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Elektrochemie

Neues Verfahren überwindet Problem der elektrochemischen Polymerbildung

| Redakteur: Tobias Hüser

Ein Mitarbeiter der AG Waldvogel bedient eine Screeningapparatur zur parallelen Elektrolyseoptimierung.
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Ein Mitarbeiter der AG Waldvogel bedient eine Screeningapparatur zur parallelen Elektrolyseoptimierung. (Bild: Alexander Sell)

In den letzten Jahren erfuhr die Elektrochemie eine Renaissance. Zahlreiche Forschergruppen beschäftigen sich mittlerweile mit der umweltschonenden Technologie zur Herstellung oder Umwandlung von Molekülen. Mit einer neuen Synthesestrategie ist es Chemikern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) nun gelungen, die Problematik der elektrochemischen Polymerbildung zu überwinden.

Mainz –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, z.B. für die Herstellung von Anilinschwarz. Die Forscher der Universität Mainz haben es jetzt geschafft, 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. Siegfried Waldvogel am Institut für Organische Chemie der JGU hat 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 zu der neuen Strategie, die in Kooperation mit Evonik Performance Materials entwickelt wurde.

Umweltfreundliche Synthese

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.

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