Beilstein Journal of Organic Chemistry(BJOC)のCO2chemistryに関するこのテーマシリーズを紹介することは私たちの喜びです。 エネルギー、材料、化学物質に対する今日の需要の高まりは、CO2化学への新たな関心を促しています。 より資源効率の高い化学プロセスが実施されている一方で、化石燃料ベースの社会から再生可能資源の持続可能な利用に依存しなければならない社会への変化に直面しています。 再生可能エネルギー資源を活用するには多くの方法がありますが、必要な材料や化学物質の多くは炭素ベースであり続けます。
炭素の中で最も豊富な再生可能資源の一つは二酸化炭素である（図1）。 炭素捕獲技術は、年間の人為的CO2排出量36,600万トンのCO2の一部を捕獲するために実施されています。 捕獲されたCO2ストリームのほんの一部を化学生産に利用できるようにすることができれば、炭素系材料および化学物質の年間生産に大きな貢献 ここでは、これらの数値を2億8000万トンのポリマー材料の年間生産量と関連付ける読者を提供します。 驚くべきことに、尿素、メタノール、サリチル酸を生産するための年間110万トンのCO2は、今日の産業現実です。 これらのアプリケーションは、前方のパスを明確に示しています。 純粋なCO2ガス流の豊富な利用可能性のために、化学原料としての二酸化炭素のより広範な使用を促進することは論理的である。 特に、材料や化学物質を製造するためのCO2の使用はまだ初期段階にあります。
図1：二酸化炭素分子。
図1：二酸化炭素分子。
二酸化炭素（CO2）は、長い間化学者の魅力を攪拌してきました。 豊かな化学は、化学合成にこの分子を利用して進化してきました。 これまでCO2分子の反応性が低いことは、産業用途における二酸化炭素の利用に大きな課題をもたらしています。 従って、ＣＯ２分子は、一般に、高度に不活性であると認識される。 この認識は、二酸化炭素の高い化学的安定性にはっきりと起因しています。 しかし、CO2分子の反応性は過小評価される可能性があります。 二酸化炭素は、イソシアネートやケテンなどの反応性の高い分子に対して等電子的である（図2）。 これは、反応性および速度論的限界が、一般的に想定されるよりも二酸化炭素の化学変換においてはるかに少ない頻度で遭遇する可能性があること
図2：二酸化炭素に対して等電子的である反応性の高い分子の例。
図2: 二酸化炭素に対して等電子的である反応性の高い分子の例。
その熱力学的に低いレベルを克服するためには、CO2分子を活性化するために追加のエネルギーが必要である。 求核性酸素原子、求電子性炭素原子、およびπ系とのCO2の3倍の反応性（図3）は、化学者に多くの選択肢を提供します。 同様に、金属中心への豊富な配位化学がCO2について報告されている。 今後の経路は、co2の反応でエネルギーに富む中間体を形成し、続いてCO2分子を標的基質に移動させることができる。 効率的な触媒の使用は、多くの場合、所望の標的生成物を生成し、特定の遅い基本ステップに関連する速度論的限界を克服するために、高い選択性で反応経路を指示するための別の必要条件である。
図3:二酸化炭素の3倍の反応性と、均質および不均一触媒中の金属中心を含むCO2の異なる活性化モードの例。
図3：二酸化炭素の三重反応性とCO2involvinの異なる活性化モードの例。..
CO2化学に関するこのテーマシリーズは、二酸化炭素を活性化するためのさまざまな方法論に関する興味深いアプローチを提示します。 一つの新興分野は、カルボン酸の合成に適用することができるCO2の電気化学的固定である。 また、CO2を活性化するための酵素的アプローチと光触媒的アプローチの組み合わせも非常に興味深い。 二官能性触媒系はしばしば必要であり、環状炭酸塩の合成においてよく理解されている。 それを金属-アルコキシド結合に挿入することによる二酸化炭素の活性化は、二酸化炭素とエポキシドおよび他の共モノマーとの共重合などのポリマー合成におけるその後の応用を可能にする。 ここでは、コバルト錯体による触媒作用は依然として驚くべき効果を示す。 CO2捕獲のためのより効率的なシステムは、双性イオン付加体形成がより高い効率の鍵であるアミン官能性イオン液体に基づいて開発されている。 さらに、二酸化炭素の多くの物理的性質は顕著であり、超臨界二酸化炭素は他にはない溶媒となっている。
全体として、このテーマシリーズの記事は、そのトップ実務家の多くからのCO2化学の分野での機会の顕著な概要を提示します。 これらの機会は、発見されるべき多くの追加の反応、反応モードおよび触媒の前兆である。 経済的価値を創造するために二酸化炭素を利用することは、この魅力的な分子のより広範な使用のための原動力となるでしょう。 長期的には、炭素ベースの日常生活の製品の寿命の終わりに放出されたCO2が再び新しい材料や化学物質の生産に使用される人為的な炭素ループを作
私たちは、このテーマシリーズを以前の版と同じくらい成功させるために彼らの優れた貢献のための著者に非常に感謝しています。
Thomas E.Müller and Walter Leitner
Aachen,April2015