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DE102021106741A1 - Mechanochemical synthesis process using a catalytically active shaped body - Google Patents

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DE102021106741A1
DE102021106741A1 DE102021106741.3A DE102021106741A DE102021106741A1 DE 102021106741 A1 DE102021106741 A1 DE 102021106741A1 DE 102021106741 A DE102021106741 A DE 102021106741A DE 102021106741 A1 DE102021106741 A1 DE 102021106741A1
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DE
Germany
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catalytically active
shaped body
active material
reaction
until
Prior art date
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Pending
Application number
DE102021106741.3A
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German (de)
Inventor
Maximilian Wohlgemuth
Sven Grätz
Lars Borchardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ruhr Univ Bochum Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Ruhr Universitaet Bochum Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Original Assignee
Ruhr Univ Bochum Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Ruhr Universitaet Bochum Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mechanochemisches Verfahren zur direkten heterogenen Katalyse einer chemischen Reaktion, umfassend die folgenden Schritte, (a) Bereitstellen zumindest eines Edukts; (b) Bereitstellen eines Formkörpers, wobei der Formkörper zumindest ein katalytisch aktives Material umfasst; und (c) direktes Vermahlen des zumindest einen Edukts zu einem Produkt durch energieübertragendes Inkontaktbringen dieser mit dem Formkörper; wobei der Formkörper ein inertes Kernmaterial und zumindest eine Außenschicht aufweist, die aus dem katalytisch aktiven Material (d.h. Aktivkomponente) gebildet ist und wobei die Außenschicht auf der Oberfläche des Kernmaterials angeordnet ist, und die Verwendung eines katalytisch aktiven Formkörpers in dieser chemischen Reaktion.The present invention relates to a mechanochemical process for the direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction, comprising the following steps: (a) providing at least one starting material; (b) providing a shaped body, wherein the shaped body comprises at least one catalytically active material; and (c) direct grinding of the at least one starting material to form a product by bringing it into contact with the shaped body in an energy-transferring manner; wherein the shaped body has an inert core material and at least one outer layer which is formed from the catalytically active material (i.e. active component) and wherein the outer layer is arranged on the surface of the core material, and the use of a catalytically active shaped body in this chemical reaction.

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mechanochemisches Verfahren zur direkten heterogenen Katalyse einer chemischen Reaktion, einen katalytisch aktiven Formkörper, und die Verwendung eines katalytisch aktiven Formkörpers in dieser chemischen Reaktion.The present invention relates to a mechanochemical process for direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction, a catalytically active shaped body, and the use of a catalytically active shaped body in this chemical reaction.

Stand der TechnikState of the art

Etwa 90% aller chemischen Produktionsprozesse laufen heutzutage katalysiert ab. Katalyse erlaubt es, Rohstoffe entweder überhaupt erst oder auf ökonomisch effizientere und ökologisch verträglichere Art und Weise zu wertvollen Chemikalien und Brennstoffen zu verarbeiten. Sie ist somit von entscheidender Bedeutung für eine Vielzahl chemischer Prozesse, beispielsweise in der Lebensmittel-, Automobil-, chemischen, petrochemischen und pharmazeutischen Industrie. Sowohl in der heterogenen als auch der homogenen Katalyse wird ein Katalysator dem Reaktionsgemisch hinzugegeben und muss nach der Reaktion von diesem wieder abgetrennt werden. Bei der klassischen heterogenen Katalyse wird ein festes Katalysatorbett von einem Gas durchströmt, wobei aus einem gasförmigen Edukt ein gasförmiges Produkt gebildet wird. Die Reaktion selbst läuft zumeist in Reaktoren ab, die thermisch beheizt werden. Dieses Heizen ist notwendig, um die Aktivierungsenergie der chemischen Reaktion zu überwinden.About 90% of all chemical production processes are catalyzed nowadays. Catalysis allows raw materials to be processed into valuable chemicals and fuels either in the first place or in an economically more efficient and ecologically compatible way. It is therefore of crucial importance for a large number of chemical processes, for example in the food, automotive, chemical, petrochemical and pharmaceutical industries. In both heterogeneous and homogeneous catalysis, a catalyst is added to the reaction mixture and has to be separated from it again after the reaction. In classical heterogeneous catalysis, a gas flows through a fixed catalyst bed, with a gaseous product being formed from a gaseous starting material. The reaction itself usually takes place in reactors that are thermally heated. This heating is necessary to overcome the activation energy of the chemical reaction.

Bei einer homogenen Katalyse müssen allerdings sowohl die Reaktanden als auch der Katalysator in einem Solvens löslich sein. Im Anschluss an die chemische Umsetzung muss der Katalysator aufwendig vom Reaktionsgemisch abgetrennt werden.However, for homogeneous catalysis, both the reactants and the catalyst must be soluble in a solvent. After the chemical reaction, the catalyst has to be separated from the reaction mixture in a complicated manner.

Vor allem heterogene Katalysatoren spielen daher eine dominante Rolle, da diese leicht von den meisten fluiden Reaktionsprodukten abtrennbar sind. Entsprechend der zur Überwindung der Aktivierungsenergie verwendeten Energiequelle wird zwischen Thermo-, Elektro- und Fotokatalyse unterschieden. In den letzten Jahren gewinnt jedoch auch die Mechanokatalyse zunehmend an Bedeutung. Hierbei wird Energie lokal begrenzt in das System eingebracht (z.B. am Stoßquerschnitt der Kugeln in Kugelmühlen), wodurch punktuell extreme Drücke und Temperaturen erzeugt und Produkte zugänglich gemacht werden, welche auf klassischem Weg nicht synthetisiert werden können. Bisher wurde in der Mechanokatalyse dem Reaktionsgemisch der Katalysator als zusätzliche Feststoffphase zugesetzt (indirekte Mechanokatalyse) und die Mühle ausschließlich zum Energieeintrag verwendet. Indirekte Mechanokatalyse bedeutet hierbei, dass der Katalysator als zusätzliches Pulver zugesetzt wird [Hernändez et al.; Tetrahedron Letters, 56(29), 15.7.2015, 4253-4265].Above all, heterogeneous catalysts therefore play a dominant role, as they can be easily separated from most fluid reaction products. Depending on the energy source used to overcome the activation energy, a distinction is made between thermal, electro and photocatalysis. In recent years, however, mechanocatalysis has also become increasingly important. Here, energy is introduced into the system in a locally limited manner (e.g. at the impact cross section of the balls in ball mills), whereby extreme pressures and temperatures are generated selectively and products are made accessible which cannot be synthesized in the classic way. So far, in mechanocatalysis, the catalyst was added to the reaction mixture as an additional solid phase (indirect mechanocatalysis) and the mill was used exclusively for energy input. In this context, indirect mechanocatalysis means that the catalyst is added as an additional powder [Hernandez et al.; Tetrahedron Letters, 56(29), 2015-07-15, 4253-4265].

WO 2007/023295 A2 beschreibt eines der ersten mechanokatalytischen Verfahren zur Herstellung von metallorganischen Verbindungen. Dafür werden die Ausgangsverbindungen (d.h. Edukte) zusammen mit Katalysatoren in eine Mahlvorrichtung (z.B. einer Mühle), die eine inerter Oberfläche aufweist, gegeben und durch vermahlen miteinander polymerisiert. WO 2007/023295 A2 describes one of the first mechanocatalytic processes for the production of organometallic compounds. For this purpose, the starting compounds (ie starting materials) are placed together with catalysts in a grinding device (eg a mill) which has an inert surface and are polymerized by being ground together.

Darüber hinaus wird beispielsweise in US 9,206,098 B2 die Herstellung organischer Verbindungen in einem mechanokatalytischen Verfahren mit metallbasierten Katalysatoren vorgeschlagen. Im konkreten Fall wird vorbehandelte Zellulose zu Zuckeralkoholen verarbeitet. Dabei wird wie in der WO 2007/023295 A2 der Katalysator in Form eines trockenen Pulvers den Ausgangsverbindungen zugesetzt.In addition, for example in US 9,206,098 B2 proposed the production of organic compounds in a mechanocatalytic process with metal‐based catalysts. In this specific case, pre-treated cellulose is processed into sugar alcohols. As in the WO 2007/023295 A2 the catalyst is added to the starting compounds in the form of a dry powder.

Die vorgenannten Verfahren haben den Nachteil, dass die (innere) Oberflächen der Mahlvorrichtung nicht direkt an der Reaktion beteiligt sind, sodass stets ein Katalysator zugesetzt werden muss. Dieser muss nach der chemischen Umsetzung der Edukte aufwendig vom Produkt abgetrennt und aufgereinigt werden.The aforementioned processes have the disadvantage that the (inner) surfaces of the grinding device are not directly involved in the reaction, so that a catalyst always has to be added. After the chemical conversion of the educts, this must be laboriously separated from the product and purified.

Bei dem in der US 9,701,542 B2 beschriebenen Verfahren handelt es sich um eine anorganische Mechanokatalyse, bei der hexagonales Osmiumborid in einer Kugelmühle hergestellt wird. Hierbei wird kein zusätzlicher Katalysator zugegeben, der im Anschluss an die chemische Umsetzung auch nicht abgetrennt oder abgeschieden werden muss. Die chemische Umsetzung basiert dabei auf der Reaktionsfreudigkeit der anorganischen Ausgangsverbindungen und kann daher nicht auf die Knüpfung organischer Verbindungen übertragen werden. Die Wandung (d.h. die Oberfläche) der Mahlvorrichtung ist dabei für die Reaktion irrelevant so lange diese eine ausreichende Härte aufweist.At the in the US 9,701,542 B2 The process described is an inorganic mechanocatalysis in which hexagonal osmium boride is produced in a ball mill. In this case, no additional catalyst is added, which also does not have to be separated off or deposited after the chemical reaction. The chemical conversion is based on the reactivity of the inorganic starting compounds and can therefore not be transferred to the formation of organic compounds. The wall (ie the surface) of the grinding device is irrelevant for the reaction as long as it has sufficient hardness.

Weiterhin ist in Fulmer etal. (Green Chemistry 2009, 11(11):1821; DOI: 10.1039/B915669K) ein Verfahren beschrieben in denen die Mahlkugeln die Rolle des Co-Katalysators in einer Sonogashira-Reaktion übernehmen. In diesem Fall wurden Mahlkugeln und Mahlgefäß (Becher) aus Kupfer eingesetzt die das sonst übliche Kupfer(l)iodid ersetzten und den eigentlichen Palladiumkatalysator (Pd(PPh3)4) regenerieren.Furthermore, in Fulmer et al. (Green Chemistry 2009, 11(11):1821; DOI: 10.1039/B915669K) describe a process in which the grinding balls take on the role of the co-catalyst in a Sonogashira reaction. In this case, grinding balls and grinding vessels (beakers) made of copper were used, replacing the usual copper(I) iodide and regenerating the actual palladium catalyst (Pd(PPh 3 ) 4 ).

In einem anderen Verfahren von Cook et al. (Green Chemistry 15(3):617-619; 10.1039/C3GC36720G), werden dieselben Kupfer-Becher und Mahlkugeln wie bei Fulmer et al. (2009) in der Katalyse einer Klick-Reaktion verwendet, bei der Alkine mit Aziden gekoppelt werden. Dieses katalytische Verfahren hat allerdings den Nachteil, dass das Kupfer aufgrund seiner geringen Härte (Mohshärte 3,0), geringen Festigkeit (320 MPa) und dem geringen Kompressionsmoduls (138 GPa) nur ein sehr geringer Energieeintrag in die Reaktion erfolgen kann und zudem der Metallabrieb und der damit verbundene Eintrag von partikulärem Kupfer in das Reaktionsgemisch sehr hoch ist. Aufgrund des hohen Metallabriebs ist hier nachteilig ein nachgeschaltetes, aufwendiges Abtrennungsverfahren erforderlich. Zudem muss die Mehrzahl der darin eingesetzten Edukte in Form von Flüssigkeiten vorliegen.In another method by Cook et al. (Green Chemistry 15(3):617-619; 10.1039/C3GC36720G), the same copper beakers and grinding balls are used as in Fulmer et al. (2009) used in the catalysis of a click reaction coupling alkynes with azides. However, this catalytic process has the disadvantage that the copper, due to its low hardness (Mohs hardness 3.0), low strength (320 MPa) and the low bulk modulus (138 GPa), can only introduce a very small amount of energy into the reaction and also the metal abrasion and the associated input of particulate copper into the reaction mixture is very high. Due to the high level of metal abrasion, a downstream, complex separation process is required here, which is disadvantageous. In addition, the majority of the starting materials used must be in the form of liquids.

Die DE 10 2019 117 437 offenbart ein mechanochemisches Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion, bei dem der gesamte Formkörper aus dem katalytisch aktiven Material gebildet ist und wobei zumindest eines der Edukte in der heterogen katalysierten chemischen Reaktion als Feststoff eingesetzt wird. Dies hat allerdings den Nachteil, dass nicht die gesamte Menge des eingesetzten katalytisch aktiven Materials für die Reaktion zur Verfügung steht (d.h. chemisch tot bzw. inaktiv ist). Insbesondere bei dem Einsatz teurer Katalysatoren ist dies sehr kostenintensiv.the DE 10 2019 117 437 discloses a mechanochemical process for the direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction, in which the entire shaped body is formed from the catalytically active material and at least one of the starting materials in the heterogeneously catalyzed chemical reaction is used as a solid. However, this has the disadvantage that not all of the catalytically active material used is available for the reaction (ie it is chemically dead or inactive). This is very costly, particularly when using expensive catalysts.

Aufgabetask

Es ist daher wünschenswert, ein mechanochemisches Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion bereitzustellen, das die vorgenannten Nachteile überwindet.It is therefore desirable to provide a mechanochemical process for directly catalyzing a chemical reaction heterogeneously which overcomes the aforementioned disadvantages.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher insbesondere, ein mechanochemisches Verfahren bereitzustellen, bei dem die katalytischen Eigenschaften des Formkörpers und dessen Bulk-Eigenschaften (z.B. Dichte, Verformbarkeit) voneinander entkoppelt sind.The object of the present invention is therefore in particular to provide a mechanochemical process in which the catalytic properties of the shaped body and its bulk properties (e.g. density, deformability) are decoupled from one another.

Lösungsolution

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein mechanochemisches Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion gemäß Anspruch 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a mechanochemical method for directly heterogeneously catalyzing a chemical reaction according to claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous configurations are specified in the dependent claims.

Das erfindungsgemäße mechanochemische Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion, umfasst dabei die folgenden Schritte:

  1. a) Bereitstellen zumindest eines Edukts;
  2. b) Bereitstellen eines Formkörpers, wobei der Formkörper zumindest ein katalytisch aktives Material (d.h. Aktivkomponente) umfasst; und
  3. c) direktes Vermahlen (mechanochemisches Umsetzen) des zumindest einen Edukts zu einem Produkt durch energieübertragendes Inkontaktbringen, insbesondere wiederholtes energieübertragendes Inkontaktbringen dieser Edukte mit dem Formkörper;
wobei der Formkörper ein inertes Kernmaterial und zumindest eine Außenschicht aufweist, die aus dem katalytisch aktiven Material (d.h. Aktivkomponente) gebildet ist und wobei die Außenschicht auf der Oberfläche des Kernmaterials angeordnet ist.The mechanochemical method according to the invention for the direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction comprises the following steps:
  1. a) providing at least one starting material;
  2. b) providing a shaped body, wherein the shaped body comprises at least one catalytically active material (ie active component); and
  3. c) direct grinding (mechanochemical conversion) of the at least one starting material to form a product by bringing these starting materials into contact with the shaped body by energy-transferring contact, in particular repeated energy-transferring contacting;
wherein the shaped body has an inert core material and at least one outer layer which is formed from the catalytically active material (ie active component) and wherein the outer layer is arranged on the surface of the core material.

Als inertes Kernmaterial wird hierin ein Material bezeichnet, das nicht direkt an der chemischen Reaktion teilnimmt, nämlich weil es einerseits für die chemische Reaktion selbst keine (oder keine messbare) katalytische Eigenschaft aufweist und/oder weil es durch die auf dessen Oberfläche angeordnete Schicht (des katalytisch aktiven Materials und/oder der Zwischenschicht) nicht an der Reaktion teilnehmen kann. Bevorzugt weist das inerte Kernmaterial für die chemische Reaktion, in der der hierin definierte Formkörper bzw. der Katalysator-Mahlformkörper eingesetzt wird, selbst keine (oder keine messbare) katalytische Eigenschaft auf.Here, an inert core material is a material that does not take part directly in the chemical reaction, namely because on the one hand it has no (or no measurable) catalytic property for the chemical reaction itself and/or because it is protected by the layer arranged on its surface (the catalytically active material and / or the intermediate layer) can not participate in the reaction. Preferably, the inert core material itself has no (or no measurable) catalytic property for the chemical reaction in which the shaped body defined herein or the ground shaped catalyst body is used.

Von Vorteil ist hierbei insbesondere, wenn die Masse des Kernmaterials gegenüber der Masse des katalytisch aktiven Materials im Überschuss vorliegt, wobei die allgemeinen Vorteile, die sich hieraus ergeben nachstehend aufgeführt sind. So ist es wünschenswert, dass das Verhältnis zwischen der Masse des Kernmaterials und der Masse des katalytisch aktiven Materials im Bereich von 5.000.000:1 bis 2:1, bevorzugt im Bereich von 100.000:1 bis 100:1, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 100.000:1 bis 1.000:1 liegt. Mithin bestimmt das Kernmaterial wesentlich die Dichte des Formkörpers und somit den Energieeintrag während des mechanochemischen Umsetzens.It is particularly advantageous here if the mass of the core material is in excess of the mass of the catalytically active material, with the general advantages resulting from this being listed below. Thus, it is desirable that the ratio between the mass of the core material and the mass of the catalytically active material is in the range from 5,000,000:1 to 2:1, preferably in the range from 100,000:1 to 100:1, most preferably in the range from 100,000:1 to 1,000:1. Consequently, the core material essentially determines the density of the shaped body and thus the energy input during the mechanochemical conversion.

Allgemeine VorteileGeneral Benefits

Dadurch, dass lediglich die Außenschicht (hierin auch als „äußere Schicht“ bezeichnet) des Formkörpers aus dem katalytisch aktiven Material gebildet ist, dient der Formkörper nicht nur als Katalysator, sondern vorteilhaft sind hierdurch auch die katalytischen Eigenschaften des katalytisch aktiven Materials und die Bulk-Eigenschaften des Formkörpers (z.B. Härte, Dichte, Verformbarkeit, E-Modul, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit und die Formbarkeit in der Herstellung) voneinander entkoppelt. Daher macht die Außenschicht, die aus dem katalytisch aktiven Material gebildet ist, vorzugsweise < 10 Gew.-%, besonders bevorzugt < 1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt < 0,1 Gew.-% des Gesamtgewichts des Formkörpers aus.Because only the outer layer (herein also referred to as “outer layer”) of the shaped body is formed from the catalytically active material, the shaped body not only serves as a catalyst, but the catalytic properties of the catalytically active material and the bulk Properties of the molded body (e.g. hardness, density, deformability, modulus of elasticity, thermal conductivity, electrical conductivity and formability during production) are decoupled from one another. The outer layer, which is formed from the catalytically active material, therefore makes up preferably <10% by weight, particularly preferably <1% by weight, very particularly preferably <0.1% by weight of the total weight of the shaped body.

Dies erlaubt es einerseits die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Formkörpers, wobei lediglich die Außenschicht (hierin auch als „äußere Schicht“ bezeichnet) des Formkörpers aus dem katalytisch aktiven Material gebildet ist, dass weiche Metalle (die eine hohe Verformbarkeit und/oder einen hohen Abrieb aufweisen, wie bspw. Gold) auf harte und/oder schwere Kernmaterialien (die einen hohen Eintrag an kinetischer Energie in eine chemische Reaktion erlauben, wie bspw. Stahl Zirkonoxid, Wolframcarbid) des Formkörpers immobilisiert/abgeschieden sein können.On the one hand, this allows the shaped body to be designed according to the invention, with only the outer layer (here also referred to as the “outer layer”) of the shaped body being formed from the catalytically active material, such that soft metals (which have high deformability and/or high abrasion such as gold) can be immobilized/deposited on hard and/or heavy core materials (which allow a high input of kinetic energy into a chemical reaction, such as steel, zirconium oxide, tungsten carbide).

