Entwicklung von i-BM in der Direkten Kupfer Mechanokatalyse

Geschüttelt, nicht gerührt diesen Satz kennen viele, ganz gleich, ob sie James-Bond-Filme gesehen haben oder nicht. Doch was wäre, wenn 007 dabei gar nicht an seinen Martini denkt, sondern uns einen dezenten Hinweis gibt, wie sich ein drängendes Umweltproblem in der chemischen Industrie lösen lässt? Besonders in der Pharma- und Feinchemie entstehen große Mengen an Lösungsmittelabfällen mit erheblichen ökologischen Folgen. Was wäre, wenn die beste Lösung darin bestünde, gar keine Lösung(smittel) zu brauchen? In der Mechanochemie laufen chemische Reaktionen ganz anders ab, als man es klassischerweise kennt. Anstatt die Ausgangsstoffe in einer Flüssigkeit zu lösen, zu rühren und zu erhitzen, werden sie als Feststoffe direkt miteinander vermahlen vergleichbar mit dem Vermahlen von Pulvern im Mörser, nur tausendfach schneller. So kann bei chemischen Reaktionen vollständig auf Lösungsmittel verzichtet und Abfall deutlich reduziert werden. Stellen Sie sich nun vor, der Stößel besteht aus einem Metall wie z.B. Kupfer, das nicht nur zerkleinert, sondern die chemische Reaktion auch katalytisch unterstützt. Genau das ist das Prinzip der direkten Mechanokatalyse: In einer Kugelmühle wird ein Metallball mit hoher Geschwindigkeit geschüttelt. Dabei werden die Feststoffe mechanisch aktiviert, und gleichzeitig erfolgt die chemische Umsetzung direkt auf der katalytisch aktiven, metallischen Oberfläche des Balls. Am Ende entsteht eine neue chemische Verbindung ganz ohne Verwendung von Lösungsmittel. Manche Reaktionen benötigen jedoch zusätzlich Wärme. Doch Feststoffe gleichmäßig zu erhitzen, ist schwierig: Wenn Sie schon einmal versucht haben, trockene Zutaten in einem Topf zu erwärmen, wissen Sie, dass es unten anbrennt, während oben alles kalt bleibt. Die Wärmeverteilung ist bei Feststoffen schlecht anders als bei Flüssigkeiten. Eine bessere Lösung bietet die Induktionserwärmung: Wenn Sie etwa ein Pulver mit einem metallischen Löffel auf einem Induktionsherd umrühren, wird nicht das Pulver selbst erhitzt, sondern der Löffel direkt durch das vom Herd erzeugte magnetische Wechselfeld. Durch das Umrühren mit diesem heißen Löffel verteilt sich nun die Hitze gleichmäßig im ganzen Gemisch. Genau jenes Prinzip wird in diesem Projekt auf die Kugelmühle übertragen: Eine Kupferspule erzeugt ein magnetisches Feld, das den metallischen Mahlkörper im Inneren des Kugelmühlen-Reaktors erhitzt, während er sich schnell bewegt. So wird die Mahlkugel direkt heiß, verteilt die Wärme effizient und dient gleichzeitig als Katalysator. Die Reaktion erfolgt gezielt dort, wo Bewegung, Wärme und Katalyse zusammenkommen auf der Oberfläche der Kugel. Diese Methode direkte Mechanokatalyse durch induktiv geheiztes Kugelmahlen hat das Potenzial, die chemische Synthese nachhaltig zu verändern, insbesondere in der pharmazeutischen Industrie: durch deutlich geringeren Lösungsmittelverbrauch und präzise Wärmeeinbringung am Ort der Reaktion.