Kemister från universitetet i Bonn och deras amerikanska kollegor vid Columbia University i New York har upptäckt en ny mekanism inom katalys som tillåter de billiga, miljövänlig syntes av vissa alkoholer. Reaktionen följer ett tidigare okänt mönster där väte delas upp i tre komponenter på ett tidskoordinerat sätt. Det gick mer än fem år mellan idén och dess praktiska förverkligande. Resultaten publiceras i Vetenskap .

Alkoholer är vanliga kemiska föreningar som, förutom kol och väte, innehålla minst en OH-grupp. De fungerar som utgångsmaterial för en hel serie kemiska synteser och framställs ofta direkt av olefiner genom tillsats av vatten. Olefiner är kolväten med en dubbelbindning tillgänglig från olja. Vattenmolekylen fungerar som en "donator" av OH-gruppen som är karakteristisk för alkoholer.

Denna syntes är enkel och effektiv, men det har en avgörande nackdel:det kan bara användas för att producera vissa alkoholer, de så kallade Markovnikov-alkoholerna. OH-gruppen kan inte helt enkelt fästas till någon position i olefinen - en av två positioner är utesluten. "Vi har nu hittat en ny katalytisk metod som kan producera exakt dessa 'omöjliga' alkoholer, säger Prof. Dr. Andreas Gansäuer.

Gansäuer arbetar på Kekulé Institute of Organic Chemistry and Biochemistry vid universitetet i Bonn. Idén till den nya syntesen uppstod i ett samarbete 2013 med gruppen av prof. Dr. Jack Norton från Columbia University i New York. Dock, det tog nästan fem år innan syntesen av den så kallade anti-Markovnikov-alkoholen med det nya katalytiska systemet fungerade tillräckligt bra för att kunna publiceras.

Acceleration och bromsning av katalysatorernas ligander

Processen har en ovanlig reaktionsmekanism. Epoxider, vanliga och värdefulla mellanprodukter från den kemiska industrin, tjäna som utgångsmaterial. Epoxider kan framställas genom att tillsätta en syreatom (kemisk symbol:O) till olefiner. Om de tillåts reagera med vätemolekyler (H ₂ ), syret blir en OH-grupp. I vanliga fall, med detta tillvägagångssätt produceras endast Markovnikov-alkoholer.

"I vår reaktion, dock, vi överför successivt vätet i tre delar, " förklarar Gansäuer. "För det första, en negativt laddad elektron, sedan en neutral väteatom och slutligen en positivt laddad vätejon, en proton. Vi använder två katalysatorer, varav den ena innehåller titan och den andra krom. Detta gör det möjligt för oss att omvandla epoxider till anti-Markovnikov-alkoholer." Tidpunkten för hela processen måste vara strikt koordinerad - som i jonglering, där varje boll måste bibehålla en specificerad flyglängd. För att uppnå detta, kemisterna var tvungna att synkronisera hastigheten på tre katalytiska reaktioner. För detta ändamål, de fäste de "rätta" liganderna, molekyler som styr metallernas reaktivitet, till titan- och kromatomerna.

Tills nu, anti-Markovnikov-alkoholer har framställts genom en så kallad hydroborering följt av en oxidation. Dock, denna reaktion är relativt komplex och inte särskilt hållbar. Den nya mekanismen, å andra sidan, producerar inga biprodukter och är därmed praktiskt taget avfallsfri. "Titan och krom är också mycket vanliga metaller, till skillnad från många andra ädelmetaller som ofta används i katalys, " betonar Gansäuer.

Under 2013, Norton och Gansäuer lämnade in sin idé till en utlysning av förslag om hållbar katalys av International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), vinna förstaplatsen. Projektet finansierades till stor del med bidragspengarna. "Men det goda samarbetet inom mitt institut har verkligen också bidragit till framgången, " betonar Gansäuer. "Till exempel, Jag hade inte bara tillgång till institutets resurser, men också till utrustning från de andra grupperna från Bonn."