Den kemiska industrin har använt en reaktion med explosiva kemikalier i mer än 100 år – nu har Mülheims forskare upptäckt ett säkrare alternativ. Rittergruppen vid Max Planck Institut für Kohlenforschung i Mülheim/Ruhr har publicerat en artikel med titeln "Nitrate reduction enables safer aryldiazonium chemistry," om aryldiazonium i vetenskap .
Explosioner och förgiftning. Allvarliga skador och till och med dödsfall. I den kemiska industrins historia har det förekommit upprepade olyckor, ibland dödliga, ofta orsakade av farliga och explosiva kemikalier som krävs för vissa reaktioner.
Aryldiazoniumsalter, som har använts i 140 år, är sådana kemikalier. De är mycket reaktiva och därför extremt användbara för att producera andra föreningar, till exempel färgämnen. Den höga reaktiviteten gör dock att isolerade aryldiazoniumsalter inte är särskilt stabila och därför kan reagera oavsiktligt och ibland explosivt.
Den 23 december 1969 inträffade en särskilt allvarlig explosion som involverade dessa kemikalier vid Ciba AG i Basel. En byggnad förstördes och tunga delar av reaktorn flög genom luften. Tre arbetare miste livet och 31 skadades allvarligt. Trots sådana fruktansvärda rapporter fortsätter arbetet med aryldiazoniumsalter.
Ett team ledd av prof. Dr. Tobias Ritter, direktör vid Max Planck-institutet för Kohlenforschung, har nu lyckats göra den riskfyllda kemin med aryldiazoniumsalter betydligt säkrare. Mülheimprotokollet gör inte bara användningen av dessa föreningar mindre farlig, utan öppnar också potentiellt möjligheter för utveckling av nya reaktioner.
"Normalt sker användningen av diazoniumsalter i två steg:man isolerar eller ackumulerar först diazoniumsaltet, vilket är farligt, och omvandlar det sedan till önskad produkt i ett andra steg. I vårt projekt kombinerar vi de två syntesstegen och gå till önskad produkt utan att ackumulera diazoniumsaltet, vilket avsevärt minskar risken för en explosion", förklarar Tim Schulte, doktorand från Tobias Ritters grupp.
Traditionellt syntetiseras aryldiazoniumsalter från aniliner med salpetersyrlighet eller med nitritföreningar, en reaktion som har upplevt lite innovation under åren. Reaktionen måste utföras vid låga temperaturer (under 5°C) eftersom aryldiazoniumsalterna är instabila vid högre temperaturer. Javier Mateos, en postdoktor i gruppen, och Schulte har dock upptäckt en ny metod som tillåter närvaron av olika nukleofiler i reaktionsblandningen.
Den nya strategin bygger på användningen av en naturlig process, nitratreduktion, som genomförs i växter. Forskarna lyckades imitera den naturliga processen i ett provrör och kombinera den med aryldiazoniumkemi för att utveckla en säkrare syntesmetod. På så sätt kan de ovan nämnda begränsningarna förknippade med traditionella metoder som temperaturkänslighet och behovet av starka syror undvikas.
Eftersom forskarna kombinerar flera steg i sitt nya protokoll uppstår inte stora koncentrationer av det farliga ämnet i första hand. Och det är inte allt som forskarna från Mülheim upptäckte.
"För vår syntesmetod använder vi kemikalier som används i stora mängder inom konstgödsel- och bränsleindustrin och därför är billiga", säger Schulte. Detta kan göra syntesvägen extremt intressant för företag inom den kemiska industrin eftersom det innebär lägre produktionskostnader.
"Lösningen på problemet kunde faktiskt ha hittats för 100 år sedan, men reaktionen som den nu har upptäckts hade förmodligen inte planerats på samma sätt", säger Tobias Ritter.
"Kombinationen av kemikalier som i slutändan ger bra resultat upptäcktes av en slump när vi arbetade med ett annat projekt", avslöjar Mateos. Även om de använda reagenserna har varit kända under lång tid, har deras potential för diazoniumkemi helt enkelt förbisetts fram till nu.
Den nya metoden är också spännande vetenskapligt eftersom nya kemiska tillvägagångssätt nu kan tillämpas, vilket inte skulle vara lätt möjligt med den klassiska metoden på grund av den höga risken för explosion och instabilitet i anslutningarna.
Mer information: Javier Mateos et al, Nitratreduktion möjliggör säkrare aryldiazoniumkemi, Science (2024). DOI:10.1126/science.adn7006
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av Max Planck Society