Andererseits erlaubt es eine alternative Ausgestaltung des Formkörpers gleichwohl, dass harte und/oder schwere Metalle oder Legierungen (die eine geringe Verformbarkeit und/oder einen geringen Abrieb aufweisen, jedoch meist preislich sehr teuer sind, wie bspw. Platin oder Palladium) auf weiche Kernmaterialien (die gegenüber Formkörpern, die als Vollmaterial aus einem katalytischen Material gebildet sind, eine Verringerung des Eintrags an kinetischer Energie in eine chemische Reaktion erlauben) des Formkörpers immobilisiert/abgeschieden sein können.On the other hand, an alternative design of the shaped body nevertheless allows hard and/or heavy metals or alloys (which have low deformability and/or low abrasion, but are usually very expensive, such as platinum or palladium) to soft core materials ( which, compared to shaped bodies that are formed as a solid material from a catalytic material, allow a reduction in the input of kinetic energy into a chemical reaction) of the shaped body can be immobilized/deposited.

In Summe lassen sich somit die katalytische Aktivität (bspw. durch Auswahl des geeignetsten katalytisch aktiven Materials) und die einzubringende Stoßenergie über die Formkörper unabhängig gezielt voneinander einstellen.All in all, the catalytic activity (e.g. by selecting the most suitable catalytically active material) and the impact energy to be introduced can be adjusted in a targeted manner independently of one another via the shaped bodies.

Da bei der erfindungsgemäßen direkten Mechanokatalyse (d.h. mechanochemischen Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion) lediglich die Außenschicht bzw. die äußere Schicht aus dem katalytisch aktiven Material gebildet ist, kann das Kernmaterial folglich aus einem wesentlich preiswerteren Material gebildet sein. Im Ergebnis erlaubt die vorliegende Erfindung, dass eine dünne Schicht eines katalytisch aktiven, aber sehr teuren Materials, wie z.B. Platin auf ein inertes dafür aber sehr billiges Material z.B. Stahl abzuscheiden und dabei die gleiche katalytische Aktivität wie ein Vollmaterial zu erhalten.Since only the outer layer is formed from the catalytically active material in the direct mechanocatalysis (i.e. mechanochemical process for direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction) according to the invention, the core material can consequently be formed from a significantly cheaper material. As a result, the present invention allows a thin layer of a catalytically active but very expensive material such as platinum to be deposited onto an inert but very cheap material such as steel while maintaining the same catalytic activity as a bulk material.

Darüber hinaus erlaubt dieser Aufbau des Formkörpers die Entkoppelung von Dichte des Formkörpers und dem Material des Formkörpers bzw. des katalytisch aktiven Materials. Dies bedeutet, dass das Kernmaterial des Formkörpers aus einem leichten Material, bspw. einem Kunststoff gefertigt werden kann und nur die äußerste Schicht aus einem katalytisch aktiven Material, bspw. einem katalytisch aktiven Metall gebildet werden kann. Durch das „Feintuning“ des Aufbaus des Formkörpers gestattet dies eine Kontrolle über Energieeintrag und so die Vermeidung von Degradation des Formkörpers als auch der Reaktionsprodukte durch einen zu hohen Energieeintrag. Hierdurch wird vorteilhaft die Bildung unerwünschter Nebenprodukte vermieden und die Ausbeute des gewünschten Produkts erhöht. Darüber hinaus kann die Langlebigkeit des Formkörpers erhöht, der Abrieb des Mahlmaterials reduziert und dadurch zugleich die Verunreinigung des Produktes durch Materialabrieb verringert werden.In addition, this structure of the shaped body allows the decoupling of the density of the shaped body and the material of the shaped body or the catalytically active material. This means that the core material of the shaped body can be made of a light material, for example a plastic, and only the outermost layer can be made of a catalytically active material, for example a catalytically active metal. By "fine tuning" the structure of the shaped body, this allows control over the energy input and thus the avoidance of degradation of the shaped body and the reaction products due to excessive energy input. This advantageously avoids the formation of unwanted by-products and increases the yield of the desired product. In addition, the longevity of the shaped body can be increased, abrasion of the grinding material can be reduced and contamination of the product by material abrasion can be reduced at the same time.

Gleichwohl erlaubt es der erfindungsgemäße Aufbau des Formkörpers mit der Außenschicht an einem katalytisch aktiven Material eine höhere Vielfalt in der Auswahl des katalytisch aktiven Materials. So haben die Erfinder beispielsweise erkannt, dass nicht aus allen Materialien ein Formkörper aus einem Vollmaterial des katalytisch aktiven Materials gebildet werden kann (bspw. eine Voll(mahl)kugel), die der mechanischen Beanspruchung während des Mahlvorgangs standhalten kann, weil diese bspw. zu weich wären (z.B. Gold). Dem gegenüber erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, dass als Kernmaterial für den Formkörper ein hartes Material (z.B. Stahl, Zirkonoxid, Wolframcarbid) verwendet werden kann und als Beschichtungsmaterial vorzugsweise jedes feste katalytisch aktive Material verwendet werden kann. Bei den vorgenannten harten Kernmaterialien (insbesondere Stahl, Zirkonoxid, Wolframcarbid, Bronze, Kupfer, Messing, Hastelloy) handelt es sich im Sinne der Erfindung um schwere Materialien, die sich durch eine hohe Dichte von über 6 g/cm3 auszeichnen und hierdurch einen „hohen“ Energieeintrag in die mechanochemische Reaktion zur Folge haben.Nevertheless, the structure according to the invention of the shaped body with the outer layer of a catalytically active material allows a greater variety in the selection of the catalytically active material. For example, the inventors have recognized that not all materials can be used to form a shaped body from a solid material of the catalytically active material (e.g. a solid (milling) ball) that can withstand the mechanical stress during the milling process, because this, for example would be soft (e.g. gold). In contrast, it allows the inventive method that as the core material for the Molding a hard material (e.g. steel, zirconium oxide, tungsten carbide) can be used and preferably any solid catalytically active material can be used as the coating material. In the context of the invention, the aforementioned hard core materials (in particular steel, zirconium oxide, tungsten carbide, bronze, copper, brass, Hastelloy) are heavy materials which are characterized by a high density of more than 6 g/cm 3 and thus a ""high" energy input into the mechanochemical reaction.

Im Ergebnis erlaubt es das erfindungsgemäße Konzept der Beschichtung eines Kernmaterials mit dem katalytisch aktiven Material, dass katalytisch aktive Material über die äußere Schicht für die mechanochemische Umsetzung bereitzustellen und gleichzeitig aber auch losgelöst die für die chemische Reaktion notwendige Aktivierungsenergie über die Dichte und/oder Härte des Kernmaterials bereitzustellen. So können (wie nachstehend beschrieben) insbesondere auch alle katalytisch aktiven Metalle auf „weichen“ Kernmaterialien abgeschieden werden, um chemische Reaktionen mit niedrigen oder moderaten Aktivierungsenergien zu ermöglichen, wobei zugleich der Abrieb des katalytisch aktiven Materials während der mechanochemischen Umsetzung deutlich reduziert ist.As a result, the concept of coating a core material with the catalytically active material according to the invention allows the catalytically active material to be provided via the outer layer for the mechanochemical conversion and at the same time the activation energy required for the chemical reaction to be released via the density and/or hardness of the provide core material. In particular, all catalytically active metals can be deposited on “soft” core materials (as described below) in order to enable chemical reactions with low or moderate activation energies, while at the same time the abrasion of the catalytically active material during the mechanochemical conversion is significantly reduced.

Es versteht sich, dass somit die Zugabe eines katalytisch aktiven Materials in Form als Granulat und/oder in Pulverform nicht erforderlich ist, besonders bevorzugt ganz entfällt.It goes without saying that it is therefore not necessary to add a catalytically active material in the form of granules and/or in powder form, and it is particularly preferred to dispense with it entirely.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird zumindest eines der Edukte in der heterogen katalysierten chemischen Reaktion als Feststoff eingesetzt.In a preferred embodiment of the present invention, at least one of the starting materials in the heterogeneously catalyzed chemical reaction is used as a solid.

Bevorzugt beträgt der Feststoffanteil aller Komponenten - Edukte (d.h. Reaktanden bzw. einer zweiten Aktivkomponente) und Inertmaterialien - in (bzw. während) der heterogen katalysierten chemischen Reaktion mehr als 30 Gew.-%.The solids content of all components—educts (ie reactants or a second active component) and inert materials—in (or during) the heterogeneously catalyzed chemical reaction is preferably more than 30% by weight.

Handelt es sich bei der erfindungsgemäßen direkten Mechanokatalyse um eine Feststoffreaktion, so kann darüber hinaus auf den Zusatz eines Lösungsmittels verzichtet werden und die Löslichkeit der Edukte und/oder Produkte in einem dafür geeigneten Lösungsmittel ist vorteilhaft nicht mehr von Bedeutung. Folglich sind auch chemische Reaktionen und Verbindungen zugänglich, die bisher in lösungsmittelbasierten Reaktionen nicht umsetzbar bzw. herstellbar waren.If the direct mechanocatalysis according to the invention is a solid reaction, the addition of a solvent can also be dispensed with and the solubility of the starting materials and/or products in a solvent suitable for this purpose is advantageously no longer important. Consequently, chemical reactions and compounds are also accessible that previously could not be implemented or produced in solvent-based reactions.

Darüber hinaus wird die Anhäufung unnötiger Abfälle durch das (lösungsmittelfreie) mechanochemische Verfahren reduziert. Dies stellt einen ernsthaften ökologischen und ökonomischen Vorteil gegenüber konventionellen Verfahren dar, da Abfall nicht gesondert entsorgt werden muss, was zeit-, kosten- und energieersparend (insbesondere für die großtechnische oder industrielle Anwendung) ist.In addition, the accumulation of unnecessary waste is reduced by the (solvent-free) mechanochemical process. This represents a serious ecological and economic advantage over conventional methods, since waste does not have to be disposed of separately, which saves time, money and energy (especially for large-scale or industrial application).

Zudem müssen die eingesetzten Katalysatoren (homogen und/oder heterogen) nach erfolgter chemischer Umsetzung (Reaktion) vorteilhaft nicht erst aufwendig vom Reaktionsgemisch abgetrennt werden, sondern können auf Grund der Größe der Formkörper einfach vom Reaktionsgemisch abgetrennt werden.In addition, the catalysts used (homogeneous and/or heterogeneous) advantageously do not have to be removed from the reaction mixture first after the chemical conversion (reaction) has taken place, but can be easily removed from the reaction mixture due to the size of the shaped bodies.

Darüber hinaus erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft, dass zur direkten heterogenen Katalyse einer chemischen Reaktion, wie z.B. der Knüpfung organischer Bindungen wie zum Beispiel Polymerisierungsprozesse rein mechanische Energie verwendet wird und somit die Reaktion bei milden Reaktionsbedingungen durchgeführt werden kann.In addition, the method according to the invention particularly advantageously allows purely mechanical energy to be used for direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction, such as the formation of organic bonds such as polymerization processes, and thus the reaction can be carried out under mild reaction conditions.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zudem herausgefunden, dass die mechanochemisch katalysierten Reaktionen zumeist schneller ablaufen als bei vergleichbaren klassisch-chemischen Verfahren, wodurch der Zeit- und Energieaufwand verringert wird.The inventors of the present invention have also found that the mechanochemically catalyzed reactions usually take place faster than in comparable classic chemical processes, which reduces the time and energy expenditure.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion als Festphasenreaktion durchgeführt. Der Begriff „Festphasenreaktion“ bedeutet hierin, dass der Reaktion alle Edukte als Feststoffe zugesetzt werden. Vorteilhaft kann dadurch auf den Zusatz eines Lösungsmittels vollständig verzichtet werden, wodurch einerseits auf das Abtrennen des Produktes von einem bzw. dem Lösungsmittel verzichtet werden kann und zudem auf eine Aufreinigung des Lösungsmittels nach der chemischen Umsetzung der Edukte (d.h. Reaktion) verzichtet werden kann.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the method for directly heterogeneously catalyzing a chemical reaction is carried out as a solid phase reaction. The term “solid phase reaction” means here that all starting materials are added to the reaction as solids. Advantageously, this means that the addition of a solvent can be completely dispensed with, which on the one hand makes it possible to dispense with separating the product from one or the solvent and, on the other hand, purifying the solvent after the chemical conversion of the starting materials (i.e. reaction) can be dispensed with.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt der Feststoffanteil aller Komponenten - Edukte (Reaktanden bzw. zweite Aktivkomponenten) und Inertmaterial - in (bzw. während) der heterogen katalysierten chemischen Reaktion zumindest mehr als 30 Gew.-%, bevorzugt zumindest 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zumindest 65 Gew.-%, noch weiter bevorzugt zumindest 80 Gew.-%, wie 81 Gew.-%, 82 Gew.-%, 83 Gew.-%, 84 Gew.-%, 85 Gew.-%, 86 Gew.-%, 87 Gew.-%, 88 Gew.-%, 89 Gew.-%, 90 Gew.-%, wie 91 Gew.-%, 92 Gew.-%, 93 Gew.-%, 94 Gew.-%, 95 Gew.-%, 96 Gew.-%, 97 Gew.-%, 98 Gew.-%, 99 Gew.-% bemessen an allen Komponenten des Reaktionsgemisches. Dies bedeutet, dass ein Großteil oder sogar die Mehrzahl der für die chemische Reaktion bereitgestellten Komponenten, d.h. der direkt an der Reaktion beteiligte Edukte und ggf. zugesetztes Inertmaterial, ausgenommen des Formkörpers unter den gegebenen Reaktionsbedingungen ein Feststoff ist. Dabei werden die Edukte, in Form als (ggf. poröses) Pulver oder Granulat zugesetztAccording to a preferred embodiment, the solids content of all components—educts (reactants or second active components) and inert material—in (or during) the heterogeneously catalyzed che mix reaction at least more than 30% by weight, preferably at least 50% by weight, very particularly preferably at least 65% by weight, even more preferably at least 80% by weight, such as 81% by weight, 82% by weight %, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, such as 91 wt%, 92 wt%, 93 wt%, 94 wt%, 95 wt%, 96 wt%, 97 wt%, 98 wt%, 99 % by weight based on all components of the reaction mixture. This means that a large part or even the majority of the components provided for the chemical reaction, ie the starting materials directly involved in the reaction and any added inert material, with the exception of the shaped body, is a solid under the given reaction conditions. The starting materials are added in the form of (possibly porous) powder or granules

So kann dem Reaktionsgemisch, beispielsweise bei Reaktionen die Basen- bzw. Säurekatalysiert ablaufen, ein hoher Anteil von vorzugsweise zumindest 30 Gew.-%, bevorzugt zumindest 50 Gew.-% (d.h. im Überschuss), ganz besonders bevorzugt zumindest 65 Gew.%, noch weiter bevorzugt zumindest 80 Gew.-% bemessen an allen Komponenten des Reaktionsgemisches zumindest eine zweite Aktivkomponente als weiteres an der Reaktion beteiligtes Edukt (z.B. Basen, Säuren) zugesetzt, die unter den gegebenen Reaktionsbedingungen ein Feststoff ist und somit ebenfalls als Bulk-Material dient. So werden beispielsweise bei Kupplungsreaktionen (Erd-)Alkalimetallcarbonate (z.B. Na2CO3, K2CO3, CaCO3), (Erd-)Alkalimetallhydroxide (z.B. NaOH) oder organische Basen in Form als Feststoffe zugesetzt. Der Zusatz des hohen Anteils einer festen zweiten Aktivkomponente ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Mehrzahl der Edukte unter den gegebenen Reaktionsbedingungen Flüssigkeiten ist. Entgegen dem Formkörper bzw. dem katalytisch aktiven Material dient die zweite Aktivkomponente ebenfalls als Bulk-Material und wird dem Reaktionsgemisch daher bevorzugt in Form als (ggf. poröses) Pulver oder Granulat zugesetzt. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die zweite Aktivkomponente im Verhältnis zu den anderen Edukten in der vorliegenden Reaktion zumindest im Überschuss, wie bspw. im 2-fachen, 3-fachen, 4-fachen, 5-fachen oder 6-fachen Überschutz zugesetzt ist.For example, in reactions that are catalyzed by bases or acids, the reaction mixture can have a high proportion of preferably at least 30% by weight, preferably at least 50% by weight (ie in excess), very particularly preferably at least 65% by weight, even more preferably at least 80% by weight of all components of the reaction mixture, at least one second active component added as a further reactant involved in the reaction (e.g. bases, acids), which is a solid under the given reaction conditions and thus also serves as bulk material . For example, (earth) alkali metal carbonates (eg Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , CaCO 3 ), (earth) alkali metal hydroxides (eg NaOH) or organic bases are added in the form of solids in coupling reactions. The addition of the high proportion of a solid second active component is particularly advantageous when the majority of the starting materials are liquids under the given reaction conditions. In contrast to the shaped body or the catalytically active material, the second active component also serves as a bulk material and is therefore preferably added to the reaction mixture in the form of (possibly porous) powder or granules. Provision can be made for the second active component to be added at least in excess in relation to the other starting materials in the present reaction, for example in a 2-fold, 3-fold, 4-fold, 5-fold or 6-fold overprotection .

Um den hohen Anteil an Feststoffkomponenten während der mechanochemisch katalysierten Reaktion zu gewährleisten (bspw. wenn die Mehrzahl der Edukte unter den gegebenen Reaktionsbedingungen Flüssigkeiten sind), kann dem Reaktionsgemisch alternativ bevorzugt auch ein festes Inertmaterial bzw. ein inerter Feststoff (d.h. ein Zusatzstoff, der nicht direkt an der Reaktion teilnimmt) mit einem hohen Anteil von vorzugsweise zumindest 30 Gew.-%, bevorzugt zumindest 50 Gew.-% (d.h. im Überschuss), ganz besonders bevorzugt zumindest 65 Gew.-%, noch weiter bevorzugt zumindest 80 Gew.-% bemessen an allen Komponenten des Reaktionsgemisches zugesetzt sein. Als feste Inertmaterialien eignen sich beispielsweise (Erd-)Alkalimetallhalogenide (z.B. NaCI, KCI, CaCl2, BaCl2), inerte Metalloxide (z.B. BeO, MgO, TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, SiO2), Mischoxidkeramiken wie ATZ / ZTA, Aluminiumnitrid (AIN), Siliciumcarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si3N4), Wolframcarbid (WC), Borcarbid (B4C), kubisches Bornitrid (c-BN) oder Grafit. Das Inertmaterial dient somit ausschließlich als Bulk-Material, und wird dem Reaktionsgemisch daher bevorzugt in Form als (ggf. poröses) Pulver oder Granulat zugesetzt. Es kann dabei vorgesehen sein, dass das feste Inertmaterial im Verhältnis zu den in der vorliegenden Reaktion zumindest im Überschuss, wie bspw. im 2-fachen, 3-fachen, 4-fachen, 5-fachen oder 6-fachen Überschutz zugesetzt ist.In order to ensure the high proportion of solid components during the mechanochemically catalyzed reaction (e.g. if the majority of the starting materials are liquids under the given reaction conditions), the reaction mixture can alternatively also preferably contain a solid inert material or an inert solid (i.e. an additive which is not participates directly in the reaction) with a high proportion of preferably at least 30% by weight, preferably at least 50% by weight (ie in excess), very particularly preferably at least 65% by weight, even more preferably at least 80% by weight. % measured on all components of the reaction mixture. Examples of suitable solid inert materials are (earth) alkali metal halides (e.g. NaCl, KCl, CaCl 2 , BaCl 2 ), inert metal oxides (e.g. BeO, MgO, TiO 2 , ZrO 2 , ZnO, Al 2 O 3 , SiO 2 ), mixed oxide ceramics such as ATZ / ZTA, aluminum nitride (AIN), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ), tungsten carbide (WC), boron carbide (B 4 C), cubic boron nitride (c-BN) or graphite. The inert material thus serves exclusively as bulk material and is therefore preferably added to the reaction mixture in the form of (possibly porous) powder or granules. It can be provided that the solid inert material is added at least in excess, such as for example 2-fold, 3-fold, 4-fold, 5-fold or 6-fold overprotection in relation to the present reaction.

