I chimici dell'Università di Bonn e i loro colleghi statunitensi della Columbia University di New York hanno scoperto un nuovo meccanismo di catalisi che consente di ottenere risultati economici, sintesi ecologica di alcuni alcoli. La reazione segue uno schema precedentemente sconosciuto in cui l'idrogeno è suddiviso in tre componenti in modo coordinato nel tempo. Tra l'idea e la sua realizzazione pratica sono trascorsi più di cinque anni. I risultati sono pubblicati in Scienza .

Gli alcoli sono composti chimici comuni che, oltre al carbonio e all'idrogeno, contengono almeno un gruppo OH. Servono come materiale di partenza per tutta una serie di sintesi chimiche e sono spesso prodotti direttamente dalle olefine per aggiunta di acqua. Le olefine sono idrocarburi con un doppio legame disponibili dal petrolio. La molecola d'acqua funge da "donatore" del gruppo OH caratteristico degli alcoli.

Questa sintesi è semplice ed efficace, ma ha uno svantaggio decisivo:può essere utilizzato solo per produrre alcuni alcoli, i cosiddetti alcoli di Markovnikov. Il gruppo OH non può essere semplicemente attaccato a qualsiasi posizione dell'olefina, una delle due posizioni è esclusa. "Ora abbiamo trovato un nuovo metodo catalitico in grado di produrre esattamente questi alcoli 'impossibili', " afferma il Prof. Dr. Andreas Gansäuer.

Gansäuer lavora presso l'Istituto di chimica organica e biochimica di Kekulé presso l'Università di Bonn. L'idea per la nuova sintesi è emersa in una collaborazione del 2013 con il gruppo del Prof. Dr. Jack Norton della Columbia University di New York. Però, ci sono voluti quasi cinque anni prima che la sintesi del cosiddetto alcol anti-Markovnikov utilizzando il nuovo sistema catalitico funzionasse abbastanza bene da essere pubblicata.

Accelerazione e rallentamento da parte dei leganti dei catalizzatori

Il processo ha un meccanismo di reazione insolito. epossidi, prodotti intermedi comuni e di valore dell'industria chimica, servire come materiale di partenza. Gli epossidi possono essere prodotti aggiungendo un atomo di ossigeno (simbolo chimico:O) alle olefine. Se sono lasciati reagire con molecole di idrogeno (H ₂ ), l'ossigeno diventa un gruppo OH. Normalmente, con questo approccio si producono solo alcoli Markovnikov.

"Nella nostra reazione, però, trasferiamo successivamente l'idrogeno in tre parti, " spiega Gansäuer. "In primo luogo, un elettrone caricato negativamente, poi un atomo di idrogeno neutro e infine uno ione idrogeno caricato positivamente, un protone. Usiamo due catalizzatori, uno dei quali contiene titanio e l'altro cromo. Questo ci permette di convertire gli epossidi in alcoli anti-Markovnikov." I tempi dell'intero processo devono essere rigorosamente coordinati, come nella giocoleria, in cui ogni palla deve mantenere una durata di volo specificata. Per realizzare questo, i chimici dovevano sincronizzare la velocità di tre reazioni catalitiche. A tal fine, hanno attaccato i ligandi "giusti", molecole che controllano la reattività dei metalli, agli atomi di titanio e cromo.

Fino ad ora, gli alcoli anti-Markovnikov sono stati prodotti attraverso una cosiddetta idroborazione seguita da un'ossidazione. Però, questa reazione è relativamente complessa e non particolarmente sostenibile. Il nuovo meccanismo, d'altra parte, non produce sottoprodotti ed è quindi praticamente privo di rifiuti. "Titanio e cromo sono anche metalli molto comuni, a differenza di molti altri metalli nobili che vengono spesso utilizzati in catalisi, " sottolinea Gansäuer.

Nel 2013, Norton e Gansäuer hanno presentato la loro idea a un invito a presentare proposte sulla catalisi sostenibile dell'Unione internazionale di chimica pura e applicata (IUPAC), conquistando il primo posto. Il progetto è stato in gran parte finanziato con i soldi della sovvenzione. "Ma al successo ha certamente contribuito anche la buona collaborazione all'interno del mio istituto, " sottolinea Gansäuer. "Per esempio, Ho avuto accesso non solo alle risorse dell'istituto, ma anche alle attrezzature degli altri gruppi di Bonn."