Badacze z TUD wprowadzają dwuetapowy proces dla chemikaliów zawierających fosfor

Fosfor i jego związki są niezbędnymi składnikami życia i są niezbędne w naszym codziennym życiu. W organizmie człowieka pierwiastek ten pełni ważną rolę w przekazywaniu energii i wielu funkcjach komórkowych. Związki fosforu są stosowane w nawozach, detergentach, lekach i wielu innych produktach. Ponadto fosfor jest niezbędnym składnikiem środków zmniejszających palność, elektrolitów do akumulatorów i katalizatorów. Na Ziemi fosfor występuje wyłącznie w postaci fosforanów. Produkcja chemikaliów zawierających fosfor zwykle obejmuje złożony, wieloetapowy i energochłonny proces. Początkowo wysoce toksyczny biały fosfor (P.₄) poprzez szlak redoks, a następnie dalej przetwarzany w postaci trichlorku fosforu (PCl₃) oraz inne produkty pośrednie, które są problematyczne i czasami wysoce toksyczne. Chemia fosforu na bazie P.₄ Kojarzy się z wielkimi wyzwaniami, ale ze względu na swoje ogromne znaczenie odgrywa niezastąpioną rolę w przemyśle chemicznym.

W niedawnej publikacji w prestiżowym czasopiśmie Nature Synthesis, Jan J. Weigand, profesor nieorganicznej chemii molekularnej na TU Dresden, wraz ze swoim zespołem przedstawia niezwykle prostą metodę wytwarzania związków chemicznych zawierających fosfor. Proces ten przekształca pierwotne i wtórne źródła fosforanów bezpośrednio w substancje chemiczne zawierające fosfor w zaledwie dwóch krokach, bez użycia niebezpiecznych półproduktów, takich jak biały fosfor (P₄). Jan J. Weigand wyjaśnia: „Publikacja nowego procesu jest prawdziwym wydarzeniem w mojej karierze naukowej i wynikiem ponad 15 lat pracy badawczej. Opracowaliśmy plan bardziej zrównoważonej chemii fosforu. Nasz proces jest wysoce odpowiedni do zastosowań przemysłowych ze względu na prostotę pod względem zasobów, kosztów i czasu.Złożyliśmy już dwa patenty, z których jeden został już ujawniony.Nasza nowa ścieżka syntezy pozwala na większą niezależność od krajów trzecich, ponieważ Europa nie ma już zakładu produkcyjnego obiekt dla p₄, który pozostaje nieodzownym półproduktem w przemysłowej chemii fosforu. Obecnie Europa opiera się na produkcji w krajach takich jak Wietnam i Chiny. Nasz proces mógłby w przyszłości zapewnić elastyczność w produkcji chemikaliów zawierających fosfor – wyjaśnia Jan J. Weigand, podkreślając innowacyjny charakter procesu.

Pierwszy autor, Tobias Schneider, opisuje procedurę nowej metody: „Udało nam się wyprodukować wszechstronny odczynnik do fosforylacji[pirydyna].₂S₂[OTf]) za pomocą prostej reakcji chemicznej, w której dwa atomy tlenu w fosforanie są zastępowane zmiennym wiązaniem, takim jak pirydyna. Odczynnik ten pozwala na podejście neutralne pod względem redoks dla różnych ważnych związków chemicznych zawierających fosfor o różnych zastosowaniach, łatwo reagując z różnymi typami nukleofili, takimi jak aminy, alkohole lub pseudohalogenki. Proces ten umożliwia bardziej bezpośredni i efektywny energetycznie łańcuch wartości dzięki wykorzystaniu opłacalnych surowców, takich jak kwas fosforowy lub inne źródła fosforanów, z pominięciem w ten sposób stosowania fosforu białego jako półproduktu. „

Zespół profesora Weiganda pracuje obecnie nad rozszerzeniem zakresu powtarzalnych chemikaliów zawierających fosfor za pomocą nowej metody i recyklingiem chemikaliów procesowych metodami elektrochemicznymi w celu opracowania wydajnego procesu obiegowego. Takie podejście pozwala na większą ochronę zasobów i oszczędności kosztów.

oryginalny wpis:

Schneider, Tobias., Schwedtmann, Kai., Fidelius, Jannis i Weigand, Jan J. Redox-neutralna konwersja wszechobecnych źródeł fotowoltaicznych w wszechstronny odczynnik fosforylujący PO2 +. Synteza natury (2023). https://doi.org/10.1038/s44160-023-00344-0