Bevorzugt wird der zugesetzte Anteil der festen zweiten Aktivkomponente bzw. des inerten Feststoffs so gewählt, dass der Gesamtanteil an Feststoffen, d.h. aller an der Reaktion beteiligten Komponenten (Edukte (Reaktanden bzw. zweite Aktivkomponenten) und das Inertmaterial vor Beginn der chemischen Reaktion mehr als 30 Gew.-%, bevorzugt zumindest 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 65 Gew.-%, noch weiter bevorzugt zumindest 80 Gew.-%, wie 81 Gew.-%, 82 Gew.-%, 83 Gew.-%, 84 Gew.-%, 85 Gew.-%, 86 Gew.-%, 87 Gew.-%, 88 Gew.-%, 89 Gew.-%, 90 Gew.-%, wie 91 Gew.-%, 92 Gew.-%, 93 Gew.-%, 94 Gew.-%, 95 Gew.-%, 96 Gew.-%, 97 Gew.-%, 98 Gew.-%, 99 Gew.-% bemessen an allen Komponenten des Reaktionsgemisches beträgt. Der Fachmann weiß dabei, dass er die Menge an zuzusetzender zweiter Aktivkomponente bzw. zuzusetzendem inerten Feststoff durch einfache Differenzbestimmung ermitteln kann, wobei er zunächst die Menge an einzusetzendem Edukt (bspw. durch Auswiegen) bestimmt und danach die Menge an zweiter Aktivkomponente bzw. inerten Feststoff als Differenz zu den vorgenannten Schwellwerten vorzugsweise vor der mechanochemisch katalysierten Reaktion zusetzt.The added proportion of the solid second active component or the inert solid is preferably chosen so that the total proportion of solids, i.e. all components involved in the reaction (educts (reactants or second active components) and the inert material before the start of the chemical reaction is more than 30 % by weight, preferably at least 50% by weight, very particularly preferably 65% by weight, even more preferably at least 80% by weight, such as 81% by weight, 82% by weight, 83% by weight , 84% by weight, 85% by weight, 86% by weight, 87% by weight, 88% by weight, 89% by weight, 90% by weight, such as 91% by weight, 92 wt%, 93 wt%, 94 wt%, 95 wt%, 96 wt%, 97 wt%, 98 wt%, 99 wt% calculated on all The person skilled in the art knows that he can determine the amount of second active component to be added or inert solid to be added by simply determining the difference, first determining the amount of starting material to be used (e.g. by weighing) and then determining the amount of two Iter active component or inert solid is preferably added as a difference to the aforementioned threshold values before the mechanochemically catalyzed reaction.

Der hohe Gesamtanteil an Feststoffen, wie vorweg definiert, aller an der Reaktion beteiligten Komponenten in Form als Edukte (d.h. Reaktanden bzw. zweite Aktivkomponenten) aber auch als Inertmaterial während der mechanochemisch katalysierten Umsetzung ermöglicht vorteilhaft eine bessere Energieübertragung, was zu höheren Umsätzen der Edukte führt.The high total proportion of solids, as defined above, of all components involved in the reaction in the form of starting materials (i.e. reactants or second active components) but also as inert material during the mechanochemically catalyzed conversion advantageously enables better energy transfer, which leads to higher conversions of the starting materials .

Umgedreht hat sich gezeigt, dass bei mechanochemisch katalysierten Reaktion, bei denen die überwiegende Mehrzahl der Edukte unter den gegebenen Reaktionsbedingungen ein Feststoff ist, der Zusatz kleiner Mengen einer Flüssigkeit als Mahlhilfe zu der mechanochemisch katalysierten Umsetzung mit einer Menge im Bereich zwischen 0 und 1 µl Flüssigkeit pro mg Material (sog. η-Wert) die mechanochemisch katalysierte Umsetzung begünstigt (sog. „Liquid assisted grinding“). Die zugesetzte Flüssigkeit dient dabei nicht wie in einer klassischen Lösung als Lösungsmittel, sondern verbessert als Mahlhilfe den Massentransfer der Reaktanten während der mechanochemisch katalysierten Umsetzung.Conversely, it has been shown that in the case of mechanochemically catalyzed reactions in which the vast majority of the starting materials are solids under the given reaction conditions, the addition of small amounts of a liquid as a grinding aid to the mechanochemically catalyzed reaction with an amount in the range between 0 and 1 μl of liquid per mg of material (so-called η value) favors the mechanochemically catalyzed conversion (so-called “liquid assisted grinding”). The added liquid does not serve as a solvent as in a classic solution, but as a grinding aid improves the mass transfer of the reactants during the mechanochemically catalyzed conversion.

Ausführliche Definition der ErfindungDetailed definition of the invention

Katalysatorcatalyst

Ein „Katalysator“ bzw. ein „katalytisch aktives Material“ bezeichnet hierin einen Stoff, der die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion beeinflusst und die Aktivierungsenergie senkt, ohne dabei selbst während bzw. durch die chemische Reaktion verbraucht oder verändert zu werden. Folglich geht der Katalysator aus der Reaktion unverändert hervor und wird nicht Teil des Reaktionsproduktes. Vorteilhaft ist eine Regeneration des Katalysators bzw. des katalytischen Materials während der Reaktion oder danach nicht erforderlich.A "catalyst" or a "catalytically active material" as used herein means a substance that affects the reaction rate of a chemical reaction and lowers the activation energy without itself being consumed or altered during or by the chemical reaction. Consequently, the catalyst emerges from the reaction unchanged and does not become part of the reaction product. Advantageously, regeneration of the catalyst or of the catalytic material is not necessary during the reaction or afterwards.

Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem mechanochemischen Verfahren um eine „direkte heterogene Katalyse“ (hierin auch als „direkte heterogene Katalyse einer chemischen Reaktion“ oder „Katalysereaktion“ bezeichnet). Dies bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass das katalytisch aktive Material nicht lediglich als Co-Katalysator, Intermediat oder Regenerierungsmittel für den eigentlichen Katalysator dient, sondern selbst die katalytische Reaktion induziert.According to the invention, the mechanochemical process is “direct heterogeneous catalysis” (also referred to herein as “direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction” or “catalytic reaction”). For the purposes of the present invention, this means that the catalytically active material not only serves as a co-catalyst, intermediate or regeneration agent for the actual catalyst, but rather induces the catalytic reaction itself.

„Energieübertragendes Inkontaktbringen“ des Formkörpers während des Schritts (c) des direkten mechanochemischen Umsetzens des zumindest einen Edukts zu einem Produkt bedeutet im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass durch den Zusammenstoß zwischen dem Formkörper und dem Edukt (in dem Reaktionsraum) ein Energieeintrag in das System erfolgt, z.B. für kurze Zeit lokal Temperaturen über 1000°C und Drücken im Gigapascal Bereich auftreten. Zumindest wirken in einem Mahlgefäß (z.B. einer Planetenkugelmühle) bis zu 100 g Beschleunigung auf den Formkörper (z.B. in Form als Mahlkugel), sodass entsprechend Ekin = ½ mv2 eine hohe Menge an kinetischer Energie (und die kurzfristig auftretenden Hotspots zwischen den Formkörpern) auf das Eduktmolekül übertragen wird bzw. der Anpressdruck des Formkörpers auf eine Wandung des Reaktionsgefäß sehr hoch ist."Energy-transferring bringing into contact" of the shaped body during step (c) of the direct mechanochemical conversion of the at least one starting material into a product means in the context of the present invention that the collision between the shaped body and the starting material (in the reaction space) results in an energy input into the system takes place, e.g. temperatures above 1000°C and pressures in the gigapascal range occur locally for a short time. At least in a grinding vessel (e.g. a planetary ball mill) up to 100 g acceleration acts on the shaped body (e.g. in the form of a grinding ball), so that corresponding to E kin = ½ mv 2 a high amount of kinetic energy (and the short-term hotspots between the shaped bodies) is transferred to the reactant molecule or the contact pressure of the shaped body on a wall of the reaction vessel is very high.

Vorteilhaft laufen die mechanochemischen Reaktionen bei Temperaturen im Reaktionsraum (z.B. des Mahlgefäßes) ab die viel niedriger sind als bei klassischen thermisch aktivierten Reaktionen in einem Kolben. Vorteilhaft bleiben der Reaktionsraum (mit den darin enthaltenen Edukten bzw. Produkten) selbst und die Atmosphäre im Reaktionsraum unter der Temperatur, die normalerweise für die klassische heterogene Katalyse benötigt wird.Advantageously, the mechanochemical reactions take place at temperatures in the reaction space (e.g. the grinding vessel) that are much lower than in classic thermally activated reactions in a flask. Advantageously, the reaction space (with the starting materials or products contained therein) itself and the atmosphere in the reaction space remain below the temperature that is normally required for classic heterogeneous catalysis.

Das energieübertragende Inkontaktbringen der Edukte mit dem Formkörper gemäß Schritt (c) wird bevorzugt wiederholt über einen Zeitraum von zumindest 5 Minuten, ganz besonders bevorzugt über einen Zeitraum zwischen 10 Minuten und 48 Stunden erfolgt. Ein wiederholtes Inkontaktbringen über einen längeren Zeitraum ist für industrielle Prozesse nur wenig erstrebenswert.The energy-transferring contacting of the starting materials with the shaped body in step (c) is preferably carried out repeatedly over a period of at least 5 minutes, very particularly preferably over a period of between 10 minutes and 48 hours. Repeated contacting over a longer period of time is hardly desirable for industrial processes.

Zur Minimierung einer ungewünschten Verformung des Formkörpers während des mechanochemischen Verfahrens weist das katalytisch aktive Material ein Kompressionsmodul von zumindest 160 GPa, vorzugsweise zumindest 175 GPa auf.In order to minimize unwanted deformation of the shaped body during the mechanochemical process, the catalytically active material has a bulk modulus of at least 160 GPa, preferably at least 175 GPa.

Es ist zudem wünschenswert, dass das katalytisch aktive Material eine Mohshärte von zumindest 3,0, vorzugsweise zumindest 3,5, ganz besonders bevorzugt zumindest 4,0 aufweist, wodurch vorteilhaft ein unerwünschter (Metall-)Abrieb des Formkörpers vermieden werden kann (vgl. Tabelle 3).It is also desirable for the catalytically active material to have a Mohs hardness of at least 3.0, preferably at least 3.5, very particularly preferably at least 4.0, which advantageously makes it possible to avoid undesired (metal) abrasion of the shaped body (cf. Table 3).

Aufgrund des hohen Kompressionsmoduls und der hohen Mooshärte kann der Formkörper, der das katalytisch aktive Material umfasst oder daraus besteht wiederholt in einem mechanochemischen Verfahren eingesetzt werden. Nicht zuletzt dadurch eignet sich das hierin offenbarte mechanochemische Verfahren vorteilhaft für großtechnische Anwendungsgebiete.Due to the high compression modulus and the high moss hardness, the shaped body, which comprises or consists of the catalytically active material, can be used repeatedly in a mechanochemical process. Not least because of this, the mechanochemical method disclosed herein is advantageously suitable for large-scale technical fields of application.

Zudem hat sich gezeigt, dass der Einsatz von katalytisch aktiven Materialien, die ein hohes Kompressionsmodul und/oder eine hohe Mohshärte aufweisen, in dem hierin offenbarten mechanochemischen Verfahren vorteilhaft ist, da diese deutlich aktiver sind, was sich durch (wesentlich) höhere Umsätze in den chemischen Reaktionen widerspiegelt (vgl. Tabelle 3). Ein Grund hierfür scheint eine mit dem höheren Kompressionsmodul bzw. der höheren Mohshärte einhergehende erhöhte Energieübertragung auf die Edukte zu sein, was zu einem höheren Wirkungsgrad bei den Kugel-Wand-Stößen führt.In addition, it has been shown that the use of catalytically active materials that have a high bulk modulus and / or a high Mohs hardness is advantageous in the mechanochemical process disclosed herein, since they are significantly more active, which is reflected in (significantly) higher sales in the chemical reactions (see Table 3). One reason for this seems to be an increased energy transfer to the educts associated with the higher bulk modulus or the higher Mohs hardness, which leads to a higher efficiency in the ball-wall collisions.

In der nachfolgenden Tabelle sind das Kompressionsmodul und die Mohshärte von katalytisch aktiven Materialien aufgeführt, die besonders bevorzugt in dem erfindungsgemäßen mechanochemischen Verfahren eingesetzt werden. Kompressionsmodul [GPa] Mohshärte Ru 220 6,5 Rh 380 6,0 Ni 180 3,8 Pd 180 4,8 Pt 230 4,3 Fe 170 4,0 Co 180 5,0 Au 220 3,0 Cu (Referenz) 138 3,0 The table below lists the bulk modulus and the Mohs hardness of catalytically active materials which are particularly preferably used in the mechanochemical process according to the invention. bulk modulus [GPa] Mohs hardness Ru 220 6.5 Rh 380 6.0 no 180 3.8 Pd 180 4.8 pt 230 4.3 feet 170 4.0 co 180 5.0 Ouch 220 3.0 Cu (reference) 138 3.0

Bevorzugt umfasst das katalytisch aktive Material ein Metall aus der Gruppe bestehend aus einem (elementaren) Metall der Gruppen 3 bis 13 des Periodensystems (PSE), vorzugsweise Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Palladium (Pd), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Rhenium (Re), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Chrom (Cr), Yttrium (Y), Titan (Ti), Vanadium (V), besonders bevorzugt sind Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Nickel (Ni), Palladium (Pd), Platin (Pt), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Gold (Au) oder einem Gemisch daraus, insbesondere eine Legierung mit diesen Metallen. Es kann auch vorgesehen sein, dass das katalytisch aktive Material eines der vorgenannten (elementaren) Metalle ist, d.h., dass dem katalytisch aktiven Material keine anderen Komponenten, wie z.B. katalytisch aktive (Metall-)Salze, Regenerierungsmittel zur Regenerierung des katalytisch aktiven Materials oder dergleichen zugesetzt sind.The catalytically active material preferably comprises a metal from the group consisting of an (elemental) metal from groups 3 to 13 of the periodic table (PSE), preferably gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd), Platinum (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Rhenium (Re), Nickel (Ni), Iron (Fe), Cobalt (Co), Chromium (Cr), Yttrium (Y), Titanium (Ti), Vanadium (V), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), iron (Fe), cobalt (Co), gold (Au) or a mixture are particularly preferred thereof, in particular an alloy with these metals. It can also be provided that the catalytically active material is one of the aforementioned (elemental) metals, i.e. that the catalytically active material does not contain any other components, such as catalytically active (metal) salts, regenerating agents for regenerating the catalytically active material or the like are added.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden mechanochemischen Verfahrens wird als katalytisch aktives Material eine Metalllegierung, wie bspw. eine Pt/Au-, Pd/Au-, Fe/Co-, Fe/Ni-, Fe/Cr-, Fe/Mn-, Ni/Pt-, Ni/Pd-, Pt/Cu-, Pd/Cu-, Cu/Sn- oder Cu/Zn-Legierung eingesetzt. Durch die Verwendung von Legierungen lässt sich vorteilhaft der Härtegrad des katalytisch aktiven Materials und damit auch des Formkörpers gezielt einstellen, wodurch der Energieübertrag und -eintrag während des direkten mechanochemischen Umsetzens des zumindest einen Edukts zu einem Produkt durch das energieübertragende Inkontaktbringen dieser mit dem Formkörper verbessern lässt. Zudem kann durch den Einsatz von Legierungen, deren Kompressionsmodul und/oder Mohshärte die hierin definierten Werte erfüllt, als katalytisch aktives Material vorteilhaft ein unerwünschter Materialabrieb und/oder eine unerwünschte Verformung des katalytisch aktiven Materials und damit einhergehend des Formkörpers während des mechanochemischen Verfahrens minimiert oder sogar unterbunden werden.According to a preferred embodiment of the present mechanochemical method, a metal alloy such as a Pt/Au, Pd/Au, Fe/Co, Fe/Ni, Fe/Cr, Fe/Mn, Ni/Pt, Ni/Pd, Pt/Cu, Pd/Cu, Cu/Sn or Cu/Zn alloys are used. The use of alloys advantageously allows the degree of hardness of the catalytically active material and thus also of the shaped body to be adjusted in a targeted manner, as a result of which the energy transfer and input during the direct mechanochemical conversion of the at least one starting material into a product can be improved by bringing it into contact with the shaped body in an energy-transferring manner . In addition, by using alloys whose bulk modulus and/or Mohs hardness meets the values defined herein as the catalytically active material, undesired material abrasion and/or undesired deformation of the catalytically active material and, as a result, of the shaped body during the mechanochemical process can be advantageously minimized or even be prevented.

Prinzipiell existieren hier unendlich viele Möglichkeiten die Härte von katalytisch aktiven Materialien sehr einfach durch Beimischung eines anderen Metalls zu erhöhen. So haben sich darüber hinaus auch Metalllegierungen, wie Cu/Ni-, Cu/Al-, Cu/Mn-, Cu/Ag-, Co/Mn-, Ni/Ag-Legierungen und Mischungen, insbesondere eine Mehrstofflegierung davon als besonders geeignete katalytisch aktive Materialien erwiesen.In principle, there are endless possibilities to increase the hardness of catalytically active materials very simply by adding another metal. In addition, metal alloys such as Cu/Ni, Cu/Al, Cu/Mn, Cu/Ag, Co/Mn, Ni/Ag alloys and mixtures, in particular a multicomponent alloy thereof, have proven to be particularly suitable catalytically active materials proven.

Der Fachmann weiß, dass er allen vorgenannten Legierungen bei Bedarf auch andere Metalle in kleineren und größeren Mengen beimischen kann, um dadurch beispielsweise die Eigenschaften, insbesondere das Kompressionsmodul und/oder die Mohshärte des katalytisch aktiven Materials entsprechend den erforderlichen Reaktionsbedingungen, aber auch dessen Reaktivität gezielt zu modifizieren und daher die vorgenannten Legierungen lediglich die Basis bzw. den Hauptbestandteil darstellen. Das katalytisch aktive Material kann somit auch eine Mehrstofflegierung der vorgenannten Legierungen sein.The person skilled in the art knows that he can also add other metals in smaller or larger amounts to all of the aforementioned alloys, if required, in order to thereby, for example, specifically adjust the properties, in particular the bulk modulus and/or the Mohs hardness of the catalytically active material, in accordance with the required reaction conditions, but also its reactivity to modify and therefore the aforementioned alloys only represent the basis or the main component. The catalytically active material can thus also be a multicomponent alloy of the aforementioned alloys.

Ganz besonders bevorzugt besteht das katalytisch aktive Material aus einem Material der nachstehenden Tabelle bzw. einer Mischung daraus, wobei gegebenenfalls das Kompressionsmodul und die Mohshärte des katalytisch aktiven Materials zu berücksichtigen sind. Metall der Gruppe 10 des PSE Nickel Palladium Platin Legierung damit Monel (NiCu33) PdCu30 PtAu10 Hastelloy (NiMo30) PdAg40 PtCu4 Nichrome (NiCr20) PdSn15 Metall der Gruppe 11 des PSE Silber Gold Legierung damit AgPt5 AuCu18AI6 Messing (z.B. CuZn35) AgCu25 Weißgold Bronze (z.B. CuSn12) (AuNi10) Aluminium-Bronze (z.B. CuAl10Fe5Ni5) weitere Metalle Eisen Rhodium Chrom Legierung damit 1.4301 (z.B. X5CrNi18-10) Pt30Rh ODS Pt20Rh FeCr50 1.4104 (z.B. X14CrMoS17) FKS Pt10Rh The catalytically active material very particularly preferably consists of a material from the table below or a mixture thereof, where appropriate the bulk modulus and the Mohs hardness of the catalytically active material are to be taken into account. PSE Group 10 metal nickel palladium platinum alloy with it Monel (NiCu33) PdCu30 PtAu10 Hastelloy (NiMo30) PdAg40 PtCu4 Nichrome (NiCr20) PdSn15 Group 11 metal of the PSE Silver gold alloy with it AgPt5 AuCu18AI6 Brass (e.g. CuZn35) AgCu25 white gold Bronze (e.g. CuSn12) (AuNi10) Aluminum bronze (e.g. CuAl10Fe5Ni5) other metals iron rhodium chrome alloy with it 1.4301 (e.g. X5CrNi18-10) Pt30Rh ODS Pt20Rh FeCr50 1.4104 (e.g. X14CrMoS17) FCS Pt10Rh

Insbesondere lassen sich durch die Verwendung von Cu-Legierungen vorteilhaft der die Festigkeiten bis ca. 700 MPa, in speziellen Fällen sogar bis zu 1.500 MPa gegenüber reinem Kupfer erzielen.In particular, strengths of up to approx. 700 MPa, in special cases even up to 1,500 MPa, compared to pure copper can be advantageously achieved through the use of Cu alloys.

