Mit mechanischer Kraft chemische Reaktionen starten
Forscher haben gezeigt, dass mechanische Kraft chemische Reaktionen in Gang setzen kann, wodurch sie billiger, breiter anwendbar und umweltfreundlicher als herkömmliche Methoden sind.
Reaktionsgemische vor und nach dem Mahlen in einer Kugelmühle. Mechanoredox-Arylierungsreaktionen traten mit Aryldiazonium-Salzen und Furan in Gegenwart eines piezoelektrischen Materials (BaTiO3) auf.
Kubota K. et al. Science, December 19, 2019
Chemische Reaktionen werden in der Regel durch Erhitzen der Reaktionsgemische ausgelöst. In den letzten zehn Jahren wurde intensiv an "Photoredox-Katalysatoren" geforscht, die durch sichtbares Licht aktiviert werden können und hochspezifische und effiziente chemische Reaktionen ermöglichen. Diese Reaktionen erfordern jedoch oft eine große Menge an schädlichen organischen Lösungsmitteln, so dass sie nur für lösliche Reaktionspartner anwendbar sind.
"Piezoelektrische Materialien" wie Bariumtitanat sind dafür bekannt, dass sie bei mechanischem Druck elektrische Potentiale erzeugen, weshalb sie in Mikrofonen und Feuerzeugen eingesetzt werden. In der aktuellen, in Science veröffentlichten Studie hat das Forscherteam um Hajime Ito und Koji Kubota vom Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) der Universität Hokkaido nachgewiesen, dass dieses elektrische Potenzial auch zur Aktivierung chemischer Reaktionen genutzt werden kann. "In unserem System nutzen wir die mechanische Kraft einer Kugelmühle, um ein piezoelektrisches Material für Redoxreaktionen zu aktivieren, wobei wir auf den Einsatz von organischen Lösungsmitteln verzichten", sagt Koji Kubota. Sie nennen es eine Mechanoredox-Reaktion im Gegensatz zu einer Photoredox-Reaktion.
Das Team zeigte, dass elektrische Potentiale aus piezoelektrischem Material (BaTiO3) eine Verbindung namens Aryldiazonium-Salze aktivieren und hochreaktive Radikale erzeugen. Die Radikale durchlaufen bindungsbildende Reaktionen wie Arylierungs- und Borylierungsreaktionen - beide sind in der synthetischen Chemie wichtig - mit hoher Effizienz. Das Team zeigte auch, dass die Borylierungsreaktion durch Schläge mit dem Hammer auf die Mischung in einem Plastikbeutel erfolgen kann.
"Dies ist das erste Beispiel für Arylierungs- und Borylierungsreaktionen mit mechanisch induzierter Piezoelektrizität", sagt Koji Kubota. "Unser lösungsmittelfreies System mit einer Kugelmühle hat es uns ermöglicht, organische Lösungsmittel zu eliminieren, wodurch die Reaktionen einfacher zu handhaben, umweltfreundlicher und auch für Reaktionspartner, die nicht im Reaktionslösungsmittel gelöst werden können, anwendbar sind. Außerdem könnten sie das Bariumtitanat recyceln und bessere Ausbeuten als bei Photoredoxreaktionen erzielen, was die Attraktivität dieses Ansatzes noch weiter steigern würde.
"Wir erforschen nun die Abstimmbarkeit des mechanisch erzeugten elektrischen Potentials. Zusammen mit rechnerischen Vorhersagen wollen wir die Anwendbarkeit dieser Technik erweitern", sagt Hajime Ito. "Unser Ziel ist es, bestehende Photoredox-Ansätze zu ergänzen oder zumindest teilweise zu ersetzen und eine umweltfreundliche und kostengünstige Alternative für die industrielle organische Synthese zu bieten.
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Chemie-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für die chemische Industrie, Analytik, Labor und Prozess bringt Sie jeden Dienstag und Donnerstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.
