Kemisk jonglering med tre partikler

Kemikere fra University of Bonn og deres amerikanske kolleger ved Columbia University i New York har opdaget en ny mekanisme inden for katalyse, der tillader billige, miljøvenlig syntese af visse alkoholer. Reaktionen følger et hidtil ukendt mønster, hvor brint spaltes i tre komponenter på en tidskoordineret måde. Der gik mere end fem år mellem idéen og dens praktiske realisering. Resultaterne offentliggøres i Videnskab .

Alkoholer er almindelige kemiske forbindelser, som ud over kulstof og brint, indeholde mindst én OH-gruppe. De tjener som udgangsmaterialer til en hel række kemiske synteser og fremstilles ofte direkte af olefiner ved tilsætning af vand. Olefiner er carbonhydrider med en dobbeltbinding tilgængelig fra olie. Vandmolekylet tjener som en "donor" af OH-gruppen, der er karakteristisk for alkoholer.

Denne syntese er enkel og effektiv, men det har en afgørende ulempe:Det kan kun bruges til at fremstille visse alkoholer, de såkaldte Markovnikov-alkoholer. OH-gruppen kan ikke blot bindes til en hvilken som helst position af olefinen - en af ​​to positioner er udelukket. "Vi har nu fundet en ny katalytisk metode, der kan producere netop disse 'umulige' alkoholer, " siger prof. dr. Andreas Gansäuer.

Gansäuer arbejder på Kekulé Institut for Organisk Kemi og Biokemi ved Universitetet i Bonn. Ideen til den nye syntese opstod i et 2013 -samarbejde med gruppen af ​​Dr. Dr. Jack Norton fra Columbia University i New York. Imidlertid, det tog næsten fem år, før syntesen af ​​den såkaldte anti-Markovnikov-alkohol ved hjælp af det nye katalytiske system fungerede godt nok til at blive offentliggjort.

Acceleration og opbremsning af katalysatorernes ligander

Processen har en usædvanlig reaktionsmekanisme. Epoxider, almindelige og værdifulde mellemprodukter fra den kemiske industri, fungere som udgangsmaterialer. Epoxider kan fremstilles ved at tilføje et oxygenatom (kemisk symbol:O) til olefiner. Hvis de får lov til at reagere med brintmolekyler (H ₂ ), oxygenet bliver til en OH -gruppe. Normalt, med denne fremgangsmåde fremstilles kun Markovnikov-alkoholer.

"I vores reaktion, imidlertid, vi overfører successivt brinten i tre dele, "forklarer Gansäuer." Først, en negativt ladet elektron, derefter et neutralt hydrogenatom og til sidst en positivt ladet hydrogenion, en proton. Vi bruger to katalysatorer, hvoraf den ene indeholder titanium og den anden chrom. Dette giver os mulighed for at omdanne epoxider til anti-Markovnikov-alkoholer." Timingen af ​​hele processen skal koordineres nøje - som i jonglering, hvor hver bold skal opretholde en specificeret flyvevarighed. For at opnå dette, kemikerne skulle synkronisere hastigheden af ​​tre katalytiske reaktioner. Til denne ende, de vedhæftede de "rigtige" ligander, molekyler, der styrer metallernes reaktivitet, til titan- og chromatomerne.

Indtil nu, anti-Markovnikov alkoholer er blevet fremstillet gennem en såkaldt hydroborering efterfulgt af en oxidation. Imidlertid, denne reaktion er relativt kompleks og ikke særlig bæredygtig. Den nye mekanisme, på den anden side, producerer ingen biprodukter og er dermed praktisk talt fri for affald. "Titan og krom er også meget almindelige metaller, i modsætning til mange andre ædelmetaller, der ofte bruges i katalyse, ”Understreger Gansäuer.

I 2013 Norton og Gansäuer indsendte deres idé til en indkaldelse af forslag til bæredygtig katalyse fra International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), vinde førstepladsen. Projektet blev i vid udstrækning finansieret med bevillingspengene. "Men det gode samarbejde inden for mit institut har bestemt også bidraget til succesen, "understreger Gansäuer." For eksempel, Jeg havde ikke kun adgang til instituttets ressourcer, men også til udstyr fra de andre grupper fra Bonn."