Besonders bevorzugt ist das katalytisch aktive Material ein Metall aus der Gruppe bestehend aus einem Metall der Gruppen 3 bis 13 des Periodensystems, besonders bevorzugt einem Metall der Gruppen 3 bis 10, vorzugsweise Ru, Rh, Ni, Pd oder Pt, ganz besonders bevorzugt Pd oder Pt umfasst oder daraus besteht.The catalytically active material is particularly preferably a metal from the group consisting of a metal from groups 3 to 13 of the periodic table, particularly preferably a metal from groups 3 to 10, preferably Ru, Rh, Ni, Pd or Pt, very particularly preferably Pd or includes or consists of Pt.

Um Kosten zu senken und um einem eventuellen Materialabrieb, insbesondere des katalytisch aktiven Materials entgegenzuwirken, sind dem Verfahren bevorzugt auch solche Formkörper zugesetzt, die kein katalytisch aktive Material aufweisen bzw. die nicht ausschließlich daraus bestehen. Anhand der vorliegenden Erfindung ist klar, dass der Formkörper in diesem Fall vorzugsweise ebenfalls ein Kernmaterial umfasst bzw. daraus besteht, das ein geringes Elastizitätsmodul (E-Modul) bzw. eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, wie bspw. Stahl, ZrO2, TiO2, Al2O3, WC, SiC, Si3N4, B4C, BN, Glas oder Mischoxidkeramiken, wie ATZ / ZTA, aber auch BeO und MgO. Vorteilhaft bietet der Einsatz härterer Kernmaterialien für den Formkörper, die ein geringes Elastizitätsmodul aufweisen, eine bessere Energieübertragung und damit einen höheren Wirkungsgrad bei den Kugel-Wand-Stößen. Gleichwohl kann auch die Dauer des Mahlvorgangs erhöht werden.In order to reduce costs and to counteract any abrasion of material, in particular of the catalytically active material, those shaped bodies which have no catalytically active material or which do not consist exclusively of it are preferably also added to the process. Based on the present invention, it is clear that in this case the shaped body preferably also comprises or consists of a core material which has a low modulus of elasticity (E modulus) or high compressive strength, such as steel, ZrO 2 , TiO 2 , Al 2 O 3 , WC, SiC, Si 3 N 4 , B 4 C, BN, glass or mixed oxide ceramics such as ATZ / ZTA, but also BeO and MgO. Advantageously, the use of harder core materials for the shaped body, which have a low modulus of elasticity, offers better energy transfer and thus greater efficiency in the ball-wall impacts. However, the duration of the grinding process can also be increased.

Da ein möglicher Abrieb - falls auftretend - primär beim Inkontaktbringen der Wandung/Oberfläche eines Mahlgefäßes mit solchen Formkörpern auftritt, die als Mahlkugeln ausgebildet sind und weniger durch das Inkontaktbringen der Formkörper mit dem Pulver (Reaktionsgemisch), kann ein möglicher Abrieb durch eine hohe Menge eingesetzten Edukts (in Form als Feststoff und/oder Flüssigkeit) und/oder in Kombination mit einer verkürzten Mahldauer stark reduziert werden.Since possible abrasion - if it occurs - occurs primarily when the wall/surface of a grinding vessel is brought into contact with shaped bodies that are designed as grinding balls and less by bringing the shaped bodies into contact with the powder (mixture mixture), possible abrasion can be caused by a high quantity used Starting material (in the form of a solid and/or liquid) and/or in combination with a shortened milling time can be greatly reduced.

Es hat sich gezeigt, dass die Schicht, umfassend das katalytisch aktive Material unter der mechanischen Beanspruchung (d.h. dem Mahlen) im festen Kontakt mit dem Kernmaterial verbleibt, so dass pro (komplett durchlaufenden) chemischen Reaktionsvorgang bzw. Beanspruchungsvorgang (d.h. pro Synthese) zumindest 80%, besonders bevorzugt zumindest 85%, ganz besonders bevorzugt zumindest 90%, insbesondere zumindest 95% der Schicht mit dem katalytisch aktiven Material und dem Kernmaterial nach Beanspruchung noch eine verbundene Einheit bilden.It has been shown that the layer comprising the catalytically active material remains in firm contact with the core material under mechanical stress (i.e. grinding), so that per (completely continuous) chemical reaction process or stress process (i.e. per synthesis) at least 80 %, particularly preferably at least 85%, very particularly preferably at least 90%, in particular at least 95% of the layer with the catalytically active material and the core material still form a connected unit after exposure.

Mögliche ReaktionenPossible reactions

Verfahren zur Durchführung katalytischer Reaktionen sind in der Literatur beschrieben und dem Fachmann hinreichend bekannt.Processes for carrying out catalytic reactions are described in the literature and are sufficiently known to those skilled in the art.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße mechanochemische Verfahren für die Reaktion organischer Verbindungen eingesetzt, vorzugsweise zur Knüpfung organischer Verbindungen, wie nachstehend beispielhaft beschrieben.The mechanochemical method according to the invention is preferably used for the reaction of organic compounds, preferably for the linking of organic compounds, as described below by way of example.

Beispiele für organische Katalysereaktionen, in denen das erfindungsgemäße mechanochemische Verfahren zur direkten heterogenen Katalyse eingesetzt werden kann, sind die Hydroformylierung, die Hydrierung, die Isomerisierung, die Reduktion, die Dehydrierungsreaktion, die Olefinmethathese, die Hydroformylierung, die Arylaminierung, die Hydrosilylierung, die Kreuzkupplungsreaktion (d.h. C-C-, C-O- oder C-N-Kupplungen, wie zum Beispiel Suzuki-Kupplung, Heck-Reaktion, Negishi-Kupplung, Yamamoto-Kupplung, Reduktive Kupplungen, Ullmann-Kupplung, Glaser-Kupplung, Scholl-Reaktion, Cadiot-Chodkiewicz-Kupplung, Sonogashira-Kupplung, Buchwald-Hartwig-Kupplung, Tsuji-Trost-Reaktion, Kupplung mit Grignardverbindungen), die Olefindimerisierung, die Olefinoligomerisierung, die Cyclopropanierung, die Reduktion von Halogenarenen und die Polymerisation (Homo- und Copolymerisation) und die Telomerisationsreaktionen. Die Polymerisation kann dabei auch als Kreuzkupplungsreaktion (sog. Metathesepolymerisation) ablaufen.Examples of organic catalysis reactions in which the mechanochemical process according to the invention can be used for direct heterogeneous catalysis are hydroformylation, hydrogenation, isomerization, reduction, the dehydrogenation reaction, olefin metathesis, hydroformylation, arylamination, hydrosilylation, the cross-coupling reaction ( i.e. C-C, C-O or C-N couplings such as Suzuki coupling, Heck reaction, Negishi coupling, Yamamoto coupling, Reductive couplings, Ullmann coupling, Glaser coupling, Scholl reaction, Cadiot-Chodkiewicz coupling , Sonogashira coupling, Buchwald-Hartwig coupling, Tsuji-Trost reaction, coupling with Grignard compounds), olefin dimerization, olefin oligomerization, cyclopropanation, reduction of haloarenes, and polymerization (homo- and copolymerization) and telomerization reactions. The polymerization can also take place as a cross-coupling reaction (so-called metathesis polymerization).

Als bevorzugte Beispiele für heterogen katalysierte chemische Reaktionen können die Hydroformylierung, Hydrierung, Arylaminierung, Hydrosilylierung, Heck-Reaktion, Suzuki-Kupplung, Kumada-Kupplung, Stille-Kupplung, Sonogashira-Kupplung, Olefinmetathese, Cyclopropanierung, Reduktion von Halogenarenen, Polymerisation oder Telomerisationsreaktionen genannt werden.Hydroformylation, hydrogenation, arylamination, hydrosilylation, Heck reaction, Suzuki coupling, Kumada coupling, Stille coupling, Sonogashira coupling, olefin metathesis, cyclopropanation, reduction of haloarenes, polymerization or telomerization reactions can be mentioned as preferred examples of heterogeneously catalyzed chemical reactions will.

Bevorzugte organische Katalysereaktionen, in denen das erfindungsgemäße mechanochemische Verfahren zur direkten heterogenen Katalyse eingesetzt werden kann, sind die Kreuzkupplungsreaktion (wie oben definiert) und Polymerisation (Homo- und Copolymerisation).Preferred organic catalysis reactions in which the mechanochemical method of the invention for direct heterogeneous catalysis can be used are the cross-coupling reaction (as defined above) and polymerisation (homo- and copolymerisation).

In der nachfolgenden Tabelle sind bevorzugte Metalle aufgelistet, die direkt als katalytisch aktives Material in einzelnen der hierin aufgeführten mechanochemischen Verfahren zur direkten heterogenen Katalyse eingesetzt werden können: Reaktionstyp katalytisch aktives Material (d.h. direkt als Katalysator wirkend) Kreuzkupplungen (C-C, C-N, C-O) z.B.: Palladium, Platin, Nickel, Eisen Suzuki-Kupplung Palladium, Nickel Heck-Reaktion Palladium, Nickel Negishi-Kupplung Palladium, Nickel Yamamoto-Kupplung Nickel Reduktive Kupplungen Nickel Sonogashira-Kupplung Palladium Buchwald-Hartwig-Kupplung Palladium, Eisen Tsuji-Trost-Reaktion Palladium Kupplung mit Grignardverbindungen Eisen, Magnesium, Zink, Palladium, Nickel Glaser-Kupplung Kupfer (bzw. dessen Legierungen) Ullmann-Kupplung Kupfer (bzw. dessen Legierungen) Hydrierung Palladium, Platin, Nickel, Cobalt, Eisen Isomerisierung Cobalt, Eisen, Palladium Reduktion Eisen, Palladium, Platin, Ruthenium Dehydrierungsreaktionen Silber, Gold Olefinmethathese Ruthenium Hydroformylierung Rhodium The table below lists preferred metals that can be used directly as catalytically active material in some of the mechanochemical processes listed herein for direct heterogeneous catalysis: reaction type catalytically active material (i.e. acting directly as a catalyst) Cross couplings (CC, CN, CO) e.g.: Palladium, platinum, nickel, iron Suzuki clutch palladium, nickel Heck reaction palladium, nickel Negishi clutch palladium, nickel Yamamoto clutch nickel Reductive clutches nickel Sonogashira clutch palladium Buchwald-Hartwig coupling palladium, iron Tsuji-Trost reaction palladium Coupling with Grignard connections Iron, Magnesium, Zinc, Palladium, Nickel Glaser coupling Copper (or its alloys) Ullmann coupling Copper (or its alloys) hydrogenation Palladium, platinum, nickel, cobalt, iron isomerization cobalt, iron, palladium reduction Iron, Palladium, Platinum, Ruthenium dehydration reactions Silver Gold olefin metathesis ruthenium hydroformylation rhodium

Je nach Erfordernis können der Katalysereaktion Säuren oder Basen zugesetzt werden.Acids or bases can be added to the catalytic reaction as required.

Der Begriff „Abgangsgruppe“ bezeichnet ein Atom oder eine Gruppe (geladen oder ungeladen), das/die durch Teilnahme an einer spezifischen Reaktion von einem Atom in dem Teil, der als Rest- oder Hauptteil des Moleküls betrachtet wird, getrennt wird (siehe auch PAC, 1994, 66, 1134).The term "leaving group" means an atom or group (charged or uncharged) which, by participating in a specific reaction, is separated from an atom in what is considered the residual or main part of the molecule (see also PAC , 1994, 66, 1134).

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Reaktionsprodukt, dass durch das erfindungsgemäße mechanochemische Verfahren erhalten werden kann ein Polymer - das in Folge einer Kettenreaktion mehrerer Monomereinheiten erhalten wird. Die Polymere, die mit dem erfindungsgemäßen mechanochemischen Verfahren synthetisiert werden können, umfassen Homopolymere, statistische Copolymere, zufällig verteilte Copolymere, alternierende Copolymere und Blockcopolymere sowie deren Kombinationen. Derartige Polymere können in Analogie zu Verfahren synthetisiert werden, die dem Fachmann bekannt und in der Literatur bereits ausführlich beschrieben sind. Andere Polymere lassen sich den Ausführungsbeispielen entnehmen. Beispielsweise lassen sie sich in geeigneter Weise durch Aryl-Aryl-Kupplungsreaktionen, wie Yamamoto Kupplung, Suzuki-Kupplung, Stille-Kupplung, Sonogashira-Kupplung, Heck-Kupplung oder Buchwald-Kupplung, herstellen.According to a preferred embodiment of the present invention, the reaction product that can be obtained by the mechanochemical method according to the invention is a polymer—which is obtained as a result of a chain reaction of a plurality of monomer units. The polymers that can be synthesized by the mechanochemical process of the present invention include homopolymers, random copolymers, random copolymers, alternating copolymers, and block copolymers, and combinations thereof. Such polymers can be synthesized analogously to methods known to those skilled in the art and already extensively described in the literature. Other polymers can be found in the working examples. For example, they can be suitably prepared by aryl-aryl coupling reactions such as Yamamoto coupling, Suzuki coupling, Stille coupling, Sonogashira coupling, Heck coupling or Buchwald coupling.

Bevorzugte Verfahren für die Polymerisation sind diejenigen, die zu C-C-, C-O- oder C-N-Kupplung, besonders bevorzugt zu C-C-Kupplungen führen, wie die Suzuki-Polymerisation, wie z. B. in der WO 00/53656 beschrieben, die Yamamoto-Polymerisation, wie z. B. in T. Yamamoto et al., Progress in Polymer Science 1993, 17, 1153-1205, oder in der WO 2004/022626 A1 beschrieben, und die Stille-Kupplung.Preferred processes for the polymerisation are those which lead to CC, CO or CN coupling, particularly preferably to CC couplings, such as the Suzuki polymerisation, e.g. B. in the WO 00/53656 described, the Yamamoto polymerization, such as. B. in T. Yamamoto et al., Progress in Polymer Science 1993, 17, 1153-1205, or in the WO 2004/022626 A1 described, and the Stille coupling.

Der Begriff „Monomereinheit“ bzw. „Monomer“ bezeichnen die zu Grunde liegende Wiederholungseinheit, bei der es sich um die kleinste zu Grunde liegende Einheit handelt, deren Wiederholung ein reguläres Makromolekül, ein reguläres Oligomermolekül, ein regulärer Block oder eine reguläre Kette darstellt (PAC, 1996, 68, 2291).The term "monomer unit" or "monomer" denotes the underlying repeat unit, which is the smallest underlying unit whose repeat constitutes a regular macromolecule, oligomer molecule, block, or chain (PAC , 1996, 68, 2291).

Die Monomere, die zur Bildung der Polymere polymerisiert werden, sind dem Fachmann bekannt und können nach dem ihm bekannten Verfahren hergestellt werden.The monomers which are polymerized to form the polymers are known to those skilled in the art and can be prepared by methods known to them.

Wird für die Polymerisation als Monomer lediglich ein Edukt eingesetzt (Selbstpolymerisation), so ist dieses selbstverständlich als bifunktionelle chemische Verbindung der Struktur ausgebildet. Bei der Selbstkondensation weist das Monomer eine sog. AB-Struktur auf, wobei A eine erste funktionelle Gruppe ist, die dazu geeignet ist, mit B als einer zweiten funktionellen Gruppe unter Knüpfung einer neuen chemischen Verbindung zu reagieren.If only one starting material is used as a monomer for the polymerization (self-polymerization), this is of course designed as a bifunctional chemical compound of the structure. In the case of self-condensation, the monomer has a so-called AB structure, where A is a first functional group which is suitable for reacting with B as a second functional group to form a new chemical compound.

Als Beispiele für Polymerisationen ist neben den anderen hierin offenbarten Reaktionstypen auch die Ringöffnungsmetathese-Polymerisation (ROMP), die in Gegenwart von Metallen, wie Pd, Rh, Ru, Molybdän und Legierungen damit als katalytisch aktives Material durchgeführt wird.Examples of polymerisations, among the other types of reactions disclosed herein, are also ring-opening metathesis polymerisation (ROMP) carried out in the presence of metals such as Pd, Rh, Ru, molybdenum and alloys thereof as the catalytically active material.

Darüber hinaus kann das hierin offenbarte Verfahren auch für Depolymerisationen eingesetzt werden, wobei als katalytisch aktives Material bevorzugt Fe, Ni und Legierungen damit eingesetzt werden.In addition, the method disclosed herein can also be used for depolymerizations, Fe, Ni and alloys thereof preferably being used as catalytically active material.

Der beste Energieübertrag erfolgt dann, wenn zumindest ein Edukt in dem Reaktionsgenmisch als Feststoff (d.h. als feste, ungelöste Komponente) vorliegt.The best energy transfer occurs when at least one reactant is present in the reaction mixture as a solid (i.e. as a solid, undissolved component).

Der Fachmann weiß, dass er dem Reaktionsgefäß beim Bereitstellen zumindest zweier Edukte in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens die Edukte zueinander in stöchiometrischen oder unterstöchiometrischen Verhältnissen zugegeben kann.The person skilled in the art knows that when at least two starting materials are provided in step (a) of the process according to the invention, he can add the starting materials to one another in stoichiometric or substoichiometric ratios to the reaction vessel.

Ebenso kann(können) das(die) Edukt(e) dem erfindungsgemäßen mechanochemischen Verfahren auch kontinuierlich oder diskontinuierlich (z.B. in mehreren Stufen) zugegeben werden.Likewise, the starting material(s) can also be added continuously or discontinuously (e.g. in several stages) to the mechanochemical process according to the invention.

Ebenso kann ein oder mehrere Edukte des erfindungsgemäßen mechanochemischen Verfahrens gasförmig sein und kontinuierlich oder diskontinuierlich zugegeben werden. Beispiele bei denen mindestens ein Edukt gasförmig ist sind die Methanol-to-Olefin (MTO)-Synthese, die Fischer-Tropsch-Synthese (z.B. an Fe, Ni, Co), Cracking-Reaktionen (z.B. an Cr, Ni), Isomerisierungs-Reaktionen (z.B. an Ni, AI), Wassergas-Shift-Reaktion (z.B. an Fe), CO-Oxidation (z.B. Pt, Pd, Rh, Ru), CO2-Reduktion (z.B. an Pd, Pt, Cu, Fe, Re), das Haber-Bosch-Verfahren (z.B. an Fe, Pt), das Ostwald-Verfahren (z.B. an Pt, Rh), die Ethylenoxid-Synthese (z.B. an Ag), Hydrierreaktionen wie Fetthärtung (z.B. an Ni, Rh, und Elemente der 8. Nebengruppe des PSE) oder das Andrussow-Verfahren (z.B. Pt, Rh) oder Kaskadenreaktionen daraus.Likewise, one or more starting materials of the mechanochemical process according to the invention can be gaseous and added continuously or discontinuously. Examples where at least one reactant is gaseous are the methanol-to-olefin (MTO) synthesis, the Fischer-Tropsch synthesis (e.g. on Fe, Ni, Co), cracking reactions (e.g. on Cr, Ni), isomerization Reactions (e.g. on Ni, Al), water gas shift reaction (e.g. on Fe), CO oxidation (e.g. Pt, Pd, Rh, Ru), CO 2 reduction (e.g. on Pd, Pt, Cu, Fe, Re ), the Haber-Bosch process (e.g. on Fe, Pt), the Ostwald process (e.g. on Pt, Rh), ethylene oxide synthesis (e.g. on Ag), hydrogenation reactions such as fat hardening (e.g. on Ni, Rh, and elements the 8th subgroup of the PSE) or the Andrussow process (e.g. Pt, Rh) or cascade reactions thereof.

Formkörpermolding

Der Begriff „Formkörper“ bezeichnet im Sinne der Erfindung einen Gegenstand von konstruktiver Gestalt dem diese aktiv gegeben wurde, und der z.B. durch spanlose Formung (z.B. durch Pressen, Pressspritzen oder Spritzgießen) in allseitig geschlossenen Werkzeugen hergestellt worden ist. Alternativ dazu ist der Formkörper ein gewollt geformter Körper/Gegenstand in Form von Pellets (z.B. durch Eintropfen in eine Flüssigkeit erhalten), Ringen, Stiften oder Schrot.In the context of the invention, the term "moulding" refers to an object with a constructive shape to which this was actively given and which was produced, for example, by non-cutting shaping (e.g. by pressing, transfer molding or injection molding) in tools that are closed on all sides. Alternatively, the shaped body is an intentionally shaped body/object in the form of pellets (e.g. obtained by dropping into a liquid), rings, sticks or pellets.

