Onderzoekers van het Singaporese Agency for Science, Technologie en Onderzoek (A*STAR) hebben de kracht van koolstofdioxide benut om in één stap twee symmetrische stervormige moleculen te maken. Deze moleculen kunnen worden gebruikt om complexe, functionele polymere materialen die nuttig zijn voor persoonlijke verzorging, coatings en medicijnafgifte.

Kooldioxide is een goedkope en toegankelijke grondstof die het een aantrekkelijke bron van potentieel bruikbare moleculen maakt. "Maar het transformeren van koolstofdioxide is doorgaans niet eenvoudig, ", legt hoofdonderzoeker Luo He-Kuan van A*STAR's Institute of Materials Research and Engineering uit.

Zijn team heeft een eenvoudige route ontwikkeld om koolstofdioxide te gebruiken om functionele multicarbonaatverbindingen te maken die kunnen worden gebruikt als bouwstenen voor meer gecompliceerde materialen. Ze creëerden symmetrische benzeenringen met drie of zes identieke armen bestaande uit carbonaatgroepen die eindigen op drievoudige koolstof-koolstofbindingen, of 'alkynen'. "We kunnen de kooldioxide in het molecuul integreren zonder dat hoge temperaturen of hoge druk nodig zijn, ' zegt Luo.

De stervormige moleculen zijn in één stap gemaakt. Het team introduceerde kooldioxide uit droogijs in een alcohol met een alkyn-eindgroep en benzeenringen versierd met drie of zes alkylbromidegroepen. "In het begin, echter, slechts enkele van de takken reageerden, dus we konden de gewenste verbinding niet krijgen, ' legt Luo uit.

Het team verfijnde het proces en ontdekte dat de reacties het meest efficiënt werkten bij kamertemperatuur; met het kooldioxide bij atmosferische druk; en met de toevoeging van een promotor, tetrabutylammoniumbromide, en de basis, kalium carbonaat. "We hebben het vaak geprobeerd en na een paar maanden, we hebben eindelijk [de bromidegroepen in] alle zes de takken gekregen om [met de alcohol] te reageren, " hij zegt.

Het toevoegen van de promotor aan de mix verdubbelde het geproduceerde product. "Het is waarschijnlijk dat het tetrabutylammoniumkation de opnamesnelheid van kooldioxide verhoogt door het carbonaatanion te stabiliseren, ' zegt Luo.

De reactietijd is ook van vitaal belang. "We moesten geduld hebben en de reactie volledig laten verlopen om ervoor te zorgen dat alle takken reageerden." De synthese van het driearmige en zesarmige stervormige molecuul duurde respectievelijk twee en vier dagen.

De alkynen aan het uiteinde van elke arm in deze moleculen zouden theoretisch in staat moeten zijn om te reageren met een groot aantal verschillende moleculen om een ​​reeks complexe of functionele materialen te produceren. "We proberen momenteel de zesarmige, vertakt molecuul om meer functionele stervormige moleculen te bouwen, die toepassingen kunnen vinden in de persoonlijke verzorging, coatings en medicijnafgifte, ' zegt Luo.