Franse onderzoekers hebben ontdekt hoe ze koolstofdioxide kunnen recyclen tot formamides. Hun onderzoek verschijnt binnenkort op de cover van Angewandte Chemie.

Zij spreken van de ‘diagonale’ route om CO₂ chemisch te recyclen. Tot nu toe kenden we alleen de ‘verticale’ en de ‘horizontale’ variant. In de verticale route reduceert CO₂ tot stoffen zoals mierenzuur (CH₂O₂) of methanol. De horizontale route leidt tot de functionalisering van het koolstofatoom door de vorming van nieuwe C-O of C-N bindingen.

Thibault Cantat en zijn team van de French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) bedachten een combinatie van de twee al bekende routes. Daarbij wordt CO₂ in één stap zowel gereduceerd als gefunctionaliseerd en dat levert de chemisch veelzijdige formamides (CH₃NO) op, normaal gesproken gemaakt van aardolie.

De onderzoekers kozen voor een amine om het koolstofatoom te functionaliseren met een C-N binding. Voor de reductie viel de keuze op silaan (SiH₄). Als katalysator gebruikten zij TBD, voluit: 1,5,7-triazabicyclo[4.4.0]dec-5-een.

Hoe het mechanisme precies werkt, daar zijn de wetenschappers nog niet uit. Ze denken dat CO₂ reageert met een amine tot een carbamaat - de functionele groep van carbamaat bestaat uit een ester- en een amidegroep die ‘aan elkaar geplakt’ zijn. Deze verbinding wordt gestabiliseerd door de katalysator TBD.

Vervolgens reageert het silaan met het gestabiliseerde carbamaat, hierbij ‘stapt’ een waterstofatoom van het silaan ‘over’ naar het koolstofatoom van het carbamaat. Tegelijkertijd neemt het siliciumatoom van silaan de zuurstofmoleculen van het carbamaat voor zijn rekening.

Zodoende levert de recycling van CO₂ handige chemisch bouwstenen op in de vorm van formamides. Cantat noemt het van cruciaal belang dat de katalysator niets van doen heeft met dure overgangsmetalen. Volgens hem is de uitdaging nu om een duurzame manier te vinden om het silaan terug te winnen.

Ook het herwinnen van de katalysator lijkt nog voor problemen te kunnen zorgen, omdat het een homogene katalysator betreft. Deze zit opgelost in het reactiemengsel, wat scheiden moeilijk kan maken.