zurück zur Themenseite

Artikel und Hintergründe zum Thema

Phosphorchemie

Barbara Schick,

Synthese phosphorhaltiger Chemikalien mit neuer Methode

Prof. Jan J. Weigand und sein Team von der Technischen Universität Dresden haben einen bedeutenden Fortschritt in der Herstellung von phosphorhaltigen Chemikalien erzielt. Sie stellen eine innovative Synthesemethode vor, bei der nur zwei Prozessschritte für die bisher aufwendige Herstellung von funktionalisierten Phosphaten erforderlich sind. Diese vielversprechende Innovation könnte bei Anwendung in der Industrie nicht nur zum Umweltschutz beitragen, sondern auch Zeit und Kosten von Herstellungsprozessen senken. Das Forschungsteam hat bereits zwei Patente für dieses neue Verfahren eingereicht.

Phosphorverbindungen finden Anwendung in Düngemitteln, Wasch- und Reinigungsmitteln, Medikamenten und vielen anderen Produkten. Darüber hinaus ist Phosphor ein essentieller Bestandteil von Flammschutzmitteln, Batterieelektrolyten und Katalysatoren. Auf der Erde kommt Phosphor gebunden in Form von Phosphaten vor. Die Herstellung phosphorhaltiger Chemikalien erfolgt normalerweise in einem sehr aufwendigen und energieintensiven mehrstufigen Verfahren. Dabei wird zunächst (hochgiftiger) weißer Phosphor (P4) über einen Redox-Umweg hergestellt und anschließend zu Phosphortrichlorid (PCl3) und anderen problematischen und teilweise giftigen Zwischenprodukten weiterverarbeitet. Die Phosphorchemie auf der Basis von P4 ist insgesamt mit erheblichen Problemen verbunden, spielt aber aufgrund ihrer großen Bedeutung eine unverzichtbare Rolle in der chemischen Industrie.

Anzeige
Beispiel eines Biomoleküls aus der Gruppe der funktionalisierten Nucleotide, das mit dem Verfahren des Arbeitskreises Weigand aus Phosphorsäure hergestellt wurde. © Weigand Group

In der aktuellen Veröffentlichung im Fachjournal "Nature Synthesis" präsentiert Jan J. Weigand, Professor für Anorganische Molekülchemie an der TU Dresden, zusammen mit seinem Team eine recht einfache Methode zur Herstellung von phosphorhaltigen Chemikalien. Dieses Verfahren wandelt primäre und sekundäre Phosphatquellen direkt in phosphorhaltige Chemikalien um, und das in nur zwei Schritten und kommt dabei ohne gefährliche Zwischenprodukte wie weißen Phosphor (P4) aus. Jan J. Weigand sagt: "Die Vorstellung des neuen Verfahrens ist für mich ein wirkliches Highlight meiner wissenschaftlichen Laufbahn und das Ergebnis von über 15 Jahren Forschungsarbeit. Wir haben eine Blaupause für eine wesentlich nachhaltigere Phosphorchemie entwickelt. Unser Herstellungsprozess ist aufgrund seiner Einfachheit in Bezug auf Ressourcen, Kosten und Zeit äußerst relevant für industrielle Anwendungen. Wir haben bereits zwei Patente dafür eingereicht, von denen eines bereits offengelegt wurde. Der neue Syntheseweg ermöglicht eine größere Unabhängigkeit von Drittländern, da Europa selbst keine Produktionsstätte für P4 mehr besitzt, welches immer noch ein unverzichtbares Zwischenprodukt in der industriellen Phosphorchemie darstellt.“

Erstautor Tobias Schneider beschreibt den Ablauf der neuen Methode: "Uns ist es gelungen, mit einer einfachen chemischen Reaktion, bei der in Phosphaten durch einen labilen Liganden wie Pyridin zwei Sauerstoffatome ersetzt werden, ein vielseitiges Phosphorylierungsmittel ((Pyridin)2PO2[OTf]) herzustellen. Dieses Reagenz ermöglicht einen Redox-neutralen Zugang zu einer Vielzahl wichtiger phosphorhaltiger Chemikalien mit verschiedenen Anwendungen, indem es mit verschiedenen Nukleophilen wie Aminen, Alkoholen oder Pseudohalogeniden sehr bereitwillig reagiert. Das Verfahren ermöglicht eine direktere und energieeffizientere Wertschöpfungskette, indem es kostengünstige Rohstoffe wie Phosphorsäure oder andere Phosphatquellen verwendet und somit den Einsatz von weißem Phosphor als Zwischenprodukt umgeht."

Das Team um Prof. Weigand arbeitet derzeit daran, die Bandbreite der mit dem neuartigen Verfahren herstellbaren phosphorhaltigen Chemikalien zu erweitern und die in dem Prozess notwendigen Chemikalien über elektrochemische Methoden zu recyceln, um einen effizienten Kreislaufprozess zu entwickeln. Dadurch könnten Ressourcen weiter geschont und Kosten eingespart werden.

Originalpublikation:
Schneider, Tobias., Schwedtmann, Kai., Fidelius, Jannis und Weigand, Jan J. Redox-neutral conversion of ubiquitous PV sources to a versatile PO2+ phosphorylation reagent. Nature. Synthesis (2023). https://doi.org/10.1038/s44160-023-00344-0

Quelle: Technische Universität Dresden

Anzeige
zurück zur Themenseite
Jetzt Newsletter abonnieren

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige