Kaskader med kuldioxid

Kuldioxid (CO ₂ ) er ikke bare en uønsket drivhusgas, det er også en interessant kilde til råvarer, der er værdifulde og kan genbruges bæredygtigt. I journalen Angewandte Chemie , Spanske forskere har nu introduceret en ny katalytisk proces til omdannelse af CO ₂ til værdifulde kemiske mellemprodukter i form af cykliske carbonater.

At få CO ₂ at reagere er desværre ikke let. I øjeblikket, mest forskning er fokuseret på omdannelse af CO ₂ til methanol, som kan bruges som et alternativt brændstof samt et råstof til den kemiske industri. Innovative katalytiske processer kunne tillade CO ₂ at blive omdannet til værdifulde kemiske forbindelser uden at gå en omvej gennem methanol, måske til produktion af bionedbrydeligt plast eller farmaceutiske mellemprodukter.

En meget lovende tilgang er konvertering af CO ₂ til organiske carbonater, som er forbindelser, der indeholder en byggesten, der stammer fra kulsyre, omfattende carbonatom knyttet til tre oxygenatomer. Forskere, der arbejder med Arjan W. Kleij ved Barcelona Institute of Science and Technology (Barcelona), Institut for Kemisk Forskning i Catalonien (Tarragona), og det catalanske institut for forskning og avancerede studier (Barcelona), har udviklet en konceptuelt ny proces til fremstilling af carbonater i form af seksledede ringe, fra CO ₂ og grundlæggende, let tilgængelige byggesten. Disse cykliske carbonater har et stort potentiale for skabelse af nyt CO ₂ -baserede polycarbonater.

Udgangsmaterialerne er forbindelser med en carbon-carbon dobbeltbinding og en alkoholgruppe (-OH) på et tilstødende carbonatom (homoallyliske alkoholer). I reaktionens første trin, dobbeltbindingen omdannes til et epoxid, en ring med tre led med et ilt og to carbonatomer. Epoxidet er i stand til at reagere med CO ₂ i nærvær af en specifik katalysator. Produktet er et cyklisk carbonat i form af en femleddet ring med tre carbon- og to oxygenatomer. Carbonatomet ved "spidsen" af den femledede ring er fastgjort til et yderligere oxygenatom. I det næste trin, en organisk katalysator (N-heterocyklisk base) aktiverer OH-gruppen og får den femledede ring til at omarrangere til en seksleddet ring. Oxygenatomet fra OH -gruppen er integreret i den nye ring, mens et af oxygenatomerne fra den oprindelige femledede ring danner en ny OH-gruppe. Imidlertid, omvendt reaktion finder også sted, fordi den originale femledede ring er betydeligt mere energisk gunstig, og kun en forsvindende lille mængde af den seksledede ring er til stede ved ligevægt. Tricket er at fange den seksledede ring. Den nye OH -gruppe binder til et reagens (acylering), fordi dens forskellige position gør den betydeligt mere reaktiv end den oprindelige OH -gruppe.

Denne nyudviklede proces giver adgang til en bred palet af nye, seks-ledede carbonatringe i fremragende udbytter, med høj selektivitet og under milde reaktionsbetingelser. Dette udvider CO's repertoire ₂ -baserede heterocyklusser og polymerer, som er vanskelige at fremstille ved konventionelle metoder.