Forøgelse af kemiske reaktioner i fast tilstand

En tværkoblingsreaktion udføres typisk i et organisk opløsningsmiddel og fører til produktion af en stor mængde opløsningsmiddelaffald, som ofte er skadeligt for miljøet. En ny strategi, der er udviklet af Hokkaido University-forskere i Japan, åbner døren for mere miljøvenlige opløsningsmiddelfri krydskoblingsprocesser i fast tilstand ved hjælp af mekanokemi. Det har også mange potentielle applikationer, herunder udvikling af organiske materialer fundet i solceller og lysemitterende dioder.

Tværkoblingsreaktioner forløber effektivt i nærvær af en metalkatalysator for at danne en lang række organiske molekyler med nye egenskaber. I særdeleshed, de nobelprisvindende palladiumkatalyserede krydskoblingsreaktioner har længe været brugt i syntesen af ​​naturlige produkter, inden for medicinsk kemi, og inden for polymer- og materialevidenskab.

For at reducere miljøspild, forskere har kigget på metoder til at muliggøre effektive organiske synteser, der bruger mindre eller intet opløsningsmiddel. I denne sammenhæng, "organiske transformationer i fast tilstand" har fået betydelig forskningsmæssig opmærksomhed, men forbedring af effektiviteten af ​​krydskoblingsreaktioner i faste medier er fortsat en udfordring.

I en undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation , Hokkaido University organiske kemikere Koji Kubota, Hajime Ito og deres kolleger udviklede en ny strategi for solid-state palladiumkatalyserede krydskoblingsreaktioner ved hjælp af mekanokemi, der muliggør effektiv opløsningsmiddelfri syntese af organiske materialer.

To faste organiske materialer blev anbragt inde i en kuglefræser, der indeholder en rustfrit stålslibekugle. En palladiumbaseret katalysator blev også tilsat. Krukken gennemgår en rystelsesproces, der får bolden til at male de faste forbindelser, igangsætning af en krydskoblingsreaktion.

De fandt ud af, at den palladiumbaserede katalysator havde en tendens til at aggregeres under reaktionen, hvilket kan føre til deaktivering af katalysator. Men, når olefin som 1, 5-cyclooctadien blev tilsat til blandingen, det fungerede som et dispergeringsmiddel for den palladiumbaserede katalysator, lette en mere effektiv solid-state krydskoblingsreaktion. Da olefin blev tilføjet, omsætningshastigheden for reaktionen steg fra mindre end 30% til 99%.

"Vores protokol bør være særlig nyttig til at reducere mængden af ​​organisk opløsningsmiddel, der bruges i industrien, der er skadeligt for miljøet. Det vil også gøre produktionsprocessen billigere, "sagde Hajime Ito." Den nye metode kunne anvendes på, for eksempel, produktionen af ​​triarylaminer, der findes i en lang række organiske materialer, herunder solceller og lysemitterende dioder. "