Der Formkörper umfasst ein Kernmaterial, auf dessen Oberfläche zumindest ein katalytisch aktives Material angeordnet ist, wobei das katalytisch aktive Material vorzugsweise zumindest teilweise als Schicht, besonders bevorzugt als durchgängige Schicht auf der Oberfläche des Kernmaterials angeordnet ist.The shaped body comprises a core material on the surface of which at least one catalytically active material is arranged, the catalytically active material preferably being arranged at least partially as a layer, particularly preferably as a continuous layer, on the surface of the core material.

Bevorzugt ist, dass die äußere Schicht des Formkörpers aus einem Vollmaterial aufgebaut ist, d.h. keine Makro- oder Mesoporen, ganz besonders bevorzugt zudem keine Mesoporen aufweist, wodurch vorteilhaft ein unerwünschter Materialabrieb und/oder eine unerwünschte Verformung des Formkörpers während des mechanochemischen Verfahrens minimiert oder sogar unterbunden wird.It is preferred that the outer layer of the shaped body is constructed from a solid material, i.e. no macropores or mesopores, very particularly preferably also no mesopores, which advantageously minimizes or even undesired material abrasion and/or unwanted deformation of the shaped body during the mechanochemical process is prevented.

Besonders bevorzugt ist das katalytisch aktive Material - wie auch das Kernmaterial - aus einem Vollmaterial (z.B. als immobilisierte Beschichtung oder in Form einer Folie) aufgebaut, d.h. das katalytisch aktive Material weist keine Makro- oder Mesoporen, ganz besonders bevorzugt keine Mesoporen auf.The catalytically active material - like the core material - is particularly preferably made up of a solid material (e.g. as an immobilized coating or in the form of a film), i.e. the catalytically active material has no macropores or mesopores, very particularly preferably no mesopores.

D.h., damit der Formkörper bzw. das katalytisch aktive Material während der direkten mechanochemischen Umsetzung als energieübertragende Komponente verwendet werden kann bzw. unerwünschter (Metall-)Abrieb und der damit verbundene Eintrag von partikulärem Formkörpermaterial bzw. katalytisch aktiven Material in das Reaktionsgemisch unterbunden wird und ebenfalls eine unerwünschte Verformung des Formkörpers bzw. katalytisch aktiven Materials während des mechanochemischen Verfahrens minimiert oder sogar unterbunden wird, werden der erfindungsgemäß eingesetzte Formkörper bzw. das katalytisch aktive Material nicht in Form als Pulver oder Bulk-Material eingesetzt. Gleiches gilt ebenfalls für das katalytisch aktive Material, wenn der Formkörper aus diesem besteht.That is, so that the shaped body or the catalytically active material can be used as an energy-transferring component during the direct mechanochemical conversion or undesired (metal) abrasion and the associated entry of particulate shaped body material or catalytically active material into the reaction mixture is prevented and also undesired deformation of the shaped body or catalytically active material during the mechanochemical process is minimized or even prevented, the shaped body or the catalytically active material used according to the invention are not used in the form of a powder or bulk material. The same also applies to the catalytically active material if the shaped body consists of this.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass zumindest eine Schicht der äußeren Oberfläche eines Segments des Formkörpers (z.B. bei einer Extruderschnecke oder einem Mahlgefäß) das katalytisch aktive Material umfasst oder daraus besteht.Provision can be made, for example, for at least one layer of the outer surface of a segment of the shaped body (e.g. in the case of an extruder screw or a grinding vessel) to comprise or consist of the catalytically active material.

Vorzugsweise ist das katalytisch aktive Material zumindest teilweise auf der Oberfläche des Formkörpers als Schicht, z.B. als immobilisierte Beschichtung oder in Form einer Folie, die sich an den Formkörper (formschlüssig) anschmiegt, ausgebildet.The catalytically active material is preferably at least partially formed on the surface of the shaped body as a layer, e.g. as an immobilized coating or in the form of a film which clings to the shaped body (positively).

Die Schicht des katalytisch aktiven Materials kann hierbei auf dem Formkörper in Abhängigkeit der eingesetzten Materialien durch dem Fachmann bekannte Beschichtungsverfahren erhalten werden. Diese umfassen beispielsweise die Badgalvanik, die Stiftgalvanik, das Sputtern, die chemische Gasphasenabscheidung (engl.: chemical vapor deposition, CVD), die Atomlagenabscheidung (engl.: atomic layer deposition), die elektrochemische Beschichtung einfach im Bad, die Tauch-Beschichtung (engl.: dipp coating), die Sprühbeschichtung (engl.: spray coating). Als besonders geeignet haben sich hierbei insbesondere die Badgalvanik und die Stiftgalvanik als einfache Beschichtungsverfahren herausgestellt.The layer of the catalytically active material can be obtained here on the shaped body, depending on the materials used, by coating methods known to those skilled in the art. These include, for example, bath electroplating, pen electroplating, sputtering, chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition, electrochemical coating simply in the bath, dip coating .: dip coating), spray coating. In particular, bath electroplating and pen electroplating have proven to be particularly suitable as simple coating processes.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Schicht auf der Oberfläche des Formkörpers als Mehrfachbeschichtung ausgebildet. Die Mehrfachbeschichtung bietet sich insbesondere dann an, wenn das (eigentlich in der Reaktion als katalytisch aktive Material zum Einsatz kommende Material) nicht ausreichend mit der Oberfläche des Kernmaterials anhaftet. Hierbei kann eine in der Mehrfachbeschichtung angeordnete „Zwischenschicht“ (d.h. eine Schicht die zwischen der Oberfläche des Kernmaterials und dem katalytisch aktiven Material angeordnet ist) als Haftvermittler dienen. Somit unterstützt/vermittelt die Zwischenschicht die (indirekte) Anhaftung des katalytisch aktiven Materials auf dem Kernmaterial des Formkörpers. Ein Beispiel hierfür ist das Aufbringen einer Schicht aus Gold (Au) auf die Oberfläche des Kernmaterials, wobei auf die Schicht aus Gold eine Schicht aus Ruthenium aufgebracht ist.According to a preferred embodiment of the invention, the layer on the surface of the shaped body is designed as a multiple coating. The multiple coating is particularly useful when the material (actually used as the catalytically active material in the reaction) does not sufficiently adhere to the surface of the core material. In this case, an “intermediate layer” (i.e. a layer that is arranged between the surface of the core material and the catalytically active material) arranged in the multilayer coating can serve as an adhesion promoter. The intermediate layer thus supports/mediates the (indirect) adhesion of the catalytically active material to the core material of the shaped body. An example of this is the application of a layer of gold (Au) to the surface of the core material, with a layer of ruthenium being applied to the layer of gold.

Die Zwischenschicht kann hierbei dünner ausgebildet sein, als die auf diese aufgebrachte Schicht, die das katalytisch aktive Material umfasst oder hieraus besteht.In this case, the intermediate layer can be thinner than the layer applied to it, which layer comprises or consists of the catalytically active material.

Für eine bessere Haftvermittlung zwischen dem Kernmaterial und dem katalytisch aktiven Material oder zwischen dem Kernmaterial und der Zwischenschicht kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Kernmaterials vor dem Aufbringen der Schicht durch das Anbinden funktioneller Gruppen (bspw. SH-Gruppen, NH2-Gruppen) oder von Liganden funktionalisiert wird.For better adhesion promotion between the core material and the catalytically active material or between the core material and the intermediate layer, it can be provided that the surface of the core material is bonded to functional groups (e.g. SH groups, NH 2 groups) before the layer is applied. or is functionalized by ligands.

Es kann auch vorgesehen sein, dass zur Verbesserung der Haftvermittlung zwischen dem Kernmaterial und dem katalytisch aktiven Material oder zwischen dem Kernmaterial und der Zwischenschicht die Oberfläche des Kernmaterials a) durch Anätzen (bspw. mit CrO3 + und H2SO4 oder das Beizen mit oxidativen Metallsalzlösungen), b) durch das Aufbringen von Kristallisationskeimen, bspw. Pd, c) durch die Behandlung mit sog. Keimbeschleunigern, bspw. Tetrafluorborsäure, d) durch die Bearbeitung mit Plasma oder e) durch mechanische Bearbeitung aufgeraut wird. Durch diese Vorbehandlung der Oberfläche des Kernmaterials wird die Keimhaftung bei der Beschichtung mit dem katalytisch aktiven Material bzw. der Zwischenschicht verbessert.It can also be provided that to improve the adhesion between the core material and the catalytically active material or between the core material and the intermediate layer, the surface of the core material a) by etching (e.g. with CrO 3 + and H 2 SO 4 or pickling with oxidative metal salt solutions), b) is roughened by the application of crystallization nuclei, e.g. Pd, c) by treatment with so-called nucleation accelerators, e.g. tetrafluoroboric acid, d) by treatment with plasma or e) by mechanical treatment. This pretreatment of the surface of the core material improves germ adhesion during coating with the catalytically active material or the intermediate layer.

Als Materialien zur Ausbildung der Zwischenschicht (hierin auch als Grundschicht bezeichnet) haben sich - in Abhängigkeit zur aufzubringenden Schicht an katalytisch aktiven Materialien - insbesondere Kupfer, Gold, Palladium und Nickel erwiesen. Auf diese kann anschließend das katalytisch aktive Material (d.h. das Metall) aufgebracht werden.Depending on the layer of catalytically active materials to be applied, copper, gold, palladium and nickel in particular have proven to be materials for forming the intermediate layer (also referred to herein as the base layer). The catalytically active material (i.e. the metal) can then be applied to this.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Formkörper zumindest eine, zwei, drei, vier oder mehr Zwischenschichten, die zwischen der Oberfläche des Kernmaterials und der Schicht des katalytisch aktiven Materials angeordnet sind. Dies ist deshalb wünschenswert, da die Zwischenschicht neben der Funktion als Haftvermittler darüber hinaus auch als Diffusionssperre, als Leitschicht oder aber zur Anpassung der Kugeleigenschaften dienen kann. Somit erlaubt die Anordnung der Zwischenschicht auf dem Formkörper die zielgerichtete Einstellung in Bezug auf die vorgenannten Eigenschaften.According to a preferred embodiment, the shaped body comprises at least one, two, three, four or more intermediate layers, which are arranged between the surface of the core material and the layer of the catalytically active material. This is desirable because the intermediate layer, in addition to its function as an adhesion promoter, can also serve as a diffusion barrier, as a conductive layer or to adapt the ball properties. The arrangement of the intermediate layer on the shaped body thus allows targeted adjustment with regard to the aforementioned properties.

Die Schichtdicke der Außenschicht (d.h. die das katalytisch aktive Material umfasst oder daraus besteht) und/oder der Zwischenschicht liegt typischerweise jeweils unabhängig voneinander im Bereich zwischen 1 nm und 1 mm, bevorzugt im Bereich von 2 nm bis 100 µm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 2 nm bis 10 µm, weiterhin bevorzugt im Bereich zwischen 10 nm und 1.5 µm, ganz bevorzugt im Bereich zwischen 100 nm und 800 nm, wie bspw. zwischen 150 nm, 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600 nm, 650 nm und 700 nm und 750 nm.The layer thickness of the outer layer (i.e. which comprises or consists of the catalytically active material) and/or the intermediate layer is typically, independently of one another, in the range between 1 nm and 1 mm, preferably in the range from 2 nm to 100 μm, very particularly preferably in the range from 2 nm to 10 μm, more preferably in the range between 10 nm and 1.5 μm, very preferably in the range between 100 nm and 800 nm, such as between 150 nm, 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm, 400 nm , 450nm, 500nm, 550nm, 600nm, 650nm and 700nm and 750nm.

Das Kernmaterial kann in Abhängigkeit zu den gewünschten Reaktionsparametern ausgewählt sein.The core material can be chosen depending on the desired reaction parameters.

Werden nach einer bevorzugten Ausgestaltung hohe Energieeinträge gewünscht, so eignen sich als Kernmaterialien für den Formkörper (z.B. Mahlkugel bzw. Mahlgefäß) einerseits Materialien, die eine hohe Dichte aufweisen. Dies kann beispielsweise Stahl sein.If, according to a preferred embodiment, high energy inputs are desired, then on the one hand materials that have a high density are suitable as core materials for the shaped body (e.g. grinding ball or grinding vessel). This can be steel, for example.

Werden nach einer alternativ bevorzugten Ausgestaltung geringe Energieeinträge in die chemische Reaktion gewünscht, so eignen sich als Kernmaterialien für den Formkörper (z.B. Mahlkugel bzw. Mahlgefäß) Materialien, die eine geringe Dichte aufweisen. Dies kann beispielsweise ein Polymer (wie hierin definiert) oder auch ein Leichtmetall (z.B. Aluminium) oder ein Kompositmaterial.If, according to an alternative preferred embodiment, low energy inputs into the chemical reaction are desired, materials that have a low density are suitable as core materials for the shaped body (e.g. grinding ball or grinding vessel). This can, for example, be a polymer (as defined herein) or a light metal (e.g. aluminium) or a composite material.

Dabei ist die Notwendigkeit hoher oder niedriger Energieeinträge durch die Aktivierungsenergie der durchzuführenden chemischen Reaktion bestimmt. Dem Fachmann sind die Aktivierungsenergien der Reaktionen bekannt bzw. er weiß diese in der einschlägigen Fachliteratur nachzuschlagen. Ebenso wurde herausgefunden, dass zu hohe Energieeinträge zu vermeiden sind, um einerseits Abrieb der Mahlmaterialien während der mechanochemischen Reaktion und/oder Zerstören/Zersetzung der Reaktionsprodukte und gegebenenfalls auch der Edukte zu verhindern.The need for high or low energy inputs is determined by the activation energy of the chemical reaction to be carried out. The person skilled in the art is familiar with the activation energies of the reactions or can look them up in the relevant technical literature. It was also found that excessive energy inputs are to be avoided in order to prevent abrasion of the grinding materials during the mechanochemical reaction and/or destruction/decomposition of the reaction products and possibly also the educts.

Werden hohe Energieeinträge gewünscht, so eignen sich als Kernmaterialien für den Formkörper (z.B. Mahlkugel bzw. Mahlgefäß) hierfür insbesondere Materialien, die ein geringes Elastizitätsmodul (E-Modul) bzw. eine hohe Druckfestigkeit aufweisen, wie bspw. Stahl (E-Modul =210 GPa), Zirkondioxid ZrO2 (E-Modul = 205 GPa), Titandioxid TiO2 (E-Modul = 293 GPa), Aluminiumoxid Al2O3 (E-Modul = 300-380 GPa), Wolframcarbid WC (E-Modul = 550-630 GPa), gesintertes oder heißgepresstes Siliziumcarbid SiC (E-Modul = 450 GPa), Siliziumnitrid Si3N4 (E-Modul = 310 GPa), Borcarbid B4C (E-Modul = 440-470 GPa), kubisches Bornitrid c-BN oder Mischoxidkeramiken wie ATZ / ZTA (E-Modul = 240-350 GPa), aber auch Berylliumoxid BeO (E-Modul = 390 GPa) und Magnesiumoxid MgO (E-Modul = 310 GPa). Vorteilhaft bietet der Einsatz härterer Kernmaterialien für den Formkörper, die ein geringes Elastizitätsmodul aufweisen, eine bessere Energieübertragung und damit einen höheren Wirkungsgrad bei den Kugel-Wand-Stößen. Bei den vorgenannten Kernmaterialien (Stahl, ZrO2, WC lediglich eingeschränkt) handelt es sich im Sinne der Erfindung um leichte bis mittelschwere Materialien, die sich durch eine mittlere Dichte im Bereich von 3 bis 6 g/cm3 auszeichnen und hierdurch einen „mittleren“ Energieeintrag in die mechanochemische Reaktion zur Folge haben.If high energy inputs are desired, then materials that have a low modulus of elasticity (E modulus) or high compressive strength, such as steel (E modulus = 210 GPa), zirconium dioxide ZrO 2 (E modulus = 205 GPa), titanium dioxide TiO 2 (E modulus = 293 GPa), aluminum oxide Al 2 O 3 (E modulus = 300-380 GPa), tungsten carbide WC (E modulus = 550-630 GPa), sintered or hot-pressed silicon carbide SiC (modulus of elasticity = 450 GPa), silicon nitride Si 3 N 4 (modulus of elasticity = 310 GPa), boron carbide B 4 C (modulus of elasticity = 440-470 GPa), cubic Boron nitride c-BN or mixed oxide ceramics such as ATZ / ZTA (modulus of elasticity = 240-350 GPa), but also beryllium oxide BeO (modulus of elasticity = 390 GPa) and magnesium oxide MgO (modulus of elasticity = 310 GPa). Advantageously, the use of harder core materials for the molded body, which have a low modulus of elasticity, offers a bes Greater energy transfer and thus greater efficiency in ball-wall collisions. The aforementioned core materials (steel, ZrO 2 , WC only to a limited extent) are, in the context of the invention, light to medium-heavy materials which are characterized by an average density in the range from 3 to 6 g/cm 3 and thus a "medium" Energy input into the mechanochemical reaction result.

Gleichwohl haben die Erfinder herausgefunden, dass ein hoher Energieeintrag bspw. durch den Einsatz von Mahlmaterialien, die ein hohes E-Modul aufweisen nicht in allen Fällen wünschenswert ist, da hierdurch unerwünschte Nebenprodukte entstehen oder eine Verkokung der Edukte und/oder Produkte erfolgt. Sehr gute Ergebnisse wurden daher insbesondere durch die Verwendung (im Verhältnis zu den vorgenannten Kernmaterialien) weicher Polymerkugeln, z.B: aus Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyoxymethylene (POM), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polythiophene (PT), Polyamide, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Polysterole (PS), fluorierte Kohlenwasserstoffe, wie Teflon, Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluoralkoxy-Polymere (PFA) oder Kombinationen daraus als Material für den Formkörper erzielt. Bei den vorgenannten Kernmaterialien handelt es sich im Sinne der Erfindung um leichte Materialien, die sich durch eine geringe Dichte von weniger als 3 g/cm3 auszeichnen und hierdurch einen „niedrigen“ Energieeintrag in die mechanochemische Reaktion zur Folge haben.Nevertheless, the inventors have found that a high energy input, for example through the use of grinding materials that have a high modulus of elasticity, is not desirable in all cases, since this results in undesirable by-products or coking of the starting materials and/or products. Very good results have therefore been achieved in particular through the use (in relation to the aforementioned core materials) of soft polymer balls, e.g. made of polymethyl methacrylate (PMMA), polyoxymethylene (POM), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polythiophene (PT), polyamides, Acrylonitrile butadiene rubber (NBR), acrylonitrile butadiene styrene copolymer (ABS), polysterols (PS), fluorinated hydrocarbons such as Teflon, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), perfluoroalkoxy polymers (PFA) or combinations thereof achieved as the material for the molding. In the context of the invention, the aforementioned core materials are light materials which are characterized by a low density of less than 3 g/cm 3 and as a result result in a “low” energy input into the mechanochemical reaction.

Der Fachmann weiß hierbei, dass man bei elektrochemischen Beschichtungen der vorgenannten Materialien einen Leitlack zusetzen sollte, um den Kontakt/Haltbarkeit zu verbessern.The person skilled in the art knows that in the case of electrochemical coatings of the aforementioned materials, a conductive lacquer should be added in order to improve contact/durability.

Die vorgenannten Materialien, die als Kernmaterial für den Formkörper eingesetzt werden, eignen sich aufgrund ihrer chemischen Stabilität und Inaktivität sowie aufgrund ihrer hohen E-Module ebenso für den Einsatz als festes Intermaterial.The aforementioned materials, which are used as the core material for the shaped body, are also suitable for use as solid intermaterial because of their chemical stability and inactivity and because of their high modulus of elasticity.

Alternativ bevorzugt ist der Formkörper, besonders bevorzugt die äußere Schicht des katalytisch aktiven Materials als Kompositmaterial ausgebildet, wobei das katalytisch aktive Material in die Struktur des Formkörpers bzw. der äußeren Schicht eingebettet ist oder eine Netzwerkstruktur innerhalb der äußeren Schicht ausbildet.Alternatively, the shaped body, particularly preferably the outer layer of the catalytically active material, is designed as a composite material, with the catalytically active material being embedded in the structure of the shaped body or the outer layer or forming a network structure within the outer layer.

Unabhängig davon kann der Formkörper als energieübertragende Komponente einer Kugelmühle (d.h. als das Mahlgefäß und/oder zumindest eine Mahlkugel), einer Exzenterschwingmühle (d.h. als zumindest eine Mahlkugeln), einer Rotorschlagmühle (d.h. als das Mahlgefäß und/oder ein Rotor), einer Stiftmühle (d.h. als das Mahlgefäß und/oder zumindest ein Stift) oder eines Extruders (d.h. ganz oder teilweise als die Extruderschnecke oder ganz oder teilweise als die Innenwand des Extruderrohres) für die kontinuierliche und zumeist industrielle Umsetzung der Erfindung ausgebildet sein.Irrespective of this, the shaped body can be used as an energy-transmitting component of a ball mill (i.e. as the grinding vessel and/or at least one grinding ball), an eccentric vibratory mill (i.e. as at least one grinding ball), a rotor impact mill (i.e. as the grinding vessel and/or a rotor), a pin mill ( i.e. as the milling vessel and/or at least one pin) or an extruder (i.e. wholly or partly as the extruder screw or wholly or partly as the inner wall of the extruder barrel) for the continuous and mostly industrial implementation of the invention.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass nicht alle Mahlkugeln mit dem katalytisch aktiven Material beschichtet sind, d.h. es werden in der Reaktion auch Mahlkugeln eingesetzt, die kein katalytisch aktives Material aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch der Umsatz gesteigert werden kann, da lediglich eine Mahlkugel katalytisch aktiv ist (insbesondere bei katalytisch hoch aktiven Materialien oder sensitiven Reaktionen) und die inaktiven Mahlkugeln nur dazu da sind Stoßenergie bereitzustellen.It has proven to be advantageous that not all grinding balls are coated with the catalytically active material, i.e. grinding balls that do not have any catalytically active material are also used in the reaction. It has been shown that the conversion can be increased as a result, since only one grinding ball is catalytically active (especially in the case of catalytically highly active materials or sensitive reactions) and the inactive grinding balls are only there to provide impact energy.

Gleichwohl kann es vorteilhaft sein, dass zwei unterschiedliche Arten von Formkörpern, insbesondere Mahlkugeln eingesetzt werden, deren äußere Schichten sich in Bezug auf das eingesetzte katalytisch aktive Material unterscheiden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die chemische Reaktion lediglich ein Schritt einer „komplexe chemische Reaktion“ (wie hierin definiert) ist. Da hierdurch ein nachfolgender Schritt und/oder ein vorhergehender Schritt katalysiert werden kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die nachfolgende Reaktion - induziert durch die Beschichtung von Formkörpern mit einem anderen katalytisch aktiven Material - zu einer Verschiebung des Gleichgewichts hin zu den Produkten führt. Folglich kann in dem mechanochemischen Verfahren eine erste Art eines Formkörper vorgesehen sein, die ein erstes Kernmaterial und ein auf dessen Oberfläche angeordnetes erstes katalytisch aktives Material aufweist, und eine zweite Art eines Formkörper vorgesehen sein, die ein zweites Kernmaterial und ein auf dessen Oberfläche angeordnetes zweites katalytisch aktives Material aufweist. Das erste und das zweite Kernmaterial als auch das erste und das zweite katalytisch aktive Material können hierbei jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sein.Nevertheless, it can be advantageous that two different types of shaped bodies, in particular grinding balls, are used, the outer layers of which differ with regard to the catalytically active material used. This is particularly advantageous when the chemical reaction is merely one step of a "complex chemical reaction" (as defined herein). Since this can catalyze a subsequent step and/or a preceding step. This is particularly advantageous when the subsequent reaction--induced by the coating of shaped bodies with another catalytically active material--leads to a shift in the equilibrium toward the products. Consequently, in the mechanochemical process, a first type of shaped body can be provided which has a first core material and a first catalytically active material arranged on its surface, and a second type of shaped body can be provided which has a second core material and a second catalytically active material arranged on its surface has catalytically active material. The first and the second core material as well as the first and the second catalytically active material can each be selected independently of one another.

Aus dem gleichen Grund kann alternativ vorgesehen sein, dass ein erster Teil der Oberfläche des Kernmaterials mit einem ersten katalytisch aktiven Material und ein zweiter Teil der Oberfläche des Kernmaterials mit einem zweiten katalytisch aktiven Material ausgebildet ist, wobei das erste und das zweite katalytisch aktiven Material jeweils unabhängig voneinander ausgewählt sind. Vorzugsweise katalysiert das erste katalytisch aktive Material hierbei eine andere chemische Reaktion (vorzugsweise innerhalb einer komplexen chemischen Reaktion, wie einer Kaskadenreaktion) als das zweite katalytisch aktive Material. Bevorzugt liegt das Verhältnis zwischen dem Grad der Beschichtung des ersten katalytisch aktiven Materials zu dem Grad der Beschichtung des zweiten katalytisch aktiven Materials im Bereich von 10:1 bis 1:10, besonders bevorzugt im Bereich von 5:1 bis 1:5, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 3:1 bis 1:3.For the same reason, it can alternatively be provided that a first part of the surface of the core material is covered with a first catalytically active material and a second part of the surface of the core material terials is formed with a second catalytically active material, wherein the first and the second catalytically active material are each independently selected. In this case, the first catalytically active material preferably catalyzes a different chemical reaction (preferably within a complex chemical reaction, such as a cascade reaction) than the second catalytically active material. Preferably, the ratio between the degree of coating of the first catalytically active material to the degree of coating of the second catalytically active material is in the range from 10:1 to 1:10, more preferably in the range from 5:1 to 1:5, most especially preferably in the range of 3:1 to 1:3.

Es versteht sich, dass auch bei dieser Anordnung der teilweisen Beschichtung zwischen dem Kernmaterial und der äußeren Schicht der katalytisch aktiven Materialien eine Zwischenschicht (bspw. zur verbesserten Haftvermittlung) angeordnet sein kann.It goes without saying that with this arrangement of the partial coating, too, an intermediate layer (for example for improved adhesion promotion) can be arranged between the core material and the outer layer of the catalytically active materials.

Im Ergebnis kann abhängig vom Reaktionstyp, den Kosten für die einzelnen Materialien und/oder zur Gewährleistung eines homogenen Energieeintrags vorgesehen sein, dass in dem mechanochemischen Verfahren (a) ausschließlich Formkörper eingesetzt werden, die ein Kernmaterial mit einer Schicht aus einem katalytisch aktiven Material umfassen, (b) zumindest zwei Arten an Formkörpern eingesetzt werden, wobei lediglich eine Art an Formkörpern ein Kernmaterial mit einer Schicht aus einem katalytisch aktiven Material umfasst (die anderen Formkörper unbeschichtet und somit katalytisch inaktiv sind und lediglich für die Bereitstellung der Stoßenergie bzw. den Energieeintrag eingesetzt werden) oder (c) das zumindest zwei Arten an Formkörpern eingesetzt werden, wobei die erste Art ein erstes Kernmaterial und ein auf deren Oberfläche angeordnetes erstes katalytisch aktives Material aufweist, und eine zweite Art eines Formkörper vorgesehen ist, die ein zweites Kernmaterial und ein auf deren Oberfläche angeordnetes zweites aktives Material aufweist.As a result, depending on the type of reaction, the costs for the individual materials and/or to ensure a homogeneous input of energy, it can be provided that in the mechanochemical process (a) only shaped bodies are used which comprise a core material with a layer of a catalytically active material, (b) at least two types of shaped bodies are used, with only one type of shaped bodies comprising a core material with a layer of a catalytically active material (the other shaped bodies are uncoated and therefore catalytically inactive and are only used to provide the impact energy or to introduce energy be) or (c) that at least two types of shaped bodies are used, the first type having a first core material and a first catalytically active material arranged on its surface, and a second type of shaped body being provided which has a second core material and a their surface arranged second active material.

Werden zumindest zwei unterschiedliche Arten von Formkörpern für die zu katalysierende mechanochemische Umsetzung eingesetzt, so kann vorgesehen sein, dass die unterschiedlichen Arten von Formkörpern unterschiedliche Größen aufweisen. Somit kann gewährleistet werden, dass der Eintrag von Stoßenergie bzw. der Energieeintrag, der durch jeden Formkörper in die chemische Reaktion eingetragen wird, gleich groß ist.If at least two different types of shaped bodies are used for the mechanochemical reaction to be catalyzed, it can be provided that the different types of shaped bodies have different sizes. It can thus be ensured that the input of impact energy or the input of energy that is introduced into the chemical reaction by each shaped body is of the same magnitude.

Ist der Formkörper als Mahlkugel ausgebildet, weisen die Mahlkugeln für eine ideale Energieübertragung vorzugsweise einen Durchmesser von zumindest 2 mm, besonders bevorzugt von zumindest 5 mm, ganz besonders bevorzugt von zumindest 10 mm auf. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Kernmaterial der zu beschichtenden Kugel einen Durchmesser von 1 mm bis 30 mm auf.If the shaped body is designed as a grinding ball, the grinding balls preferably have a diameter of at least 2 mm, particularly preferably at least 5 mm, very particularly preferably at least 10 mm, for ideal energy transfer. According to a preferred embodiment of the present invention, the core material of the sphere to be coated has a diameter of 1 mm to 30 mm.

Es hat sich gezeigt, dass die Energieübertragung auf die Edukte besonders gut ist, wenn als Reaktionsgefäß für die direkte heterogene Katalyse ein Mahlgefäß (Mühle), wie z.B. eine Kugelmühle oder eine Planetenkugelmühle verwendet wird. Derartige Mahlgefäße weisen einen Mahlreaktor und darin angeordnete (freibewegliche) Mahlkugeln auf. Der grundsätzliche Aufbau solcher Mahlgefäße ist dem Fachmann bekannt. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Formkörper daher ein Mahlreaktor und/oder eine oder mehrere Mahlkugel, wobei das katalytisch aktive Material zumindest teilweise auf deren Oberfläche aufgebracht ist. Alternativ dazu können auch ganze Komponenten, wie z.B. der Mahlreaktor oder die darin angeordneten (freibeweglichen) Mahlkugeln vollständig oder teilweise aus dem katalytisch aktiven Material bestehen.It has been shown that the energy transfer to the starting materials is particularly good if a grinding vessel (mill), such as a ball mill or a planetary ball mill, is used as the reaction vessel for direct heterogeneous catalysis. Such grinding vessels have a grinding reactor and (freely movable) grinding balls arranged therein. The basic structure of such grinding vessels is known to those skilled in the art. According to a preferred embodiment of the invention, the shaped body is therefore a grinding reactor and/or one or more grinding balls, the catalytically active material being applied at least partially to their surface. Alternatively, entire components, such as the grinding reactor or the (freely movable) grinding balls arranged therein, can also consist entirely or partially of the catalytically active material.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird für die chemische Umsetzung der Edukte eine Mixermühle, eine Planetenkugelmühle, ein Extruder oder eine Rührwerkskugelmühle eingesetzt. Mit diesen Mühlentypen wurden die besten Umsätze erzielt.According to a preferred embodiment, a mixer mill, a planetary ball mill, an extruder or an agitator ball mill is used for the chemical conversion of the starting materials. The best sales were achieved with these mill types.

Die Mahlfrequenz, bspw. bei Umsetzung in einer Mixermühle liegt dabei vorzugsweise im Bereich von zumindest 15 Hz bis 75 Hz, besonders über 20 Hz, ganz besonders bevorzugt im Bereich von zumindest 20 Hz bis 50 Hz.The grinding frequency, e.g. in the case of conversion in a mixer mill, is preferably in the range from at least 15 Hz to 75 Hz, particularly above 20 Hz, very particularly preferably in the range from at least 20 Hz to 50 Hz.

Optimale Ergebnisse, bspw. bei Umsetzung in einer Planetenmühle konnten ebenso bei Rotatinsgeschwindigkeiten im Bereich von 200 bis 1600 rpm, bevorzugt im Bereich von 400 bis 1600 rpm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 600 bis 1600 rpm erzielt werden.Optimum results, for example when implemented in a planetary mill, could also be achieved at rotary speeds in the range from 200 to 1600 rpm, preferably in the range from 400 to 1600 rpm, very particularly preferably in the range from 600 to 1600 rpm.

Der Füllgrad des eingesetzten Mahlgefäßes liegt ganz besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 40 Vol.-% Mahlkugeln und 20 bis 40 Vol.-% Mahlgut (d.h. Füllung, umfassend Edukte (Reaktanden bzw. zweite Aktivkomponenten) und Inertmaterial).The degree of filling of the grinding vessel used is very particularly preferably in the range from 20 to 40% by volume of grinding balls and 20 to 40% by volume of ground material (ie filling comprising educts (reactants or second active components) and inert material).

Es hat sich gezeigt, dass die Mahlzeit, d.h. die letztendliche Reaktionszeit, wobei das energieübertragende Inkontaktbringen der Edukte mit dem Formkörper gemäß Schritt (c) wiederholt erfolgt, für die mechanochemische Umsetzung im Bereich von 1 Minute bis zu 48 Stunden, bevorzugt unter 8 Stunden, ganz besonders unter 4 Stunden beträgt. Auch bevorzugt erfolgt das energieübertragende Inkontaktbringen der Edukte mit dem Formkörper gemäß Schritt (c) wiederholt über einen Zeitraum von zumindest 5 Minuten, besonders bevorzugt zumindest 10 Minuten.It has been shown that the milling time, i.e. the final reaction time, in which case the energy-transferring contacting of the starting materials with the shaped body in accordance with step (c) takes place repeatedly, for the mechanochemical reaction is in the range from 1 minute to 48 hours, preferably less than 8 hours, especially less than 4 hours. The energy-transferring bringing into contact of the starting materials with the shaped body in step (c) also preferably takes place repeatedly over a period of at least 5 minutes, particularly preferably at least 10 minutes.

Beispielsweise hat sich gezeigt, dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur direkten heterogenen Katalyse einer chemischen Reaktion, z.B. einer Polymerisation in einer Kugelmühle mit mindestens 2 massiven Mahlkugeln (bspw. bestehend aus porenfreiem Palladium oder Platin als katalytisch aktives Material) innerhalb von wenigen Stunden, vorzugsweise zumindest 8 Stunden bei Raumtemperatur aus dem Monomer (bspw. 4-Bromphenylboronsäure) das Polymer Polyparaphenylen (PPP) hergestellt werden kann. Als weitere explizite Beispielreaktion kann hierin die Reaktion des lodbenzols mit der Phenylboronsäure (siehe hierin Ausführungsbeispiel 3) genannt werden. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Benutzung einer mit katalytisch aktiven Palladium beschichteten Mahlkugel, ist es innerhalb von wenigen Stunden, bei Raumtemperatur möglich diese vollständig in Biphenyl umzusetzen.For example, it has been shown that to carry out the method according to the invention for direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction, e.g. a polymerisation in a ball mill with at least 2 solid grinding balls (e.g. consisting of pore-free palladium or platinum as the catalytically active material) within a few hours, preferably the polymer polyparaphenylene (PPP) can be prepared from the monomer (e.g. 4-bromophenylboronic acid) for at least 8 hours at room temperature. The reaction of iodobenzene with phenylboronic acid (see embodiment 3 herein) can be mentioned here as a further explicit example reaction. With the aid of the process according to the invention and the use of a grinding ball coated with catalytically active palladium, it is possible to convert these completely into biphenyl within a few hours at room temperature.

Ein besonderer Vorteil bei der Synthese von Polymeren unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der zumeist limitierende Faktor - d.h. das Ausfallen des Polymers während der Polymerisation - nicht eintritt, da die Reaktion von vornherein als Festphasenreaktion durchgeführt wird.A particular advantage of synthesizing polymers using the process of the invention is that the mostly limiting factor - i.e. the precipitation of the polymer during the polymerization - does not occur since the reaction is carried out as a solid phase reaction from the outset.

Dadurch lassen sich vorteilhaft ganz neue Möglichkeiten bei der chemischen Umsetzung von Edukten realisieren.As a result, completely new possibilities can be advantageously realized in the chemical conversion of starting materials.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Formkörper dazu geeignet, die zum direkten mechanochemischen Umsetzen erforderliche Energie auf die Edukte zu übertragen und/oder die Edukte (homogen) zu vermischen. Der Formkörper kann dabei in jeder erdenklichen Form (vorzugsweise wie hierin definiert) ausgestaltet sein.In a preferred embodiment of the present invention, the shaped body is suitable for transferring the energy required for direct mechanochemical conversion to the starting materials and/or for (homogeneously) mixing the starting materials. The shaped body can be configured in any conceivable shape (preferably as defined herein).

Bei der Verwendung einer Mahlvorrichtung (z.B. einer Mühle) ist der Formkörper daher beispielsweise als der Mahlreaktor und/oder zumindest eine Mahlkugel ausgestaltet. Im Labormaßstab hat sich gezeigt, dass für gewöhnlich Mahlkugeln mit einem Durchmesser zwischen 5 und 15 mm besonders geeignet sind. In Abhängigkeit des eingesetzten Materials, insbesondere des katalytisch aktiven Materials, weisen die Mahlkugeln eine Masse im Bereich zwischen 1.95 g und 26.21 g auf.When using a grinding device (e.g. a mill), the shaped body is therefore designed, for example, as the grinding reactor and/or at least one grinding ball. On a laboratory scale, it has been shown that grinding balls with a diameter of between 5 and 15 mm are usually particularly suitable. Depending on the material used, in particular the catalytically active material, the grinding balls have a mass in the range between 1.95 g and 26.21 g.

Besonders vorteilhaft können das Mahlgefäß und die Mahlkugeln mit der Beschichtung des Katalysators wiederverwendet werden.Particularly advantageously, the grinding vessel and the grinding balls can be reused with the coating of the catalyst.

Alternativ dazu ist es für einige Reaktionen, insbesondere für die kontinuierliche und zumeist industrielle Umsetzung der Erfindung (z.B. Polymerisation zur Herstellung von Folien) zielführend, dass der Formkörper eine Extruderschnecke ist.Alternatively, it is expedient for some reactions, in particular for the continuous and mostly industrial implementation of the invention (e.g. polymerization for the production of films), that the shaped body is an extruder screw.

Es kann dabei durchaus vorgesehen sein, dass die direkte heterogen katalysierte chemische Reaktion, die durch das erfindungsgemäße Verfahren realisiert wird, lediglich einen Teilschritt (d.h. eine Vorreaktion oder eine Zwischenreaktion; z.B. eine erste Reaktionsstufe, eine zweite Reaktionsstufe, usw.) innerhalb einer komplexen chemischen Reaktion darstellt.It can certainly be provided that the direct heterogeneously catalyzed chemical reaction, which is realized by the method according to the invention, is only a partial step (i.e. a pre-reaction or an intermediate reaction; e.g. a first reaction stage, a second reaction stage, etc.) within a complex chemical represents reaction.

Eine „komplexe chemische Reaktion“ wird hierin als die Umsetzung zumindest zweier Edukte zu einem Endprodukt verstanden, wobei die chemische Reaktion aus mehreren Reaktionsstufen zusammengesetzt ist, wobei bspw. innerhalb einer Kaskadenreaktion nach jeder einzelnen Reaktionsstufe das(die) entsprechende(n) Edukt(e) zu einem Zwischenprodukt bzw. Endprodukt umgesetzt werden.A "complex chemical reaction" is understood here as the conversion of at least two reactants into an end product, with the chemical reaction being composed of several reaction stages, with e.g. within a cascade reaction after each individual reaction stage the corresponding reactant(s). ) are converted into an intermediate or end product.

Dabei kann es erforderlich sein, dass dem Produkt aus der vorangegangenen Reaktionsstufe bzw. dem Reaktionsgefäß während der komplexen chemischen Reaktion vor jeder weiteren Reaktionsstufe von außen zumindest ein weiteres Edukt zugesetzt wird. Das weitere Edukt kann dabei das gleiche oder ein unterschiedliches Edukt aus einer der vorhergehenden Reaktionsstufen darstellen. Diese Art der chemischen Umsetzung bietet sich bspw. dann an, wenn sich in einer mehrstufigen Reaktion an eine Zwischenstufe mit einem Intermediat eine weitere Reaktionsstufe anschließt oder anschließen soll.It may be necessary here for at least one further starting material to be added externally to the product from the preceding reaction stage or the reaction vessel during the complex chemical reaction before each further reaction stage. The further starting material can be the same or a different starting material from one of the preceding reaction stages. This kind of chemical Reaction is appropriate, for example, when, in a multi-stage reaction, an intermediate stage with an intermediate is followed or is to be followed by a further reaction stage.

Die vorliegende Erfindung betrifft zudem einen Katalysator-Mahlformkörper (wie oben näher als Formkörper definiert), insbesondere einen Reaktionskatalyseformkörper zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion, der ein katalytisch aktives Material umfasst, wobei das katalytisch aktive Material ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Palladium (Pd), Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Rhenium (Re), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Chrom (Cr), Vanadium (V) oder ein Gemisch daraus umfasst.The present invention also relates to a shaped catalyst body (as defined in more detail above as shaped body), in particular a shaped reaction catalyst body for direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction, which comprises a catalytically active material, the catalytically active material being a metal from the group consisting of gold ( Au), Silver (Ag), Copper (Cu), Palladium (Pd), Platinum (Pt), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Rhenium (Re), Nickel (Ni), Iron (Fe), Cobalt ( Co), chromium (Cr), vanadium (V) or a mixture thereof.

Das katalytisch aktive Material zeichnet sich nach einer bevorzugten Ausgestaltung durch ein Kompressionsmodul von zumindest 160 GPa und eine Mohshärte von zumindest 3,0 auf.According to a preferred embodiment, the catalytically active material is characterized by a bulk modulus of at least 160 GPa and a Mohs hardness of at least 3.0.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Katalysator-Mahlformkörper (wie oben näher als Formkörper definiert) ein Kernmaterial auf dessen Oberfläche ein katalytisch aktives Material als Schicht aufgebracht ist, wobei das katalytisch aktive Material ein Metall aus den Gruppen 3 bis 13 des Periodensystems umfasst oder daraus besteht, vorzugsweise bestehend aus Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru, Rh, Re, Ni, Fe, Co, Cr, V, besonders bevorzugt einem Metall der Gruppen 6 bis 10, insbesondere aus Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, Co, Au, ein Gemisch daraus oder eine Legierung basierend auf einem Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Metall der Gruppen 6 bis 10 des Periodensystems, vorzugsweise Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, Co, Au oder Cu - wie bspw. Pt/Au-, Pd/Au-, Fe/Co-, Fe/Ni-, Fe/Cr-, Fe/Mn-, Ni/Pt-, Ni/Pd-, Pt/Cu-, Pd/Cu-, Cu/Sn-, Cu/Zn-, Cu/Ni-, Cu/Al-, Cu/Mn-, Co/Mn- oder Ni/Ag-Legierung umfasst, wobei das katalytisch aktive Material keine Makro- oder Mesoporen aufweist.According to a preferred embodiment, the catalyst milled shaped body (as defined in more detail above as shaped body) comprises a core material on the surface of which a catalytically active material is applied as a layer, the catalytically active material comprising or consisting of a metal from groups 3 to 13 of the periodic table , preferably consisting of Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru, Rh, Re, Ni, Fe, Co, Cr, V, particularly preferably a metal from groups 6 to 10, in particular from Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, Co, Au, a mixture thereof or an alloy based on a metal selected from the group consisting of a metal from groups 6 to 10 of the periodic table, preferably Ru, Rh, Ni, Pd, Pt, Co, Au or Cu - such as for example Pt/Au, Pd/Au, Fe/Co, Fe/Ni, Fe/Cr, Fe/Mn, Ni/Pt, Ni/Pd, Pt/Cu, Pd/Cu -, Cu/Sn, Cu/Zn, Cu/Ni, Cu/Al, Cu/Mn, Co/Mn or Ni/Ag alloy, wherein the catalytically active material has no macro- or mesopores .

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Katalysator-Mahlformkörpers, wie hierin definiert, als heterogenen Katalysator in einem Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion.The present invention also relates to the use of a shaped catalyst mill body as defined herein as a heterogeneous catalyst in a process for directly heterogeneously catalyzing a chemical reaction.

Extruderextruder

Von der Erfindung ist auch die bevorzugt lösungsmittelfreie mechanochemische Umsetzung unter direkter heterogener Katalyse einer chemischen Reaktion in einem Extruder als Formkörper mitumfasst, bei der zumindest ein Edukt durch direktes Vermahlen zu einem Produkt mittels energieübertragendem Inkontaktbringen dieses Edukt mit dem Extruder (bzw. der Innenwandung des Extruders) umgesetzt wird. Hierbei ist die Innenwandung des Extruders mit dem katalytisch aktiven Material (als Außenschicht der Wandung des Extruders) beschichtet bzw. ausgekleidet.The invention also includes the preferably solvent-free mechanochemical reaction with direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction in an extruder as a shaped body, in which at least one educt is directly ground to form a product by means of energy-transferring bringing this educt into contact with the extruder (or the inner wall of the extruder ) is implemented. In this case, the inner wall of the extruder is coated or lined with the catalytically active material (as the outer layer of the wall of the extruder).

Dabei kann die Extruder-Konfiguration in jeder erdenklichen Form (wie hierin definiert) ausgestaltet sein, der grundsätzliche Aufbau solcher Mahlgefäße ist dem Fachmann bekannt und ist in ihrer bevorzugten Ausgestaltung des Formkörpers dazu geeignet, die zum direkten mechanochemischen Umsetzen erforderliche Energie auf die Edukte zu übertragen und/oder die Edukte (homogen) miteinander zu vermischen. Bevorzugt ist die Extruder-Konfiguration eine Zusammensetzung aus Knet- und Förderelementen (jeweils Beispiele für Katalysator-Mahlformkörper) von beliebiger Größe und Anzahl.The extruder configuration can be designed in any conceivable form (as defined herein), the basic structure of such grinding vessels is known to the person skilled in the art and, in its preferred embodiment of the shaped body, is suitable for transferring the energy required for direct mechanochemical conversion to the starting materials and/or to mix the starting materials (homogeneously) with one another. The extruder configuration is preferably a combination of kneading and conveying elements (each examples of shaped catalyst mill bodies) of any size and number.

Vorzugsweise wird das Verfahren in einem Extruder durchgeführt, dessen Durchführung zumindest einen der nachfolgenden Parameter umfassen.The process is preferably carried out in an extruder, the performance of which includes at least one of the following parameters.

Vorteilhaft laufen mechanochemischen Reaktionen im Reaktionsraum des Extruders bei Temperaturen zwischen -30°C und 400°C, insbesondere -30°C und 300°C, bevorzugt zwischen 0°C und 200°C, besonders bevorzugt zwischen 30 und 150°C ab.Mechanochemical reactions in the reaction chamber of the extruder advantageously take place at temperatures between -30.degree. C. and 400.degree. C., in particular -30.degree. C. and 300.degree. C., preferably between 0.degree. C. and 200.degree. C., particularly preferably between 30 and 150.degree.

Optimale Ergebnisse, bspw. bei Umsetzung in einem Extruder konnten bei Rotationsgeschwindigkeiten bis 500 rpm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 200 rpm, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 100 rpm erzielt werden.Optimum results, for example when implemented in an extruder, could be achieved at rotational speeds of up to 500 rpm, preferably in the range from 5 to 200 rpm, very particularly preferably in the range from 10 to 100 rpm.

Es hat sich gezeigt, dass die Verweilzeit für die mechanochemische Umsetzung im Extruder, d.h. die letztendliche Reaktionszeit, wobei das energieübertragende Inkontaktbringen der Edukte mit dem Formkörper gemäß Schritt 1.c) wiederholt erfolgt, im Bereich unter 4 Stunden, bevorzugt unter 2 Stunden, ganz besonders im Bereich von 1 Minute bis zu 30 Minuten beträgt.It has been shown that the residence time for the mechanochemical reaction in the extruder, i.e. the final reaction time, wherein the energy-transferring bringing into contact of the starting materials with the shaped body according to step 1.c) takes place repeatedly, is in the range of less than 4 hours, preferably less than 2 hours particularly in the range of 1 minute up to 30 minutes.

Ebenso hat sich eine Dosiergeschwindigkeit der Ausgangsstoffe an der Extruderschnecke einen Einfluss auf die katalytische Aktivität, da in der Industrie Extruderschnecken mit Durchmessern von 0,5 bis 30 cm eingesetzt werden, bietet es sich an, einen Koeffizienten aus Dosiergeschwindigkeit und Schneckendurchmesser (SD) anzugeben. Dabei ist ein Dosierkoeffizient von unter 42 g/(cmSD s), vorzugsweise von unter 17 g/(cmSD s), besonders bevorzugt von zwischen 8,5 und 0,085 g/(cmSD s) erstrebenswert.The dosing speed of the starting materials at the extruder screw also has an influence on the catalytic activity, since extruder screws with diameters of 0.5 to 30 cm are used in industry, it makes sense to specify a coefficient of dosing speed and screw diameter (SD). A dosing coefficient of less than 42 g/(cm SD s), preferably less than 17 g/(cm SD s), particularly preferably between 8.5 and 0.085 g/(cm SD s) is desirable.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.The present invention is to be explained in more detail on the basis of the following figures and exemplary embodiments, without restricting the invention to these.

Dabei zeigt

  • 1: GC/MS-Spektrum des erhaltenen Produkts aus der Suzuki-Kupplung mit einer palladinierten Kugel in einem PFA-Becher.
  • 2: 1H-NMR-Spektrum des erhaltenen Produkts aus der Suzuki-Kupplung mit einer palladinierten Stahlkugel in einem PFA-Becher.
  • 3: 13C-NMR-Spektrum des erhaltenen Produkts aus der Suzuki-Kupplung mit einer palladinierten Stahlkugel in einem PFA-Becher.
  • 4: GC/MS-Spektrum des erhaltenen Produkts aus der Glaser-Kupplung mit einer verkupferten Kugel in einem PFA-Becher.
  • 5: Beschichtungsschritte eines Bronzebechers (18 ml) mit palladinierter Reaktionsoberfläche.
  • 6: Beschichtungsschritte des ruthenieren einer Bronzekugel (
    Figure DE102021106741A1_0001
    10 mm).
  • 7: Palladinierungsschritte einer Monelkugel (
    Figure DE102021106741A1_0002
    9,2 mm).
  • 8: Direktes vergolden einer Stahlkugel (
    Figure DE102021106741A1_0003
    10 mm).
  • 9: Palladinierungsschritte einer Stahlkugel (
    Figure DE102021106741A1_0004
    10 mm).
  • 10: Palladinierungsschritte des Knetsegments eines Extruders.
while showing
  • 1 : GC/MS spectrum of the product obtained from the Suzuki coupling with a palladium-plated sphere in a PFA beaker.
  • 2 : 1 H-NMR spectrum of the product obtained from the Suzuki coupling with a palladium-coated steel ball in a PFA cup.
  • 3 : 13 C-NMR spectrum of the product obtained from the Suzuki coupling with a palladium-coated steel ball in a PFA cup.
  • 4 : GC/MS spectrum of the product obtained from Glaser coupling with a copper-plated sphere in a PFA beaker.
  • 5 : Coating steps of a bronze beaker (18 ml) with palladium-coated reaction surface.
  • 6 : Coating steps of ruthenating a bronze ball (
    Figure DE102021106741A1_0001
    10mm).
  • 7 : Palladium plating steps of a monel sphere (
    Figure DE102021106741A1_0002
    9.2mm).
  • 8th : Direct gilding of a steel ball (
    Figure DE102021106741A1_0003
    10mm).
  • 9 : Palladium plating steps of a steel ball (
    Figure DE102021106741A1_0004
    10mm).
  • 10 : Palladium plating steps of the kneading segment of an extruder.

Beispiel 1 - Palladinierte Kugeln als KatalysatorExample 1 - Palladium plated spheres as catalyst

Hier wurden die beschichteten Mahlkugeln direkt als Katalysatoren eingesetzt. Hierfür wurde eine Mixerkugelmühle (MM) verwendet.Here the coated grinding balls were used directly as catalysts. A mixer ball mill (MM) was used for this.

Für eine Standardsynthese in der MM wurden 496 mg 4-lodophenylboronsäure (2,00 mmol) mit 2,504 g (18,12 mmol) K2CO3 und zwei Mahlkugeln (10 mm Durchmesser) in einen 25 mL ZrO2-Mahlbecher gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde bei 30 s-1 gemahlen und zu Poly(para-phenylen) (PPP; siehe Tabelle 1) umgesetzt. Anschließend wurde das Reaktionsprodukt mit Wasser, 10 Gew.-% HCl, Ethanol und Aceton gewaschen und über Nacht bei 80°C getrocknet.For a standard synthesis in the MM, 496 mg of 4-iodophenylboronic acid (2.00 mmol) with 2.504 g (18.12 mmol) of K 2 CO 3 and two grinding balls (10 mm diameter) were placed in a 25 mL ZrO 2 grinding jar. The reaction mixture was ground at 30 s -1 and converted to poly(para-phenylene) (PPP; see Table 1). The reaction product was then washed with water, 10% by weight HCl, ethanol and acetone and dried at 80° C. overnight.

Beispiel 2 - Palladium als Katalysator in der Suzuki-PolymerisationExample 2 - Palladium as a catalyst in Suzuki polymerisation

Figure DE102021106741A1_0005
Figure DE102021106741A1_0005

Die Suzuki-Kupplungsreaktion gemäß Ausführungsbeispiel 1, bei der aus 4-lodophenylboronsäure ein Polyparaphenylen entsteht, kann auch für sterisch anspruchsvollere Edukte erfolgreich genutzt werden. So eignet sich das Vorgehen dabei ebenso, um 1-Bromo-2-phenylboronsäure zu polymerisieren.The Suzuki coupling reaction according to exemplary embodiment 1, in which a polyparaphenylene is formed from 4-iodophenylboronic acid, can also be used successfully for sterically more demanding starting materials. The procedure is also suitable for polymerizing 1-bromo-2-phenylboronic acid.

Beispiel 3 - Palladium als Katalysator in der Suzuki-KupplungExample 3 - Palladium as a catalyst in the Suzuki coupling

In der Suzuki-Kupplungsreaktion wird Phenylboronsäure mit verschiedenen Halogenierten Reaktanten zu Biphenylen umgesetzt.In the Suzuki coupling reaction, phenylboronic acid is reacted with various halogenated reactants to form biphenyls.

In einer klassischen Synthese wurden 0,122 g (0,1 mmol) Phenylboronsäure, 0,204 g lodbenzol (0,1 mmol), 1,0 g (0,1 mmol) K2CO3 als Base und eine palladinierte Stahlkugel (10 mm 4,04 g) als Katalysator in einer Mixermühle (MM) in einem PFA-Becher (18 ml) bereitgestellt. Die Reaktion lief bei 30 s-1 für x Stunden. Anschließend wurde das Reaktionsprodukt mit Wasser und Isopropanol gewaschen. Die Reaktion gelang auch mit lodanisol und Brombezol.In a classical synthesis, 0.122 g (0.1 mmol) phenylboronic acid, 0.204 g iodobenzene (0.1 mmol), 1.0 g (0.1 mmol) K 2 CO 3 as base and a palladium-coated steel ball (10 mm 4, 04 g) provided as catalyst in a mixer mill (MM) in a PFA beaker (18 ml). The reaction ran at 30 s -1 for x hours. Then the reaction product was washed with water and isopropanol. The reaction was also successful with iodoanisole and brombenzene.

Das resultierende Material war farblos kristallin und zeigte das Charakteristische GC/MS-Spektrum (2). Des Weiteren zeigt es die für Biphenyl typischen NMR-Signale (3).The resulting material was colorless crystalline and showed the characteristic GC/MS spectrum ( 2 ). Furthermore, it shows the NMR signals typical for biphenyl ( 3 ).

Beispiel 4 - Nickelbeschichtete Kugeln als Katalysator in der Yamamoto-KupplungExample 4 - Nickel Coated Balls as Catalyst in Yamamoto Coupling

Figure DE102021106741A1_0006
Figure DE102021106741A1_0006

Die der Ullmann Kupplung ähnlichen Yamamoto-Kupplung, bei der zwei Halogenaromaten mittels Nickel verknüpft werden gelang in der Schwingmühle MM-500 (RETSCH GmbH, Haan, Deutschland). Für eine erfolgreiche Umsetzung wurde lodbenzol (flüssig) als Edukt mit einem großen Überschuss KOtBu (8-facher Überschuss als feste zweite Aktivkomponente) mit vier 10-12 mm großen vernickelten Kugeln in einem 25 ml PMMA Mahlbecher für 2,5 h in einer Schwingmühle vermahlen. Zudem konnten auch Umsetzungen in der IST-500 oder der MM-400 bei einer Mahlfrequenz von je 30 Hz erzielt werden.The Yamamoto coupling, which is similar to the Ullmann coupling and in which two haloaromatics are linked by means of nickel, was successful in the MM-500 vibratory mill (RETSCH GmbH, Haan, Germany). For a successful reaction, iodobenzene (liquid) as starting material was ground with a large excess of KOtBu (8-fold excess as solid second active component) with four 10-12 mm nickel-plated balls in a 25 ml PMMA grinding jar for 2.5 h in a vibratory mill . In addition, conversions could also be achieved in the IST-500 or the MM-400 with a grinding frequency of 30 Hz each.

Beispiel 5 - Nickelbeschichtete Kugeln als Katalysator in der Sonogashira-Hagihara-KupplungExample 5 - Nickel Coated Spheres as Catalyst in Sonogashira-Hagihara Coupling

Figure DE102021106741A1_0007
Figure DE102021106741A1_0007

Die Sonogashira-Hagihara-Kupplung, die üblicherweise durch Palladium katalysiert wird, gelang unter direkt mechanokatalytischen Bedingungen mit beschichteten Kugelmaterial. Für eine erfolgreiche Umsetzung wurde eine Alkinspezies (zumeist Phenylacetylen (flüssig), seltener Biphenylacetylen (fest) oder 1,1-Diphenylprop-2-yn-1-ol (fest)), mit einer halogenaromatischen Verbindung (zumeist lodbezol (flüssig), aber auch Chlornaphthalin (flüssig), Brombenzol (flüssig), 4-Bromo-N,N-dimethylanilin (fest) oder 6-Methoxybromonaphthalin (fest)) mittels vernickelter Kugeln, Kupfer-Pulver und 5 mol-% Kupferiodid (fest) umgesetzt. Als Base und gleichzeitig als Bulk-Material wurden verschiedene Mineralbasen verwendet.The Sonogashira–Hagihara coupling, which is commonly catalyzed by palladium, was accomplished under direct mechanocatalytic conditions with coated spheres. For a successful reaction, an alkyne species (usually phenylacetylene (liquid), more rarely biphenylacetylene (solid) or 1,1-diphenylprop-2-yn-1-ol (solid)), with a haloaromatic compound (usually iodbezole (liquid), but also chloronaphthalene (liquid), bromobenzene (liquid), 4-bromo-N,N-dimethylaniline (solid) or 6-methoxybromoonaphthalene (solid)) using nickel-plated balls, copper powder and 5 mol% copper iodide (solid). Various mineral bases were used as base and at the same time as bulk material.

Beispiel 6 - Kupferbeschichtete Kugeln in der Glaser-KupplungExample 6 - Copper Coated Balls in Glaser Coupling

Figure DE102021106741A1_0008
Figure DE102021106741A1_0008

Die Glaser-Kupplung eignet sich dazu, zwei terminale Alkine zu kuppeln, wobei X Wasserstoff (H), Brom (Br) oder eine Phenylgruppe ist. Die Reaktionen mit Phenylacetylen (flüssig), 4-Bromphenylacetylen (fest) oder Biphenylacetylen (fest) konnten erfolgreich in einer MM-400 bei 30 Hz durchgeführt werden. Bei der mechanochemischen Umsetzung der Edukte erfolgt eine Kupplung innerhalb von 90 min. Zu einer erfolgreichen Reaktion führen der Einsatz einer verkupferten Kugel unter Verwendung eines inerten PFA-Mahlbechers. Als Bulkmaterial wurde K2CO3 verwendet. Gleichwohl führt auch der Einsatz anderer Mineralbasen zum gewünschten Zielprodukt, wobei die Glaser-Kupplung auch in anderen Reaktionen erfolgreich beobachtet werden konnte, wo bspw. Hydroxide eingesetzt wurden.The Glaser coupling is useful for coupling two terminal alkynes where X is hydrogen (H), bromine (Br), or a phenyl group. The reactions with phenylacetylene (liquid), 4-bromophenylacetylene (solid) or biphenylacetylene (solid) could be successfully performed in a MM-400 at 30 Hz. In the mechanochemical conversion of the starting materials, coupling takes place within 90 minutes. The use of a copper-plated ball and an inert PFA grinding bowl lead to a successful reaction. K 2 CO 3 was used as bulk material. Nevertheless, the use of other mineral bases also leads to the desired target product, with the Glaser coupling also being able to be observed successfully in other reactions where, for example, hydroxides were used.

