Forskere opdager et sikrere alternativ til en eksplosiv reaktion brugt i mere end 100 år

Den kemiske industri har brugt en reaktion med eksplosive kemikalier i mere end 100 år - nu har Mülheim-forskere opdaget et mere sikkert alternativ. Ritter-gruppen fra Max Planck Institut für Kohlenforschung i Mülheim/Ruhr har udgivet en artikel med titlen "Nitrate reduction enables safer aryldiazonium chemistry," om aryldiazonium i Science .

Eksplosioner og forgiftninger. Alvorlige kvæstelser og endda dødsfald. I den kemiske industris historie har der været gentagne ulykker, nogle gange fatale, ofte forårsaget af farlige og eksplosive kemikalier, som er nødvendige for visse reaktioner.

Aryldiazoniumsalte, som har været brugt i 140 år, er sådanne kemikalier. De er meget reaktive og derfor ekstremt nyttige til fremstilling af andre forbindelser - for eksempel farvestoffer. Den høje reaktivitet betyder dog, at isolerede aryldiazoniumsalte ikke er særlig stabile og derfor kan reagere utilsigtet og nogle gange eksplosivt.

Den 23. december 1969 var der en særlig alvorlig eksplosion, der involverede disse kemikalier ved Ciba AG i Basel. En bygning blev ødelagt, og tunge stykker af reaktoren fløj gennem luften. Tre arbejdere mistede livet, og 31 blev alvorligt såret. På trods af sådanne forfærdelige rapporter fortsætter arbejdet med aryldiazoniumsalte.

Et hold ledet af prof. Dr. Tobias Ritter, direktør ved Max Planck Instituttet for Kohlenforschung, er nu lykkedes med at gøre den risikable kemi med aryldiazoniumsalte væsentligt sikrere. Mülheim-protokollen gør ikke kun brugen af ​​disse forbindelser mindre farlig, men åbner også potentielt muligheder for udvikling af nye reaktioner.

"Normalt foregår brugen af ​​diazoniumsalte i to trin:man isolerer eller akkumulerer først diazoniumsaltet, som er farligt, og omdanner det derefter til det ønskede produkt i et andet trin. I vores projekt kombinerer vi de to syntesetrin. og gå til det ønskede produkt uden at akkumulere diazoniumsaltet, hvilket reducerer risikoen for en eksplosion markant," forklarer Tim Schulte, en ph.d.-studerende fra Tobias Ritters gruppe.

Traditionelt syntetiseres aryldiazoniumsalte fra aniliner med salpetersyre eller med nitritforbindelser, en reaktion, der har oplevet lidt innovation gennem årene. Reaktionen skal udføres ved lave temperaturer (under 5°C), fordi aryldiazoniumsaltene er ustabile ved højere temperaturer. Men Javier Mateos, en postdoc-forsker i gruppen, og Schulte har opdaget en ny metode, der tillader tilstedeværelsen af ​​forskellige nukleofiler i reaktionsblandingen.

Den nye strategi er baseret på brugen af ​​en naturlig proces, nitratreduktion, som udføres i planter. Forskerne formåede at efterligne den naturlige proces i et reagensglas og kombinere den med aryldiazonium-kemi for at udvikle en mere sikker syntesemetode. På denne måde kan de ovennævnte begrænsninger forbundet med traditionelle metoder såsom temperaturfølsomhed og behovet for stærke syrer undgås.

Fordi forskerne kombinerer flere trin i deres nye protokol, opstår der i første omgang ikke store koncentrationer af det farlige stof. Og det er ikke alt, hvad forskerne fra Mülheim opdagede.

"Til vores syntesemetode bruger vi kemikalier, der bruges i store mængder i gødnings- og brændstofindustrien og derfor er billige," siger Schulte. Dette kan gøre synteseruten yderst interessant for virksomheder i den kemiske industri, da det betyder lavere produktionsomkostninger.

"Løsningen på problemet kunne faktisk være fundet for 100 år siden, men reaktionen, som den nu er blevet opdaget, ville nok ikke være planlagt på samme måde," siger Tobias Ritter.

"Kombinationen af ​​kemikalier, der i sidste ende giver gode resultater, blev opdaget ved et tilfælde, mens vi arbejdede på et andet projekt," afslører Mateos. Selvom de anvendte reagenser har været kendt i lang tid, var deres potentiale for diazoniumkemi simpelthen blevet overset indtil nu.

Den nye metode er også spændende videnskabeligt, fordi nye kemiske tilgange nu kan forfølges, hvilket ikke umiddelbart ville være muligt med den klassiske metode på grund af den høje risiko for eksplosion og ustabilitet i forbindelserne.

Flere oplysninger: Javier Mateos et al., Nitratreduktion muliggør sikrere aryldiazonium-kemi, Science (2024). DOI:10.1126/science.adn7006

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af Max Planck Society