CO2 für die chemische Synthese

Zwar ist Kohlendioxid ist die häufigste Kohlenstoffquelle in der Natur und auch als kostengünstiger Rohstoff für die chemische Industrie interessant. Aufgrund der hohen Stabilität ist es allerdings nicht leicht, CO2 zur Reaktion zu bringen. Deutsche Wissenschaftler berichten in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt über eine universell einsetzbare Methode für die katalytische Methylierung von Aminen mit CO2.

Es gibt bereits eine Reihe von Ansätzen, die darauf abzielen, CO2 an diverse organische Moleküle anzuknüpfen, um diese dann als Zwischenprodukte für chemische Synthesen zu verwenden. Das A und O all dieser Methoden ist ein geeigneter Katalysator, der das CO2 für die jeweilige Reaktion zu aktivieren vermag. Bisher wurde noch kein genereller Weg für die katalytische Methylierung von Aminen mit Kohlendioxid entwickelt. Hierbei wird CO2 an das Stickstoffatom der Aminogruppe gebunden und in eine Methylgruppe (–CH3) umgewandelt (reduziert). Derzeitige Methoden zur Methylierung von Aminen arbeiten meist mit toxischen Substanzen.

Matthias Beller und seine Kollegen vom Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock beschreiben jetzt erstmals einen Katalysator, der in der Lage ist, Kohlendioxid und diverse Amine in allgemeiner Form zu am Stickstoff methylierten Produkten umzusetzen.

Erfolgsgeheimnis ist ein Ruthenium-Komplex, der in situ mit einem speziellen phosphorhaltigem Liganden zum aktiven Katalysator reagiert. Zudem wird Phenylsilan, eine siliciumorganische Verbindung, als Reduktionsmittel benötigt. Für die eigentliche Reaktion werden Metallkomplex, Ligand, Silan, Toluol als Lösungsmittel und das Amin, das methyliert werden soll, in einen Autoklaven gegeben, CO2 unter 30 bar Druck eingeleitet und das Ganze für mehrere Stunden bei 100 °C gerührt.

Mit dem neuen katalytischen Verfahrens gelingt es, fast alle Arten von Aminen – sekundäre und primäre, aromatische und aliphatische – in hohen Ausbeuten selektiv zu methylieren. Die Amine werden dabei in die gewünschten tertiären Amine und Diamine überführt. Sogar Harnstoff kann als Ausgangsstoff dienen. Anders als bei vielen anderen bekannten Methylierungsmethoden stellen die Anwesenheit weiterer funktioneller Gruppen, wie Nitril-, Olefin-, Ether-, Ester- und Hydroxygruppen, kein Problem dar. Diese werden nicht angegriffen, Schutzgruppen sind somit überflüssig.

„Erstmals konnten wir zeigen, dass eine universell anwendbare Methode für die Methylierung organischer Substrate mit Hilfe von Silanen und CO2 als einfacher Kohlentoffquelle möglich ist“, sagt Beller. „Als Katalysator dient ein kommerziell verfügbarer einfacher Rutheniumkomplex und ein von uns früher entwickelter Ligand.“

Angewandte Chemie: Presseinfo 17/2013

Autor: Matthias Beller, Leibniz-Institut für Katalyse e.V., Rostock (Germany), http://www.catalysis.de/Beller-Matthias.239.0.html

Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201301349

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.