Eine neue Methode zur Herstellung einer der am weitesten verbreiteten Verbindungsklassen in der Chemie könnte industrielle Prozesse revolutionieren, billiger, einfacher und umweltfreundlicher machen.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Hokkaido hat eine einfachere, umweltfreundlichere Methode zur Herstellung von Grignard-Reagenzien entwickelt – einer der wichtigsten und am häufigsten verwendeten Arten von Reagenzien in der chemischen Industrie –, die den Einsatz gefährlicher organischer Lösungsmittel drastisch reduziert und zu Herstellungskosten zu senken. Dieser neue Prozess wurde Nature Communications gemeldet.
Grignard-Reagenzien sind ein wichtiger Bestandteil der konventionellen Methode zur Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, den Bausteinen organischer Moleküle. Sie wurden vor 120 Jahren entdeckt, aber aufgrund ihrer Instabilität erfolgt die traditionelle Herstellungsweise, die noch heute verwendet wird, in giftigen organischen Lösungsmitteln und ohne Einwirkung von Feuchtigkeit und Sauerstoff. Das Ergebnis ist ein komplexer, mühsamer und kostspieliger Prozess, bei dem umweltgefährdender Abfall entsteht.
Die Forscher umgingen diese Probleme, indem sie die Menge des verwendeten organischen Lösungsmittels minimierten und eine mechanochemische Methode namens Kugelmühle zur Herstellung von Grignard-Reagenzien verwendeten.
Die Reagenzien, metallisches Magnesium und Halogenide, wurden zusammen mit einer Edelstahlkugel in eine Metallkammer geladen. In einem entscheidenden Schritt wurde den festen Reagenzien eine kleine Menge organisches Lösungsmittel zugesetzt – etwa ein Zehntel der Menge, die bei herkömmlichen Verfahren verwendet wird. Die Kammer wurde dann eine Stunde lang gedreht, wodurch die Kugel sich drehte und auf die Feststoffe traf, was ihnen half, sich gründlich zu mischen und zu reagieren, um eine Grignard-Paste zu bilden.
Den Forschern gelang es sogar, neue Grignard-Reagenzien mit Organohalogenverbindungen herzustellen, die in organischen Lösungsmitteln schlecht löslich sind, die in der Regel nicht auf herkömmliche Weise erhalten werden können.
Die Vermeidung des intensiven Einsatzes organischer Lösungsmittel hat es den Forschern ermöglicht, Löslichkeitsprobleme zu überwinden, was eine Welt neuer Reaktionen mit Grignard-Reagenzien eröffnet, die aus unlöslichen Verbindungen hergestellt werden. Es führt auch zu einer deutlichen Reduzierung der Menge an gefährlichen Abfällen.
Außerdem sind Grignard-Reagenzien für Wasser oder Sauerstoff schwieriger anzugreifen, wenn weniger organisches Lösungsmittel verwendet wird. Dadurch entfällt die Entfernung von Wasser und Sauerstoff aus der Umgebungsluft, was den Prozess vereinfacht und dessen Kosten senkt. Angesichts der potenziellen wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile könnte diese Entdeckung enorme Auswirkungen auf die chemische Industrie haben.
2021-11-18 19:29:00
Autor: Vitalii Babkin