Ein internationales Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Katalyse (LIKAT) und mehrerer chinesischer Universitäten stellt einen Ansatz vor, der Lignin in wertvolle Amide umsetzt. Die Arbeitsgruppe um Prof. Jagadeesh Rajenahally und Prof. Matthias Beller verbindet dabei die Nutzung eines erneuerbaren Pflanzenstoffs mit einem präzise gesteuerten katalytischen Verfahren, um chemische Bausteine für Anwendungen in Pharma, Agrochemie und Materialwissenschaften bereitzustellen.
Das Verfahren nutzt einen zweistufigen Prozess unter milden Bedingungen, in dem Sauerstoff, Ammoniak oder Amine gezielt eingesetzt werden, um aromatische Amide zu erzeugen. Grundlage dafür ist ein Katalysator, der die selektive Umsetzung ermöglicht und gleichzeitig die Verwertung biogener Ressourcen mit den Zielen einer Kreislaufwirtschaft verbindet. Die Kombination aus erneuerbaren Ausgangsmaterialien und katalytischer Effizienz bildet den Rahmen für eine nachhaltige chemische Produktion.
Amide aus biogenen Ausgangsstoffen
Lignin fällt in großen Mengen in der Papier-, Zellstoff- und Bioethanolproduktion an und ist nach Zellulose eines der häufigsten Biopolymere. Als komplexer Pflanzenstoff wird es bislang nicht umfassend genutzt, obwohl es ein großes Potenzial für chemische Anwendungen bietet. Im Verbund mit der Zunyi Medical University, der Nanjing Forestry University, dem Guangzhou Institute of Energy Conversion und der VSB-Technical University of Ostrava zeigt das Forschungsteam, wie sich Lignin zuverlässig in Amide überführen lässt.
Dr. Zhuang Ma betont, dass der entwickelte Prozess ohne giftige Reagenzien auskommt und unter milden Bedingungen abläuft. Prof. Xinmin Li verweist ergänzend auf die Relevanz dieser Vorgehensweise für eine nachhaltige Nutzung von Biomasse, bei der Amide gezielt und ressourcenschonend bereitgestellt werden.
Katalytische Präzision bei der Amidbildung
Der Schlüssel des Ansatzes ist ein Katalysator, in dem einzelne Kobalt-Atome in einer Kohlenstoffmatrix fixiert sind. Diese Einzelatomkatalysatoren sind hoch aktiv und ermöglichen die selektive Umwandlung des Lignins in Amide.
Der Prozess beginnt mit der Oxidation des Ausgangsmaterials zu Carbonsäuren, gefolgt von der Umsetzung mit Ammoniak oder Aminen zu aromatischen Amiden. Da viele dieser Produkte bisher überwiegend aus fossilen Rohstoffen hergestellt werden, bietet der Ansatz eine nachhaltige Alternative. Damit werden Amide stärker in einen erneuerbaren Rohstoffkontext eingebettet.
Amide aus realer Biomasse
Die Forschenden übertrugen den Ansatz auch auf Kiefernholzspäne und erhielten aromatische Amide mit Ausbeuten nahe den theoretischen Maximalwerten. Damit wird die praktische Anwendbarkeit des Verfahrens auf reale Biomassequellen untermauert.
Der verwendete Katalysator bleibt zudem bis zu sechs Zyklen aktiv, ohne relevante Verluste aufzuweisen. Prof. Jagadeesh Rajenahally ordnet die Ergebnisse als wichtigen Beitrag ein, um erneuerbare Herstellungswege chemischer Bausteine zu etablieren. Die Arbeiten zeigen, dass Amide aus biogenen Ressourcen künftig eine bedeutendere Rolle in einer nachhaltigen Kreislaufchemie spielen können.
Originalpublikation: Z. Ma, Z. Chen, Z. Yuan, C. Ren, B. Zhang, Y. Cui, X. Li, R. V. Jagadeesh, M. Beller. Synthesis of aromatic amides from lignin and its derivatives. Nature Communications 2025, 16, 3476. DOI: 10.1038/s41467-025-58559-y