En korskopplingsreaktion utförs vanligtvis i ett organiskt lösningsmedel och leder till produktion av en stor mängd lösningsmedelsavfall, vilket ofta är skadligt för miljön. En ny strategi utvecklad av forskare från Hokkaido University i Japan öppnar dörren för mer miljövänliga lösningsmedelsfria korskopplingsprocesser i fast tillstånd med hjälp av mekanokemi. Det har också många potentiella tillämpningar, inklusive utveckling av organiska material som finns i solceller och lysdioder.

Korskopplingsreaktioner fortskrider effektivt i närvaro av en metallkatalysator för att bilda ett brett spektrum av organiska molekyler med nya egenskaper. Särskilt, de Nobelprisbelönta palladiumkatalyserade korskopplingsreaktionerna har länge använts i syntesen av naturprodukter, i medicinsk kemi, och inom polymer- och materialvetenskap.

För att minska miljöavfallet, forskare har tittat på metoder för att möjliggöra effektiva organiska synteser som använder mindre eller inget lösningsmedel. I detta sammanhang, "organiska omvandlingar i fast tillstånd" har fått stor forskningsuppmärksamhet, men att förbättra effektiviteten av korskopplingsreaktioner i fasta medier är fortfarande en utmaning.

I en studie publicerad i Naturkommunikation , Hokkaido University organiska kemister Koji Kubota, Hajime Ito och deras kollegor utvecklade en ny strategi för solid-state palladium-katalyserade korskopplingsreaktioner med hjälp av mekanokemi som möjliggör effektiv lösningsmedelsfri syntes av organiska material.

Två fasta organiska material placerades inuti en kulfräsburk som innehåller en slipkula av rostfritt stål. En palladiumbaserad katalysator tillsattes också. Burken genomgår en skakprocess som får bollen att mala de fasta föreningarna, initierar en korskopplingsreaktion.

De fann att den palladiumbaserade katalysatorn tenderade att aggregera under reaktionen, vilket kan leda till deaktivering av katalysatorn. Men, när olefin såsom 1, 5-cyklooktadien sattes till blandningen, det fungerade som ett dispergeringsmedel för den palladiumbaserade katalysatorn, underlättar en mer effektiv korskopplingsreaktion i fast tillstånd. När olefin tillsattes, omvandlingshastigheten för reaktionen steg från mindre än 30 % till 99 %.

"Vårt protokoll borde vara särskilt användbart för att minska mängden organiskt lösningsmedel som används i industrin som är skadligt för miljön. Det kommer också att göra produktionsprocessen mindre kostsam, " sade Hajime Ito. "Den nya metoden kan tillämpas på, till exempel, produktionen av triarylaminer som finns i ett brett utbud av organiska material, inklusive solceller och lysdioder."