In een metal organic framework kun je ijzerionen zo verpakken dat ze de omzetting van ethaan in ethanol katalyseren. Dat opent nieuwe mogelijkheden voor de verwerking van schaliegas, suggereert Berkeley-onderzoeker Jeffrey Long in Nature Chemistry.

Tot nu toe was die omzetting nauwelijks te doen. Je moet er immers een C-H binding in ethaan voor activeren. Voor vergelijkbare klusjes zet de natuur enzymen in die ijzer(IV)-oxocomplexen bevatten, en de laatste jaren is het ook gelukt om dergelijke complexen in het lab te synthetiseren zonder dat enzym er omheen. Alleen zijn Fe⁴⁺-ionen in deze verpakking veel te instabiel om aan industriële toepassingen te denken.

Long heeft nu bedacht om die ijzerionen te verwerken als hoekpunten in een metal organic framework (MOF) met poriën die groot genoeg zijn voor ethaan. De benaming is Fe₂(dobdc) waarbij dodcb^4- staat voor 2,5-dioxido-1,4-benzeendicarboxylaat. Het ijzer gaat hier dus in als huis-, tuin- en keuken-Fe²⁺. Maar de structuur zit zo in elkaar dat het wordt omringd voor vijf zuurstofkernen, met ruimte voor een zesde.

Om van dat ijzer(II) een ijzer(IV)oxocomplex te maken, moet je het MOF vullen met lachgas (N₂O) en het vervolgens verwarmen tot 60 graden Celsius. Helemaal zeker weet Long het nog niet maar het lijkt er op dat de O uit N₂O dan de vrije ruimte bij zo’n ijzerion induikt, om vervolgens zijn stikstof los te laten en zich te binden aan het ijzer.

En kennelijk zit dat Fe⁴⁺ voldoende om een aanvullende elektronen verlegen dat het een H van een toevallig passerend ethaanmolecuul af kan trekken. Het restant van het ethaan reageert verder tot ethanol of (soms) aceetaldehyde. Het werkt nog beter als je 19 van de 20 Fe²⁺-ionen in het MOF vervangt door Mg²⁺ dat niet meedoet; dan liggen de reactieve plekken gemiddeld veel verder uit elkaar en vermindert de kans dat twee of meer ethaanresten samen één groter molecuul vormen.

Echt veel presteren doet de katalysator overigens niet. Vermoedelijk haalt hij zijn waterstof ergens anders vandaan als er niet snel genoeg een ethaanmolecuul langskomt. Dan verandert Fe⁴⁺=O in Fe³⁺-OH en verdwijnt de activiteit ter plekke vrijwel volledig.

Maar het rprincipe lijkt zeker lijkt de moeite waard om verder op voort te borduren.

bron: Nature Chemistry