Een kruiskoppelingsreactie wordt typisch uitgevoerd in een organisch oplosmiddel en leidt tot de productie van een grote hoeveelheid oplosmiddelafval, wat vaak schadelijk is voor het milieu. Een nieuwe strategie ontwikkeld door onderzoekers van de Hokkaido University in Japan opent de deur voor meer milieuvriendelijke, oplosmiddelvrije solid-state kruiskoppelingsprocessen met behulp van mechanochemie. Het heeft ook veel potentiële toepassingen, inclusief de ontwikkeling van organische materialen in zonnecellen en lichtgevende dioden.

Kruiskoppelingsreacties verlopen efficiënt in aanwezigheid van een metaalkatalysator om een ​​breed scala aan organische moleculen met nieuwe eigenschappen te vormen. Vooral, de Nobelprijswinnende palladium-gekatalyseerde kruiskoppelingsreacties worden al lang gebruikt bij de synthese van natuurlijke producten, in de medicinale chemie, en in de polymeer- en materiaalkunde.

Om milieuverspilling te verminderen, onderzoekers hebben gekeken naar methoden om efficiënte organische syntheses mogelijk te maken die minder of geen oplosmiddel gebruiken. In deze context, "organische transformaties in vaste toestand" hebben veel onderzoeksaandacht gekregen, maar het verbeteren van de efficiëntie van kruiskoppelingsreacties in vaste media blijft een uitdaging.

In een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , Hokkaido University organische chemici Koji Kubota, Hajime Ito en hun collega's ontwikkelden een nieuwe strategie voor solid-state palladium-gekatalyseerde kruiskoppelingsreacties met behulp van mechanochemie die een efficiënte oplosmiddelvrije synthese van organische materialen mogelijk maakt.

Twee vaste organische materialen werden in een maalkogel geplaatst die een roestvrijstalen maalkogel bevat. Er werd ook een op palladium gebaseerde katalysator toegevoegd. De pot ondergaat een schudproces waardoor de bal de vaste verbindingen vermaalt, het initiëren van een kruiskoppelingsreactie.

Ze ontdekten dat de op palladium gebaseerde katalysator de neiging had om te aggregeren tijdens de reactie, wat kan leiden tot deactivering van de katalysator. Maar, wanneer olefine zoals 1, 5-cyclooctadieen werd aan het mengsel toegevoegd, het fungeerde als dispergeermiddel voor de op palladium gebaseerde katalysator, het vergemakkelijken van een efficiëntere kruiskoppelingsreactie in vaste toestand. Toen olefine werd toegevoegd, de omzettingssnelheid van de reactie steeg van minder dan 30% tot 99%.

"Ons protocol zou met name nuttig moeten zijn voor het verminderen van de hoeveelheid organisch oplosmiddel die in de industrie wordt gebruikt die schadelijk is voor het milieu. Het zal ook het productieproces minder duur maken, " zei Hajime Ito. "De nieuwe methode kan worden toegepast op, bijvoorbeeld, de productie van triarylaminen die te vinden zijn in een breed scala aan organische materialen, waaronder zonnecellen en lichtemitterende diodes."