örömünkre szolgál, hogy bemutatjuk ezt a tematikus sorozatot a CO2 kémiáról a Beilstein Journal of Organic Chemistry (BJOC) számára. Az energia, az anyagok és a vegyi anyagok iránti növekvő kereslet új érdeklődést váltott ki a CO2 kémia iránt. Erőforrás-hatékonyabb kémiai folyamatokat hajtanak végre, miközben a fosszilis tüzelőanyagokon alapuló társadalomról a megújuló erőforrások fenntartható használatára kell támaszkodnunk. Bár a megújuló energiaforrások hasznosításának számos módja van, a szükséges anyagok és vegyi anyagok nagy része továbbra is szénalapú lesz.
a szén egyik leggyakoribb megújuló erőforrása a szén-dioxid (1.ábra). Szén-dioxid-leválasztási technológiákat alkalmaznak az éves antropogén CO2-kibocsátás egy részének befogására 36 600 millió metrikus tonna CO2 . Ha a befogott CO2-áramnak csak egy töredékét lehetne vegyipari termelés céljára rendelkezésre bocsátani, jelentős mértékben hozzá lehetne járulni a szénalapú anyagok és vegyi anyagok éves termeléséhez. Itt felajánljuk az olvasónak, hogy ezeket a számokat a 280 millió tonna polimer anyagok éves termelésével kapcsolja össze . Figyelemre méltó, hogy a karbamid, a metanol és a szalicilsav előállításához évente 110 millió tonna CO2 ipari valóság. Ezek az alkalmazások világosan szemléltetik az utat. A tiszta CO2 – gázáramok bőséges rendelkezésre állása miatt logikus a szén-dioxid kémiai alapanyagként való szélesebb körű felhasználásának előmozdítása. A CO2 felhasználása az anyagok és vegyi anyagok gyártásában még gyerekcipőben jár.
1. ábra: a szén-dioxid molekula.
1. ábra: a szén-dioxid molekula.
a szén-dioxid (CO2) már régóta felkavarta a vegyészek lenyűgözését. Gazdag kémia alakult ki ennek a molekulának a kémiai szintézisben történő felhasználásával . Eddig a CO2 molekula alacsony reaktivitása jelentős kihívásokat jelent a szén-dioxid ipari alkalmazásokban történő felhasználása szempontjából. Így a CO2 molekulát általában erősen inertnek tekintik. Ez a felfogás egyértelműen a szén-dioxid magas kémiai stabilitásából fakad. A CO2 molekula reaktivitását azonban alábecsülhetjük. A szén-dioxid izoelektronikusan reagál az erősen reaktív molekulákra, például izocianátokra és keténekre (2.ábra). Ez azt jelenti, hogy a reaktivitás és a kinetikai korlátok sokkal ritkábban fordulnak elő a szén-dioxid kémiai átalakulása során, mint azt általában feltételezik.
2. ábra: példák erősen reaktív molekulákra, amelyek izoelektronikusak a szén-dioxiddal szemben.
2. ábra: Példák nagyon reaktív molekulákra, amelyek izoelektronikusak a szén-dioxiddal szemben.
termodinamikailag alacsony szintjének leküzdéséhez további energiára van szükség a CO2 molekula aktiválásához. A co háromszoros reaktivitása (3.ábra) 2 egy nukleofil oxigénatommal, egy elektrofil szénatommal és egy ons rendszerrel számos lehetőséget kínál a vegyész számára. Hasonlóképpen, a CO2 esetében a fémközpontok közötti gazdag koordinációs kémiáról számoltak be . A következő út a CO reakciója2 energiában gazdag köztitermékek képződése, amelyek később átvihetik a CO-T2 molekula a cél szubsztrátokra . A hatékony katalizátorok használata gyakran egy másik követelmény a reakcióutak nagy szelektivitással történő irányításához a kívánt céltermékek előállításához és bizonyos lassú elemi lépésekhez kapcsolódó kinetikai korlátok leküzdéséhez.
3. ábra: a szén-dioxid háromszoros reaktivitása és példák a CO2 különböző aktiválási módjaira, homogén és heterogén katalizátorokban lévő fémközpontok bevonásával .
3. ábra: a szén-dioxid háromszoros reaktivitása és példák a CO2 incivin különböző aktiválási módjaira…
ez a tematikus sorozat a CO2 kémiáról érdekes megközelítéseket mutat be a szén-dioxid aktiválásának különböző módszereivel kapcsolatban. Az egyik feltörekvő terület a CO elektrokémiai rögzítése2, amely alkalmazható a karbonsavak szintézisében . Szintén nagyon érdekes az enzimatikus és fotokatalitikus megközelítések kombinációja a CO2 aktiválására . A ciklikus karbonátok szintézisében gyakran szükség van bifunkcionális katalizátorrendszerekre . A szén-dioxid fém-alkoxid kötésekbe való behelyezésével történő aktiválása lehetővé teszi a polimer szintézisében történő későbbi alkalmazást, például a szén-dioxid epoxidokkal és más kom-monomerekkel történő kopolimerizálását . Itt a kobalt komplexekkel végzett katalízis még mindig meglepő hatásokat mutat . A CO2-leválasztás hatékonyabb rendszereit amin-funkcionalizált Ionos folyadékok alapján fejlesztik, ahol a zwitterion adduktumképződés a nagyobb hatékonyság kulcsa . Ezenkívül a szén-dioxid számos fizikai tulajdonsága kiemelkedő, így a szuperkritikus szén-dioxid olyan oldószer, mint senki más .
összességében a tematikus sorozat cikkei figyelemre méltó áttekintést nyújtanak a CO2 kémia területén rejlő lehetőségekről számos vezető szakember részéről. Ezek a lehetőségek a még felfedezésre váró számos további reakció, reakcióképesség és katalizátor előhírnökei. A szén-dioxid kiaknázása a gazdasági érték megteremtése érdekében lesz a hajtóerő ennek a lenyűgöző molekulának a szélesebb körű használatához. Hosszú távon azt képzeljük el, hogy az emberiség egy antropogén szénhurkot hoz létre, ahol a szénalapú termékek élettartamának végén felszabaduló CO2-t ismét felhasználják új anyagok és vegyi anyagok előállításához.
nagyon hálásak vagyunk a szerzőknek a kiváló hozzájárulásukért, hogy ez a tematikus sorozat ugyanolyan sikeres legyen, mint az előző kiadások.
Thomas M. M. és Walter Leitner
Aachen, 2015. április