Kohlenstoffdioxid (CO2) ist nicht nur ein unerw\u00fcnschtes Treibhausgas, sondern auch eine interessante Rohstoffquelle, deren Recycling wertvoll und nachhaltig sein k\u00f6nnte. Ein spanisches Forschungsteam stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie einen neuartigen katalytischen Ansatz zur Umwandlung von CO2 in wertvolle chemische Zwischenprodukte in Form zyklischer Carbonate vor.<\/p>\n
CO2 zur Reaktion zu bringen ist leider alles andere als einfach. Momentan steht hier vor allem die Umsetzung von CO2 in Methanol im Fokus, welches als alternativer Treibstoff, aber auch als Rohstoff f\u00fcr die chemische Industrie dienen kann. Mittels innovativer katalytischer Verfahren k\u00f6nnte CO2 auch ohne den Umweg \u00fcber Methanol in hochwertige chemische Verbindungen \u00fcberf\u00fchrt werden, etwa zur Produktion von bioabbaubaren Kunststoffen oder pharmazeutischen Zwischenprodukten.<\/p>\n
Ein vielversprechender Ansatzpunkt ist die Umsetzung von CO2 zu organischen Carbonaten, das hei\u00dft Verbindungen, die eine von der Kohlens\u00e4ure abgeleitete Baugruppe enthalten: ein Kohlenstoffatom, an das drei Sauerstoffatome gebunden sind. Die Forscher des Barcelona Institute of Science and Technology, des Institute of Chemical Research of Catalonia (Tarragona) sowie des Catalan Institute of Research and Advanced Studies (Barcelona) um Arjan W. Kleij haben einen konzeptionell neuen Ansatz entwickelt, um Carbonate in Form sechsgliedriger Ringe ausgehend von CO2 und einfachen, leicht zug\u00e4nglichen Bausteinen zu synthetisieren. Solche zyklischen Carbonate haben gro\u00dfes Potenzial f\u00fcr die Herstellung neuer CO2-basierter Polycarbonate.<\/p>\n
Ausgangspunkt sind Verbindungen mit einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung und einer Alkoholgruppe (\u2013OH) am \u00fcbern\u00e4chsten Kohlenstoffatom (homoallylische Alkohole). Im ersten Reaktionsschritt wird die Doppelbindung in ein Epoxid \u00fcberf\u00fchrt, d.h. einen Dreiring aus zwei Kohlenstoff- und einem Sauerstoffatom. Das Epoxid ist in der Lage mittels eines spezifischen Katalysators mit CO2 zu reagieren. Ergebnis ist ein zyklisches Carbonat in Form eines F\u00fcnfrings aus drei Kohlenstoff- und zwei Sauerstoffatomen. Der Kohlenstoff an der \u201eSpitze\u201c des F\u00fcnfrings tr\u00e4gt ein zus\u00e4tzliches Sauerstoffatom. Im n\u00e4chsten Schritt aktiviert ein organischer Katalysator (N-heterozyklische Base) die OH-Gruppe und sorgt so daf\u00fcr, dass sich der F\u00fcnf- zu einem Sechsring umlagert. Das Sauerstoffatom der OH-Gruppe wird dabei in den neuen Ring integriert, w\u00e4hrend der urspr\u00fcngliche F\u00fcnfring-Sauerstoffatom eine neue OH-Gruppe bildet. Aber auch die R\u00fcckreaktion findet statt. Da der F\u00fcnfring energetisch wesentlich g\u00fcnstiger ist, liegt im Gleichgewicht nur eine verschwindend kleine Menge der Sechsring-Form vor. Der Trick: Der Sechsring wird abgefangen, indem die neue OH-Gruppe an ein Reagenz bindet (Acylierung), die dank ihrer anderen Position deutlich reaktiver als die urspr\u00fcngliche OH-Gruppe ist.<\/p>\n
Das neu entwickelte Protokoll er\u00f6ffnet eine breite Palette neuartiger Carbonat-Sechsringe in ausgezeichneten Ausbeuten und hoher Selektivit\u00e4t unter besonders milden Reaktionsbedingungen und erweitert so das Repertoire CO2-basierter Heterozyklen und Polymere, die auf herk\u00f6mmlichen Wegen nur schwer herzustellen sind.<\/p>\n
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