Elektrochemie erschließt neue Substanzklassen

Neue Synthesestrategie überwindet Problematik der elektrochemischen Polymerbildung

09.11.2017

In den letzten Jahren erfuhr die Elektrochemie eine Renaissance. Zahlreiche Forschergruppen beschäftigen sich mittlerweile mit dieser umweltschonenden Technologie zur Herstellung oder Umwandlung von Molekülen. Aber trotz der Vorteile der Elektrochemie ist ihre Anwendung in manchen Fällen problematisch. So führte die Elektrolyse höchst reaktiver Substanzen bislang ausschließlich zur Bildung von hochmolekularen Produkten, also von Polymeren. Teilweise wurde dies in der Vergangenheit sogar gezielt eingesetzt, zum Beispiel für die Herstellung von Anilinschwarz. Chemikerinnen und Chemikern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) ist es nun gelungen, die Problematik der elektrochemischen Polymerbildung zu überwinden und erstmals eine nachhaltige und effiziente Strategie zur Synthese wichtiger Substanzklassen zu entwickeln.

Um chemische Reaktionen zu erzeugen, nutzt die Elektrochemie elektrischen Strom anstelle von teilweise gefährlichen chemischen Reagenzien mit den entsprechenden Reagenzabfällen. Das umweltfreundliche Verfahren eignet sich unter anderem zur Herstellung von Verbindungen für die Chemie- und Pharmaindustrie, beispielsweise von Biarylen für sehr leistungsfähige Katalysatoren. Die Forschungsgruppe um Prof. Dr. Siegfried R. Waldvogel am Institut für Organische Chemie der JGU hat nun ein Verfahren entwickelt, um die Schlüsseltechnologie auch auf hoch reaktive Substanzen anzuwenden. "Bei bestimmten Ausgangssubstanzen haben wir mit der Elektrochemie bisher immer Polymere erhalten. Jetzt können wir die Teile so zusammenbasteln, dass wir nur zwei Bausteine verbinden", erklärt Waldvogel zur neuen Strategie, die in Kooperation mit dem Partner Evonik Performance Materials GmbH entwickelt wurde.

Die Synthesestrategie überzeugt nicht nur durch ihre Einfachheit, sondern auch durch ihre Umweltfreundlichkeit. Als "Abfall" entsteht lediglich Wasserstoff, der als umweltfreundlicher Brennstoff bekannt ist. Das Elektrolytsystem selbst kann nach der Elektrolyse wiederverwendet werden, was den grünen Aspekt dieser Umsetzung noch verstärkt. Die Entwicklung liefert einen einfachen, umweltschonenden Zugang zu einer Reihe von Verbindungen mit hohem pharmazeutischen und materialwissenschaftlichen Potenzial. Andere Verbindungen könnten als Bausteine für neuartige Cokatalysatoren in der homogenen Katalyse dienen.

Konkret ist es den Wissenschaftlern erstmals gelungen, eine elektrochemische Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kreuzkupplung von Thiophenen mit Phenolen durchzuführen. In einem anderen Experiment erfolgte die oxidative Kreuzkupplung von Anilinderivaten, wodurch ein breites Spektrum an Biphenyldiaminen hergestellt wurde. Die Arbeiten wurden im Fachmagazin Angewandte Chemie publiziert.