Kontrolle von reaktiven Verbindungen mit elektrischem Strom

Wissenschaftler entwickeln umweltschonendes Verfahren zur Herstellung von Feinchemikalien

Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) konnten in Zusammenarbeit mit der Evonik Performance Materials GmbH erfolgreich einen neuartigen und innovativen Zugang zu wichtigen Feinchemikalien entwickeln. Die Forschungsergebnisse, die dieses Jahr in zwei Veröffentlichungen in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie präsentiert wurden, zeigen eine umweltschonende Strategie zur Darstellung dieser Feinchemikalien und überwinden erstmals wichtige Hürden im Bereich der Elektrosynthese.

In den letzten Jahren erfuhr die Elektrochemie eine Renaissance, zahlreiche Forschergruppen beschäftigen sich mit dieser umweltschonenden Herstellung oder Umwandlung von Molekülen. Durch diese Schlüsseltechnologie können Moleküle ohne gefährliche chemische Reagenzien und damit ohne Reagenzabfälle zur Reaktion gebracht werden. Trotz der Überlegenheit der Elektrochemie ist die Anwendung bei verschiedenen Molekülen bisher problematisch. Die Elektrolyse solcher, höchst reaktiver, Substanzen führte bislang ausschließlich zur Bildung hochmolekularer Produkte (Polymere). Diese Herstellungsart wurde teilweise sogar gezielt verwendet. Zwei interessante Vertreter sind hierbei Polythiophen sowie Polyanilin (auch als Anilinschwarz bekannt). Die Herstellung beider Polymere mittels Elektrolyse werden als Lehrbuchbeispiele betrachtet.

Die definierte Herstellung von Feinchemikalien auf Basis der selben Ausgangssubstanzen war bisher jedoch nur sehr schwer und durch aufwendige Syntheseschritte möglich. Mitarbeitern der Forschungsgruppe um Prof. Dr. Siegfried Waldvogel vom Institut für Organische Chemie der JGU ist es gelungen, die Problematik der elektrochemischen Polymerbildung zu überwinden und erstmals eine nachhaltige und effiziente Synthesestrategie zu diesen wichtigen Produkten zu entwickeln. Doch nicht nur die Einfachheit dieser Synthese überzeugt, sondern auch deren Umweltfreundlichkeit. Als „Abfall“ entsteht lediglich Wasserstoff, welcher als umweltfreundlicher Brennstoff bekannt ist. Der Schlüssel zum Erfolg ist hier die Verwendung eines einzigartigen Elektrolytsystems. Dieses ist äußerst stabil und kann nach der Elektrolyse wiederverwendet werden, was den grünen Aspekt dieser Umsetzung noch stärkt. Außerdem ist dieser außergewöhnliche Elektrolyt zugleich Quelle der hohen Selektivität dieser Umsetzungen. Deshalb kann ein sehr einfacher Elektrolyse-Aufbau verwendet werden. Die Entwicklung liefert erstmals einen einfachen, umweltschonenden Zugang zu einer Reihe von Verbindungen mit hohem pharmazeutischen und materialwissenschaftlichen Potential sowie als Bausteine für neuartige Cokatalysatoren in der homogenen Katalyse.