Iridium-katalysierte Kohlenstofffixierung

Abbildung: Ein luft- und feuchtigkeitsstabiler Iridium(III)-Katalysator vermittelt die Hydrosilylierung von CO₂. Diese Reaktion verläuft effizient unter milden Bedingungen, höchstwahrscheinlich über einen Außensphären-Mechanismus, wie theoretische Rechnungen andeuten, und führt hochselektiv zu Silylformiat. [Bildquelle: Angewandte Chemie]

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Kohlendioxid könnte eine interessante alternative Kohlenstoffquelle für die chemische Produktion sein.

Es ist kostengünstig, kommt in ausreichender Menge in der Natur vor und würde helfen, den Verbrauch fossiler Rohstoffe zu reduzieren.

Zudem würde die CO₂-Bilanz von Kraftstoffen und chemischen Produkten deutlich günstiger ausfallen.

Das größte Hindernis auf dem Weg dahin ist die hohe Stabilität des Kohlendioxid-Moleküls.

Spanische Forscher stellten in der Zeitschrift Angewandte Chemie [siehe unten] einen neuen Ansatz vor, der Kohlendioxid in Form von Silyl-Formiaten, siliciumhaltigen Ameisensäureestern, abfängt.

Die Hydrierung von CO₂ zu Ameisensäure (HCO₂H) ist eine Variante der CO₂-Nutzung, an der intensiv geforscht wird. Ameisensäure wird in der chemischen Industrie als Rohstoff für viele Produkte eingesetzt, etwa für die Agrarwirtschaft, die Lebensmitteltechnologie oder die Lederwarenindustrie. Insbesondere aber könnte sie als Wasserstoffspeicher dienen, etwa für Brennstoffzellen-betriebene Fahrzeuge.

Obwohl bereits eine Reihe von katalytischen Verfahren für die Herstellung von Ameisensäure aus Kohlendioxid entwickelt wurde, ist noch keines großtechnisch umgesetzt. Die Reaktion ist eine Gleichgewichtsreaktion, deren Gleichgewicht ungünstigerweise deutlich auf der Seite der Ausgangsverbindungen liegt. Um die ständig ablaufende Rückreaktion zu unterdrücken, muss die Ameisensäure abgefangen werden - in Form von Salzen, Addukten oder Derivaten - um sie aus der Gleichgewichtsbilanz zu entfernen.

Das Team um Francisco J. Fernández-Alvarez und Luis A. Oro von der Universität Saragossa hat nun einen neuen Katalysator entwickelt, mit dem sich Kohlendioxid umsetzen und Form eines Silyl-Formiats abfangen lässt. Als Formiate bezeichnet man Salze und Ester der Ameisensäure. Der Ausdruck Silyl steht für einen siliciumhaltigen organischen Molekülteil. Silyl-Formiate können für die Herstellung von Silikon-Polymeren und als reaktive Zwischenprodukte in organischen Synthesen eingesetzt werden. Die Ameisensäure lässt sich aber auch leicht aus dem Silyl-Formiat wieder freisetzen.

Die neue Reaktion, die die Forscher bereits im Gramm-Maßstab realisieren konnten, läuft bei sehr milden Reaktionsbedingungen. Sie ist hochselektiv und liefert einen hohen Umsatz, sie kommt ohne Lösungsmittel aus und es fallen keine Abfallprodukte an. Das Kohlendioxid wird dabei mit Heptamethyltrisiloxan reduziert. Herzstück ist ein speziell entwickelter Iridium-Katalysator, der sich erst in situ aus einer luft- und feuchtigkeitsstabilen Vorstufe bildet.

Über den Autor

Dr Luis A. Oro ist Professor für Anorganische Chemie an der Universität Saragossa, Spanien. Seine Forschungsinteressen liegen vor allem in den Bereichen der organometallischen Chemie und der homogenen Katalyse, dabei gilt sein besonderes Interesse den Reaktionsmechanismen. Außerdem ist er Direktor des Instituts für Homogene Katalyse.

Dr. Ralte Lalrempuia, Dr. Manuel Iglesias, Dr. Victor Polo, Dr. Pablo J. Sanz Miguel, Dr. Francisco J. Fernández-Alvarez, Prof. Jesús J. Pérez-Torrente, Prof. Luis A. Oro:
Effective Fixation of CO₂ by Iridium-Catalyzed Hydrosilylation.
In: Angewandte Chemie; online veröffentlicht am 14. September 2012, DOI 10.1002/ange.201206165

Quelle: Angewandte Chemie, Pressemitteilung Nr. 38/2012

Aktualisiert am 15.10.2012.

Permalink: https://www.internetchemie.info/news/2012/oct12/iridium-katalysierte-kohlenstofffixierung.php