Kooldioxide (CO ₂ ) is niet alleen een ongewenst broeikasgas, het is ook een interessante bron van grondstoffen die waardevol zijn en duurzaam kunnen worden gerecycled. In het journaal Angewandte Chemie , Spaanse onderzoekers hebben nu een nieuw katalytisch proces geïntroduceerd voor het omzetten van CO ₂ in waardevolle chemische tussenproducten in de vorm van cyclische carbonaten.

CO . krijgen ₂ reageren is helaas niet eenvoudig. Momenteel, het meeste onderzoek is gericht op de omzetting van CO ₂ in methanol, die kan worden gebruikt als alternatieve brandstof en als grondstof voor de chemische industrie. Innovatieve katalytische processen kunnen CO . mogelijk maken ₂ om te zetten in waardevolle chemische verbindingen zonder een omweg door methanol, misschien voor de productie van biologisch afbreekbare kunststoffen of farmaceutische tussenproducten.

Een veelbelovende aanpak is de conversie van CO ₂ in organische carbonaten, dat zijn verbindingen die een bouwsteen bevatten die is afgeleid van koolzuur, bestaande uit een koolstofatoom gebonden aan drie zuurstofatomen. Onderzoekers werken samen met Arjan W. Kleij aan het Barcelona Institute of Science and Technology (Barcelona), het Instituut voor Chemisch Onderzoek van Catalonië (Tarragona), en het Catalaanse Instituut voor Onderzoek en Gevorderde Studies (Barcelona), hebben een conceptueel nieuw proces ontwikkeld om carbonaten te produceren in de vorm van zesledige ringen, beginnend met CO ₂ en basis, gemakkelijk toegankelijke bouwstenen. Deze cyclische carbonaten hebben een groot potentieel voor de aanmaak van nieuwe CO ₂ -gebaseerde polycarbonaten.

De uitgangsmaterialen zijn verbindingen met een koolstof-koolstof dubbele binding en een alcoholgroep (-OH) op een naburig koolstofatoom (homoallylische alcoholen). In de eerste stap van de reactie, de dubbele binding wordt omgezet in een epoxide, een drieledige ring met één zuurstof- en twee koolstofatomen. Het epoxide kan reageren met CO ₂ in aanwezigheid van een specifieke katalysator. Het product is een cyclisch carbonaat in de vorm van een vijfledige ring met drie koolstofatomen en twee zuurstofatomen. Het koolstofatoom aan de "top" van de vijfledige ring is bevestigd aan een extra zuurstofatoom. In de volgende stap, een organische katalysator (N-heterocyclische base) activeert de OH-groep en zorgt ervoor dat de vijfledige ring zich herschikt tot een zesledige ring. Het zuurstofatoom van de OH-groep is geïntegreerd in de nieuwe ring, terwijl een van de zuurstofatomen van de oorspronkelijke vijfledige ring een nieuwe OH-groep vormt. Echter, de omgekeerde reactie vindt ook plaats omdat de oorspronkelijke vijfledige ring energetisch gunstiger is, en slechts een verdwijnend kleine hoeveelheid van de zesledige ring is aanwezig bij evenwicht. De truc is om de zesledige ring te vangen. De nieuwe OH-groep bindt aan een reagens (acylering) omdat de andere positie deze aanzienlijk reactiever maakt dan de oorspronkelijke OH-groep.

Dit nieuw ontwikkelde proces geeft toegang tot een breed palet aan nieuwe, zesledige carbonaatringen in uitstekende opbrengsten, met hoge selectiviteit en onder milde reactieomstandigheden. Dit verbreedt het repertoire van CO ₂ -gebaseerde heterocycli en polymeren, die moeilijk te produceren zijn met conventionele methoden.