Synthese von Baylor-Chemie-Forschern könnte Milliarden einsparen
Die Herstellung neuer synthetischer Verbindungen ist oft ein komplexer und mehrstufiger Prozess, der Jahre Forschung in Anspruch nehmen kann. Dr. Caleb D. Martin, außerordentlicher Professor an der Fakultät für Chemie und Biochemie der Baylor University in Waco, Texas, und Leiter der nach ihm benannten Forschungsgruppe, hat eine neue Verbindung entwickelt (und am 22.09.2022 open access in Angewandte Chemie International Edition (GDCh) veröffentlicht), 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.
Ultrahochvakuum-Kammer im EMIL-Labor, Berlin-Adlershof – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify
Als Martin zu Baylor kam, waren ihm einige Chemikalien aus dem Labor des verstorbenen Baylor-Chemikers F. Gordon A. Stone überlassen worden, der den Robert A. Welch Distinguished Professor of Chemistry-Lehrstuhl innegehabt hatte. 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. Unter den von Stone hinterlassenen Chemikalien befand sich auch ortho-Carboran, eine der Chemikalien, die von Martins Team zur Herstellung von BoCb3 verwendet wurde. 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. Lewis-Säuren sind ein wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung von Polyolefinen. Wenn man eine Lewis-Säure mit einer Zirkonium- oder Hafniumverbindung mischt, 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.
Die Baylor University ist eine private christliche Universität und eine landesweit anerkannte Forschungseinrichtung der Stufe 1. Die Universität bietet eine lebendige Campus-Gemeinschaft für mehr als 20.000 Studenten, indem sie interdisziplinäre Forschung mit einem internationalen Ruf für exzellente Bildung und einem Engagement der Fakultät für Lehre und Wissenschaft verbindet. Baylor wurde 1845 von der Republik Texas auf Betreiben baptistischer Pioniere gegründet und ist die älteste kontinuierlich arbeitende Universität in Texas.
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