert de voordelen van homogene en heterogene katalyse. Instelbaar als een organisch ligand en toch gemakkelijk te recyclen, claimen Berkeley-coryfeeën Dean Toste en Gabor Somorjai in Nature Chemistry.

Waarbij niet-katalytici zich moeten realiseren dat zo’n ‘geheterogeniseerde homogene nanokatalysator’ op menig vakbroeder zal overkomen als een huwelijk tussen katholiek en protestant.

Zo’n dendrimeer is een driedimensionaal vertakt, boomvormig polymeer. Het idee is dat je de takken van zo’n boom gebruikt als vervangers van de organische liganden, waarmee je anders je metaal zou omringen om een homogene katalysator te maken.

Normaal gesproken regelen die liganden de chemische activiteit van het metaal en zorgen ze voor selectiviteit: het komt er op neer dat ze alle mogelijke chemische reacties in de weg zitten, op eentje na. In hun publicatie laten Toste en Somorjai zien dat je met dendrimeren hetzelfde effect kunt bereiken.

Maar terwijl een klassieke homogene katalysator alleen werkt als hij in vloeistof is opgelost, kun je zo’n dendrimeer zonder bezwaar immobiliseren op een vaste ondergrond. Rond het aanhechtingspunt zal de katalytische werking dan wel verdwijnen, maar er blijft meer dan genoeg dendrimeeroppervlak over dat nergens aan vast zit en gewoon actief blijft.

Na afloop van de reactie licht je de vaste ondergrond met dendrimeren en al uit de reactor. Net zo gemakkelijk als bij een klassieke heterogene katalysator, waarbij het metaal rechtstreeks op die ondergrond geplakt zit. Maar zo’n heterogene katalysator is veel moeilijker af te stellen, niet in het minst omdat de wetenschap nog lang niet volledig heeft doorgrond wat er op zo’n metaaloppervlak gebeurt.

Toste en Somorjai hebben het uitgeprobeerd met nanogouddeeltjes in een vierdegeneratie polyamidoamine-dendrimeer, geïmmobiliseerd op mesoporeus SiO₂. Ze wisten er behoorlijk selectief een aantal cyclopropaanverbindingen mee te maken, zowel in een batchproces als continu in een flowreactor.

bron: Berkeley Lab, Nature Chemistry