К сожалению, заставить CO2 реагировать непросто. В настоящее время большинство исследований сосредоточено на преобразовании CO2 в метанол, который можно использовать в качестве альтернативного топлива, а также в качестве сырья для химической промышленности. Инновационные каталитические процессы могут позволить преобразовать CO2 в ценные химические соединения без использования метанола, возможно, для производства биоразлагаемых пластиков или фармацевтических промежуточных продуктов.
Одним из весьма многообещающих подходов является преобразование CO2 в органические карбонаты, которые представляют собой соединения, содержащие строительный блок, полученный из угольной кислоты, включающий атом углерода, присоединенный к трем атомам кислорода. Исследователи, работающие с Арьяном В. Клей из Барселонского института науки и технологий (Барселона), Института химических исследований Каталонии (Таррагона) и Каталонского института исследований и перспективных исследований (Барселона) разработали концептуально новый процесс производства карбонатов в форме шестичленные кольца, начиная с CO2 и основных, легкодоступных строительных блоков. Эти циклические карбонаты имеют большой потенциал для создания новых поликарбонатов на основе CO2.
Исходные материалы представляют собой соединения с двойной связью углерод-углерод и спиртовой группой (-ОН) на соседнем атоме углерода (гомоаллиловые спирты).
На первом этапе реакции двойная связь превращается в эпоксид, трехчленное кольцо с одним атомом кислорода и двумя атомами углерода. Эпоксид может реагировать с CO2 в присутствии определенного катализатора. Продукт представляет собой циклический карбонат в виде пятичленного кольца с тремя атомами углерода и двумя атомами кислорода.
Атом углерода на «кончике» пятичленного кольца присоединен к дополнительному атому кислорода. На следующем этапе органический катализатор (N-гетероциклическое основание) активирует группу ОН и заставляет пятичленное кольцо перестраиваться в шестичленное кольцо.
Атом кислорода из группы ОН интегрируется в новое кольцо, в то время как один из атомов кислорода из исходного пятичленного кольца образует новую группу ОН. Однако обратная реакция также имеет место, потому что исходное пятичленное кольцо значительно более энергетически выгодно, и только исчезающе малое количество шестичленного кольца присутствует в равновесии. Хитрость заключается в том, чтобы поймать шестичленное кольцо.
Новая группа ОН связывается с реагентом (ацилирование), потому что ее другое положение делает ее значительно более реакционной, чем исходная группа ОН.
Этот недавно разработанный процесс дает доступ к широкой палитре новых шестичленных карбонатных колец с отличным выходом, высокой селективностью и в мягких условиях реакции.
Это расширяет набор гетероциклов и полимеров на основе CO2, которые трудно получить обычными методами.