Chemiker synthetisieren neue bahnbrechende Verbindung
Neue Verbindung ist effizienter in der Herstellung, sicherer für die Umwelt und könnte zu Einsparungen in Milliardenhöhe führen
Die Entwicklung neuer synthetischer Verbindungen ist oft ein komplexer und mehrstufiger Prozess, der Jahre der Forschung in Anspruch nehmen kann. Dr. Caleb D. Martin, außerordentlicher Professor am Fachbereich Chemie und Biochemie der Baylor University und Leiter der Martin Research Group, und sein Team haben eine neue Verbindung entwickelt, die als Tris(ortho-carboranyl)boran oder BoCb3 bekannt ist. Diese in einem Schritt synthetisierte, hochmoderne Lewis-Supersäure - die für die Herstellung der meisten gängigen Kunststoffe verwendet wird - ist effizienter in der Herstellung, sicherer für die Umwelt und könnte möglicherweise Milliarden von Dollar an Herstellungskosten sparen.
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Martin veröffentlichte die Ergebnisse in der Ausgabe vom 22. September 2023 der Zeitschrift Angewandte Chemie International Edition (GDCh).
Als Martin zu Baylor kam, wurden ihm einige Chemikalien aus dem Labor des verstorbenen Baylor-Chemikers F. Gordon A. Stone überlassen, der den Posten des Robert A. Welch Distinguished Professor of Chemistry innehatte, nachdem Stone in den Ruhestand ging. Unter diesen von Stone hinterlassenen Chemikalien befand sich auch ortho-Carboran, eine der Chemikalien, die von Martins Team zur Herstellung von BoCb3 verwendet wurde. Auf dem Höhepunkt seiner Karriere gehörte Stone zu den 100 meist zitierten Chemikern der Welt. Im Jahr 1963 entwickelte Stone eine starke Lewis-Säure mit der Bezeichnung B(C6F5)3, die auch heute noch bei der Herstellung von Polyolefinen verwendet wird, die im Jahr 2021 einen Weltmarktanteil von 295 Milliarden Dollar hatten. Ohne das Erbe der Chemikalie, so Martin, hätte seine Gruppe nie versucht, die einzigartige Lewis-Säure herzustellen.
"Meine Forschung ist die synthetische anorganische und organische Chemie, bei der wir Moleküle anstreben, die für die Gesellschaft von Nutzen sein können oder deren Ergebnisse anderen Forschern helfen, ihre Forschung voranzutreiben", sagte Martin.
Könnte Martin die Lewis-Säure, die Stone vor etwa 60 Jahren entwickelt hat, verbessern? Obwohl es schon früher versucht wurde, hat niemand das Verfahren wesentlich verbessert.
Lewis-Säuren sind ein wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung von Polyolefinen. Wenn eine Lewis-Säure mit einer Zirkonium- oder Hafniumverbindung gemischt wird, wird sie aktiv für die Polymerisation eines Olefins (Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung) zu Polyolen, die in einer Vielzahl von Produkten zu finden sind, darunter Plastiktüten und Beschichtungen für Kabel, Stahlrohre und Automobilteile, um nur einige zu nennen.
Andere Ansätze zur Herstellung starker Lewis-Säuren führen über mehrere zeitaufwändige Zwischenschritte zum Endprodukt und erfordern umweltschädliche Fluoratome, die in der Natur nie abgebaut werden.
Der Weg zur Herstellung von BoCb3 führt über einen einfachen einstufigen Prozess und nur drei handelsübliche Chemikalien, "als ob man ein Eintopfgericht zubereiten würde", so Martin. Das Ergebnis ist eine leistungsstarke Lewis-Säure, die einfacher herzustellen ist, weniger Abfall produziert und weniger umweltschädlich ist, da sie frei von Halogenen ist, d. h. kein Fluor oder Chlor enthält.
"Wir stellen laufend neue Verbindungen her", sagte Martin. "Aber es ist selten, dass man aus nur drei Dingen, die man aus einem Katalog bestellen kann, eine einzigartige, nützliche Verbindung entwickelt.
BoCb3 befindet sich jetzt in der Phase der Grundlagenforschung. Ein vorläufiges Patent wurde eingereicht, und das Team arbeitet intensiv mit drei akademischen Forschungsgruppen in Kalifornien, Deutschland und Italien zusammen, um das volle Ausmaß seiner Reaktivität und potenzielle kommerzielle Anwendungen zu verstehen.
"Obwohl es noch zu früh ist, um zu wissen, welche Auswirkungen BoCb3 haben wird, kann man sich sehr gut vorstellen, dass diese Technologie für die Erdölindustrie sehr attraktiv sein wird", so Martin.
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