Nieuwe redoxmediatoren en verbeterde elektrokatalysatoren voor de functionalisatie van koolstof-waterstof bindingen met behulp van elektrosynthese.

Functionalisatie van inerte koolstof-waterstof (C-H) bindingen is een belangrijke reactie voor de chemische industrie. Het inbrengen van functionele groepen (bijvoorbeeld van een zuurstof-, stikstof of zwavelatoom) in een overwegend inerte molecule is noodzakelijk voor het maken van meer complexe moleculen bestemd voor de fijnchemicaliënindustrie. Organische moleculen bevatten echter verscheidene C-H bindingen (meest voorkomende binding in organische moleculen) en het selectief functionaliseren van een specifieke C-H binding is bijgevolg zeer moeilijk te verwezenlijken met chemische agentia. Er is dan ook nood aan nieuwe chemoselectieve C-H functionalisatiemethoden om organische syntheseroutes efficiënter en duurzamer (minder afvalstromen) te maken. Elektrosynthese is een veelbelovend alternatief, maar gaat momenteel nog gebukt onder lage chemoselectiviteit. Door het toevoegen van een homogene katalysator (redoxmediator) kan dit probleem overwonnen worden. Het gebruik van een redoxmediator vereist echter een elektrochemische activatiestap. Tot nog toe werd deze stap uitgevoerd met inerte elektrodes (e.g. glassy carbon) en bijgevolg zijn de processen energie-intensief en de opbrengst erg laag. Daarnaast zijn grote hoeveelheden redoxmediator nodig. Daarom is er een sterke vraag naar verbeterde elektrokatalytische materialen in combinatie met meer actieve redoxmediatoren.Dit onderzoeksproject heeft als doel de ontwikkeling van nieuwe elektrokatalytische materialen om de ladingsoverdracht naar de redoxmediator te verbeteren bij de breking van de C-H binding in organische substraten. Om dit doel te bereiken wordt een stapsgewijze aanpak voorgesteld om een geoptimaliseerde elektrokatalysator voor de ladingsoverdracht naar de redoxmediator te bekomen. In een eerste stap worden bulkelektrodematerialen gescreend naar hun elektrokatalytische activiteit. In een tweede stap wordt de activatiebarrière van de redoxmediator verder verlaagd door (i) gedispergeerde nanopartikels te ontwikkelen en (ii) gebruik te maken van legeringen door een tweede of derde metaal te introduceren. Aangezien de redoxmediator een sleutelrol heeft in de succesvolle implementatie van C-H-bindingfunctionalisatie zullen verscheidene redoxmediatoren in combinatie met de ontwikkelde elektrokatalysatoren onderzocht worden. Als casestudie zal de electrochemische C-H oxygenatie onderzocht worden met behulp van quinuclidine als mediator.Om dit onderzoek tot een goed einde te brengen, zal de expertise met betrekking tot elektrokatalyse van de onderzoeksgroep ART gecombineerd worden metorganische synthese, kennisdomein van de onderzoeksgroep ORSY.

Trefwoorden:ELEKTROSYNTHESE, ELEKTROCATALYSE, ELEKTROCHEMIE, ORGANISCHE CHEMIE

Disciplines:Analytische chemie, Organische chemie, Fysische chemie