Die Herstellung neuer synthetischer Verbindungen ist oft ein komplexer und mehrstufiger Prozess, der jahrelange Forschung erfordern kann. Caleb D. Martin, Ph.D., außerordentlicher Professor am Department of Chemistry and Biochemistry an der Baylor University und Hauptforscher der Martin Research Group, und sein Team haben eine neue Verbindung entwickelt, die als Tris(ortho-carboranyl)boran oder BoCb3 bekannt ist .
Diese hochmoderne Lewis-Supersäure, die in einem Schritt synthetisiert wird und bei der Herstellung der meisten gängigen Kunststoffe Anwendung findet, ist effizienter in der Herstellung, sicherer für die Umwelt und könnte möglicherweise Milliarden von Dollar an Herstellungskosten einsparen.
Martin veröffentlichte die Ergebnisse in der Ausgabe des Journals vom 22. September 2023 Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie.
Als Martin zu Baylor kam, blieben ihm einige Chemikalien aus dem Labor des verstorbenen Baylor-Chemikers F. Gordon A. Stone, der die Position des Robert A. Welch Distinguished Professor of Chemistry innehatte, nachdem Stone in den Ruhestand getreten war. Unter diesen von Stone hinterlassenen Chemikalien war Ortho-Carboran, eine der Chemikalien, die von Martins Team zur Herstellung von BoCb3 verwendet wurden.
Stone war auf dem Höhepunkt seiner Karriere einer der 100 meistreferenzierten Chemiker der Welt. 1963 entwickelte Stone eine starke Lewis-Säure namens B(C6F5)3, die noch heute bei der Herstellung von Polyolefinen verwendet wird, die im Jahr 2021 einen weltweiten Marktanteil von 295 Milliarden US-Dollar hatten. Ohne die Chemikalie geerbt zu haben, sagte Martin, seine Gruppe würde es tun Ich habe diese unkonventionelle Idee zur Herstellung der einzigartigen Lewis-Säure noch nie ausprobiert.
„Meine Forschung ist die synthetische anorganische und organische Chemie, wo wir auf Moleküle abzielen, die der Gesellschaft zugute kommen können, oder wo die Ergebnisse für andere Forscher nützlich sind, um ihre Forschung voranzutreiben“, sagte Martin.
Könnte Martin die Lewis-Säure verbessern, die Stone vor etwa 60 Jahren entwickelt hat? Obwohl es schon früher versucht worden war, hatte niemand den Prozess wesentlich verbessert.
Lewis-Säuren, bekannt als Aktivatoren, sind ein wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung von Polyolefinen. Das Mischen einer Lewis-Säure mit einer Zirkonium- oder Hafniumverbindung bewirkt, dass sie für die Polymerisation eines Olefins (Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung) zu Polyolefinen aktiv ist, die in einer Vielzahl von Produkten zu finden sind, einschließlich Plastiktüten und Beschichtungen für Kabel, Stahl Rohre und Autoteile, um nur einige zu nennen.
Andere Ansätze zur Herstellung starker Lewis-Säuren durchlaufen mehrere zeitaufwändige Zwischenschritte, um zum Endprodukt zu gelangen, und erfordern umweltschädliche Fluoratome, die in der Natur niemals abgebaut werden.
Der Weg des Teams zur Herstellung von BoCb3 verwendet einen einfachen Ein-Schritt-Prozess und nur drei im Handel erhältliche Chemikalien, „wie die Zubereitung eines Eintopfgerichts“, sagte Martin. Wenn sie kombiniert werden, ist das Ergebnis eine leistungsstarke Lewis-Säure, die einfacher herzustellen ist, weniger Abfall produziert und weniger schädlich für die Umwelt ist, da sie halogenfrei ist und kein Fluor oder Chlor enthält.
„Wir stellen ständig neue Verbindungen her“, sagte Martin. „Es ist jedoch selten, dass man aus nur drei Dingen, die man aus einem Katalog bestellen kann, eine einzigartige, nützliche Verbindung findet.“
BoCb3 befindet sich jetzt in der grundlegenden Entdeckungsphase. 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 potenziellen kommerziellen Anwendungen zu verstehen.
„Obwohl es noch zu früh ist, die volle Wirkung von BoCb3 zu kennen, kann man sich leicht vorstellen, dass diese Technologie für die Erdölindustrie wirklich attraktiv sein wird“, sagte Martin.
Mehr Informationen:
Manjur O. Akram et al, Tris(ortho‐carboranyl)boran: Eine isolierbare, halogenfreie Lewis‐Supersäure, Angewandte Chemie (2022). DOI: 10.1002/ange.202212073