Beispiel 7 - Palladiumbeschichtete Kugeln in der Heck-ReaktionExample 7 - Palladium Coated Spheres in the Heck Reaction

Figure DE102021106741A1_0009
Figure DE102021106741A1_0009

Die Heck-Reaktion eignet sich dazu, Arylhalogenide zu Olefinen umzusetzen. Die Reaktionen mit Styrol (flüssig), Brombenzol (flüssig) konnten erfolgreich in einer Planetenkugelmühle bei 800 rpm durchgeführt werden. Die mechanokatalytische Umsetzung der Edukte erfolgt eine Kupplung innerhalb von 60 min. Zu einer erfolgreichen Reaktion führen der Einsatz von palladinierten Kugeln unter Verwendung eines inerten Zirkonoxid-Mahlbechers. Als Bulkmaterial wurde K2CO3 verwendet.The Heck reaction is suitable for converting aryl halides into olefins. The reactions with styrene (liquid), bromobenzene (liquid) could be carried out successfully in a planetary ball mill at 800 rpm. The mechanocatalytic conversion of the reactants takes place within 60 minutes. A successful reaction is achieved by using palladium-coated balls and an inert zirconium oxide grinding bowl. K 2 CO 3 was used as bulk material.

Beispiel 8 - Beschichtete Knetelemente als Katalysator in der Suzuki-Kupplung im ExtruderExample 8 Coated Kneading Elements as a Catalyst in the Suzuki Coupling in the Extruder

Die Suzuki-Kupplungsreaktion gemäß Ausführungsbeispiel 3, bei der die Umsetzung der Edukte in einer Kugelmühle abläuft, ist die Umsetzung auch in einem Extruder möglich. So eignen sich demnach beschichtete Knetelemente ebenso wie beschichtete Kugeln.The Suzuki coupling reaction according to exemplary embodiment 3, in which the reaction of the starting materials takes place in a ball mill, can also be carried out in an extruder. Accordingly, coated kneading elements are just as suitable as coated balls.

Der Reaktionsansatz wurde so gewählt, dass mindestens 50 g Reaktionsgemisch vorliegen. So wurden 4,6 g (37,7 mmol) Phenylboronsäure, 7,7 g lodbenzol (37,7 mmol), 37,7 g (272,8 mmol) K2CO3 als Base bereitgestellt. Palladinierte Knetsegmente dienten als Katalysator.The reaction mixture was chosen so that at least 50 g of reaction mixture are present. There was thus provided 4.6 g (37.7 mmol) of phenylboronic acid, 7.7 g of iodobenzene (37.7 mmol), 37.7 g (272.8 mmol) of K 2 CO 3 as the base. Palladium-coated kneading segments served as the catalyst.

Beschichtungsvorgang:Coating process:

Nachstehend sind exemplarisch Beschichtungsverfahren zur Herstellung eines Formkörpers (wie hierin definiert) angegeben, bei denen ein Kernmaterial mit zumindest einer Schicht eines katalytisch aktiven Materials beschichtet wird. Es versteht sich hierin, dass die abschließende Schicht das katalytisch aktive Material ist. Das zu beschichtende Kernmaterial ist hierbei beispielhaft eine Mahlkugel bzw. ein Mahlgefäß.Coating methods for producing a shaped body (as defined herein) are specified below by way of example, in which a core material is coated with at least one layer of a catalytically active material. It is understood herein that the final layer is the catalytically active material. The core material to be coated is, for example, a grinding ball or a grinding vessel.

Beschichtete Kernmaterialien:Coated core materials:

Mahlkugeln aus Stahl (

Figure DE102021106741A1_0010
10 mm):

  1. a) 1.4034 (ASIN bzw. Werkstoffnummer)
  2. b) 1.4401
  3. c) 1.0304
  4. d) 1.4125
  5. e) 1.3505
  6. f) 1.4301

Mahlkugeln aus Nickel (
Figure DE102021106741A1_0011
10 mm)
Mahlkugeln aus Bronze (
Figure DE102021106741A1_0012
10 mm) / Mahlbecher aus Bronze (Volumen: 18 ml)
Mahlkugeln aus K-Monel/ Monel® K-500 (
Figure DE102021106741A1_0013
9,2 mm)Steel grinding balls (
Figure DE102021106741A1_0010
10mm):
  1. a) 1.4034 (ASIN or material number)
  2. b) 1.4401
  3. c) 1.0304
  4. d) 1.4125
  5. e) 1.3505
  6. f) 1.4301

Nickel grinding balls (
Figure DE102021106741A1_0011
10mm)
Bronze grinding balls (
Figure DE102021106741A1_0012
10 mm) / bronze grinding bowl (volume: 18 ml)
Grinding balls made of K-Monel/ Monel® K-500 (
Figure DE102021106741A1_0013
9.2mm)

Elektrolytzusammensetzung:Electrolyte composition:

Kupferbeschichtungen: Kupfersulfat 300 mg, Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat, Wasser 100 ml
Rutheniumbeschichtungen: Ruthenium(III)-chlorid 50 mg, Wasser 20 ml
Goldbeschichtung: Kommerziell erhältlicher Goldelektrolyt, bestehend aus Gold(l)-Cyanid in alkalischer Lösung.
Copper coatings: copper sulphate 300 mg, sodium hydroxide, potassium carbonate, water 100 ml
Ruthenium coatings: ruthenium(III) chloride 50 mg, water 20 ml
Gold plating: Commercially available gold electrolyte consisting of gold(I) cyanide in alkaline solution.

Nickelbeschichtung: Kommerziell erhältlicher Nickelelektrolyt, bestehend aus Nickelsulfamat-Lösung.Nickel Plating: Commercially available nickel electrolyte consisting of nickel sulfamate solution.

Palladiumbeschichtung: Kommerziell erhältlicher Palladiumelektrolyt, bestehend aus schwefelsaurer Palladiumnitrat oder Palladiumsulfat-Lösung mit Komplexbildnern und Zusatzstoffen.Palladium coating: Commercially available palladium electrolyte consisting of palladium nitrate or palladium sulphate solution with complexing agents and additives.

1.1 Verkupfern von Mahlkugeln aus Stahl:1.1 Copper plating of steel grinding balls:

Zunächst wird die Metalloberfläche des Kernmaterials besteht hierin aus Stahl und wird über verschiedene Lösungsmittel oder spezielle Reinigungsmittel entfettet. Anschließend erfolgt die Aktivierung/Dekapierung der Metalloberfläche in einer Aktivatorlösung (10%ige Salzsäure, 5-10% Schwefelsäure) bei 3 V (1,0 A) für ca. 1 min mit einer Edelstahl- oder Graphitelektrode. Nach Spülen mit VE-Wasser erfolgt die Aufbringungen der Kupferbeschichtung in einem Kupferelektrolyt (alkalisch / 3 g/l) mit einer Kupferelektrode 4 V (0,4 A) für ca. 1,5 min. Abschließend wird die so erhaltene Mahlkugel mit VE-Wasser gespült. Der so erhaltene Formkörper weist eine Schichtdicke an Kupfer von ca. 500 nm auf.First, the metal surface of the core material consists of steel and is degreased using various solvents or special cleaning agents. The metal surface is then activated/pickled in an activator solution (10% hydrochloric acid, 5-10% sulfuric acid) at 3 V (1.0 A) for approx. 1 minute using a stainless steel or graphite electrode. After rinsing with deionized water, the copper coating is applied in a copper electrolyte (alkaline / 3 g/l) with a copper electrode 4 V (0.4 A) for approx. 1.5 minutes. rinsed with water. The molding thus obtained has a layer thickness of copper of about 500 nm.

Die Schichten aus Kupfer stellt hierin die äußere Schicht dar, die als katalytisch aktives Material dient.Here, the layers of copper represent the outer layer, which serves as the catalytically active material.

1.2 Vernickeln von Mahlkugeln aus Stahl mit einer Zwischenschicht aus Kupfer als Haftvermittler:1.2 Nickel plating of steel grinding balls with an intermediate layer of copper as an adhesion promoter:

Zunächst wird die Metalloberfläche über verschiedene Lösungsmittel oder spezielle Reinigungsmittel entfettet. Anschließend erfolgt die Aktivierung/Dekapierung der Metalloberfläche in einer Aktivatorlösung (10%ige Salzsäure, 5-10% Schwefelsäure) bei 3 V (1,0 A) für ca. 1 min mit einer Edelstahl- oder Graphitelektrode. Nach Spülen mit VE-Wasser erfolgt zunächst die Aufbringungen einer Kupferbeschichtung als spätere Zwischenschicht in einem Kupferelektrolyt (alkalisch / 3 g/l) mit einer Kupferelektrode 4 V (0,4 A) für ca. 1,5 min. Nach erneutem Spülen mit VE-Wasser erfolgt das Aufbringen einer Nickelbeschichtung in einem Nickelelektrolyt (60 g/l) mittels Nickelelektrode bei 5 bis 7 V (0,8 A) für einen Zeitraum von ca. 2 min. Abschließend wird die so erhaltene Mahlkugel mit VE-Wasser gespült. Der so erhaltene Formkörper weist eine Schichtdicke an Nickel von ca. 119 nm auf. Die Schicht aus Kupfer dient als haftvermittelnde Zwischenschicht. Die Schicht an Nickel stellt hierin die äußere Schicht dar, die als katalytisch aktives Material dient.First, the metal surface is degreased using various solvents or special cleaning agents. The metal surface is then activated/pickled in an activator solution (10% hydrochloric acid, 5-10% sulfuric acid) at 3 V (1.0 A) for approx. 1 minute using a stainless steel or graphite electrode. After rinsing with deionized water, a copper coating is first applied as a later intermediate layer in a copper electrolyte (alkaline / 3 g/l) with a copper electrode 4 V (0.4 A) for approx. 1.5 minutes. After rinsing again with deionized water water, a nickel coating is applied in a nickel electrolyte (60 g/l) using a nickel electrode at 5 to 7 V (0.8 A) for a period of approx. 2 minutes. Finally, the grinding ball obtained in this way is rinsed with deionized water. The molding thus obtained has a layer thickness of nickel of about 119 nm. The copper layer serves as an adhesion-promoting intermediate layer. The layer of nickel herein represents the outer layer serving as the catalytically active material.

1.3 Vergolden von Mahlkugeln aus Stahl mit einer Zwischenschicht aus Kupfer und einer Nickelschicht als Haftvermittler:1.3 Gold plating of steel grinding balls with an intermediate layer of copper and a layer of nickel as an adhesion promoter:

Bei der unter Punkt 1.2 erhaltene mit Kupfer und Nickel beschichtete Mahlkugel aus Stahl erfolgt das Aufbringen einer Goldbeschichtung in einem Goldelektrolyten (8 g/l) mit Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode bei 5 bis 10 V (0,1 A) für ca. 1,5 min. Abschließend wird die so erhaltene Mahlkugel mit VE-Wasser gespült. Die Schichten aus Kupfer und Nickel dienen als haftvermittelnde erste und zweite Zwischenschicht. Die Schicht an Gold stellt hierin die äußere Schicht dar, die als katalytisch aktives Material dient.In the case of the steel grinding ball coated with copper and nickel obtained under point 1.2, a gold coating is applied in a gold electrolyte (8 g/l) with a stainless steel, platinum or graphite electrode at 5 to 10 V (0.1 A) for approx. 1.5 min Finally, the grinding ball obtained in this way is rinsed with deionized water. The layers of copper and nickel serve as an adhesion-promoting first and second intermediate layer. The layer of gold herein represents the outer layer serving as the catalytically active material.

1.4 Direktes Vergolden von Mahlkugeln aus Stahl:1.4 Direct gold plating of steel grinding balls:

Zunächst wird die Metalloberfläche über verschiedene Lösungsmittel oder spezielle Reinigungsmittel entfettet. Anschließend erfolgt die Aktivierung/Dekapierung der Metalloberfläche in einer Aktivatorlösung (10%ige Salzsäure, 5-10% Schwefelsäure) bei 3 V (1,0 A) für ca. 1 min mit einer Edelstahl- oder Graphitelektrode. Nach Spülen mit VE-Wasser erfolgt die Aufbringungen der Goldbeschichtung in einem Goldelektrolyten (8 g/l, ein Gold-Cyanid-Komplex) mit einer Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode bei 5 bis 10 V (0,1 A) für ca. 1,5 min. Abschließend wird die so erhaltene Mahlkugel mit VE-Wasser gespült. Die Schicht an Gold stellt hierin die äußere Schicht dar, die als katalytisch aktives Material dient.First, the metal surface is degreased using various solvents or special cleaning agents. The metal surface is then activated/pickled in an activator solution (10% hydrochloric acid, 5-10% sulfuric acid) at 3 V (1.0 A) for approx. 1 minute using a stainless steel or graphite electrode. After rinsing with deionized water, the gold coating is applied in a gold electrolyte (8 g/l, a gold-cyanide complex) with a stainless steel, platinum or graphite electrode at 5 to 10 V (0.1 A) for approx. 1.5 min Finally, the grinding ball obtained in this way is rinsed with deionized water. The layer of gold herein represents the outer layer serving as the catalytically active material.

1.5 Palladinieren einer vierfach beschichteten Mahlkugel aus Stahl:1.5 Palladium plating of a quadruple coated steel grinding ball:

Die Metalloberfläche des Kernmaterials besteht hierin aus Stahl und wird über verschiedene Lösungsmittel oder spezielle Reinigungsmittel entfettet. Anschließend erfolgt die Aktivierung/Dekapierung der Metalloberfläche in einer Aktivatorlösung (10%ige Salzsäure, 5-10% Schwefelsäure) bei 3 V (1,0 A) für ca. 1 min mit einer Edelstahl- oder Graphitelektrode. Die so gereinigte Mahlkugel wird mit VE-Wasser gespült. Anschließend erfolgt die sukzessive Beschichtung mit (1) Kupfer in einem Kupferelektrolyt (alkalisch / 3 g/l) mit einer Kupferelektrode bei 4 V (0,4 A) für ca. 1,5 min, danach mit (2) Nickel in einem Nickelelektrolyten (60 g/l) mit einer Nickelelektrode bei 5 bis 7 V (0,8 A) für ca. 2 min, mit (3) Gold in einem Goldelektrolyt (8 g/l) mit einer Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode bei 5 bis 10 V (0,1 A) für ca. 1,5 min und abschließend erfolgt die Beschichtung der Goldschicht als dritte Zwischenschicht mit Palladium in einem Palladiumelektrolyt (2 g/l) mit einer Platin- oder Graphitelektrode 3-5 V (0,1 A) für ca. 1 min. Selbstverständlich wird der Formkörper nach jedem Beschichtungsschritt mit VE Wasser gespült. Die Schichten aus Kupfer, Nickel und Gold dienen als haftvermittelnde erste, zweite und dritte Zwischenschicht. Die Schicht aus Palladium stellt hierin die äußere Schicht dar, die als katalytisch aktives Material dient.The metal surface of the core material consists of steel and is degreased using various solvents or special cleaning agents. This is followed by activation/decapping the metal surface in an activator solution (10% hydrochloric acid, 5-10% sulfuric acid) at 3 V (1.0 A) for approx. 1 min with a stainless steel or graphite electrode. The grinding ball cleaned in this way is rinsed with deionized water. This is followed by successive coating with (1) copper in a copper electrolyte (alkaline / 3 g/l) with a copper electrode at 4 V (0.4 A) for approx. 1.5 min, then with (2) nickel in a nickel electrolyte (60 g/l) with a nickel electrode at 5 to 7 V (0.8 A) for approx. 2 min, with (3) gold in a gold electrolyte (8 g/l) with a stainless steel, platinum or graphite electrode 5 to 10 V (0.1 A) for approx. 1.5 min and finally the gold layer is coated as the third intermediate layer with palladium in a palladium electrolyte (2 g/l) with a platinum or graphite electrode 3-5 V (0 ,1 A) for approx. 1 min. Of course, the molding is rinsed with deionized water after each coating step. The layers of copper, nickel and gold serve as an adhesion-promoting first, second and third intermediate layer. The layer of palladium herein represents the outer layer serving as the catalytically active material.

1.6 Ruthenieren einer Mahlkugel aus Stahl:1.6 Ruthenizing of a steel grinding ball:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Aktivierung/Dekapierung der Metalloberfläche in Aktivatorlösung (meist 10%ige Salzsäure, 5-10% Schwefelsäure) bei 3 V (1,0 A) ca. 1 min mit einer Edelstahl oder Graphitelektrode.- Activation/decapping of the metal surface in an activator solution (usually 10% hydrochloric acid, 5-10% sulfuric acid) at 3 V (1.0 A) for approx. 1 min with a stainless steel or graphite electrode.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Kupferbeschichtung in Kupferelektrolyt (alkalisch / 3 g/l) mit Kupferelektrode 4 V (0,4 A) ca. 1,5 min.- Copper coating in copper electrolyte (alkaline / 3 g/l) with copper electrode 4 V (0.4 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Nickelbeschichtung in Nickelelektrolyt (60 g/l) mit Nickelelektrode 5-7V (0,8 A) ca. 2 min.- Nickel coating in nickel electrolyte (60 g/l) with nickel electrode 5-7V (0.8 A) approx. 2 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Goldbeschichtung in Goldelektrolyt (8 g/l) mit Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode 5-10 V (0,1 A) ca. 1,5 min.- Gold coating in gold electrolyte (8 g/l) with stainless steel, platinum or graphite electrode 5-10 V (0.1 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Dekapieren: Mit 10%iger Schwefelsäure waschen und abreiben- Pickling: Wash with 10% sulfuric acid and rub off
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Rutheniumbeschichtung in Rutheniumelektrolyd (2,5 g/l) auf 45- 60 °C mit Platin- oder Graphitelektrode 3 V (0,1 A) ca. 4 min.- Ruthenium coating in ruthenium electrolyte (2.5 g/l) at 45-60 °C with platinum or graphite electrode 3 V (0.1 A) approx. 4 min.

2.1 Nickel verkupfern:2.1 Copper plating of nickel:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Aktivierung/Dekapierung der Metalloberfläche in Aktivatorlösung (meist 10%ige Salzsäure, 5-10% Schwefelsäure) bei 3 V (1,0 A) ca. 1 min mit einer Edelstahl oder Graphitelektrode.- Activation/decapping of the metal surface in an activator solution (usually 10% hydrochloric acid, 5-10% sulfuric acid) at 3 V (1.0 A) for approx. 1 min with a stainless steel or graphite electrode.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Kupferbeschichtung in Kupferelektrolyt (alkalisch / 3 g/l) mit Kupferelektrode 4 V (0,4 A) ca. 1,5 min.- Copper coating in copper electrolyte (alkaline / 3 g/l) with copper electrode 4 V (0.4 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)

2.2 Nickel vergolden:2.2 Gold plated nickel:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Aktivierung/Dekapierung der Metalloberfläche in Aktivatorlösung (meist 10%ige Salzsäure, 5-10% Schwefelsäure) bei 3 V (1,0 A) ca. 1 min mit einer Edelstahl oder Graphitelektrode.- Activation/decapping of the metal surface in an activator solution (usually 10% hydrochloric acid, 5-10% sulfuric acid) at 3 V (1.0 A) for approx. 1 min with a stainless steel or graphite electrode.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Goldbeschichtung in Goldelektrolyt (8 g/l) mit Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode 5-10 V (0,1 A) ca. 1,5 min.- Gold coating in gold electrolyte (8 g/l) with stainless steel, platinum or graphite electrode 5-10 V (0.1 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)

2.3 Nickel palladinieren:2.3 Palladium plating of nickel:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Aktivierung/Dekapierung der Metalloberfläche in Aktivatorlösung (meist 10%ige Salzsäure, 5-10% Schwefelsäure) bei 3 V (1,0 A) ca. 1 min mit einer Edelstahl oder Graphitelektrode.- Activation/decapping of the metal surface in an activator solution (usually 10% hydrochloric acid, 5-10% sulfuric acid) at 3 V (1.0 A) for approx. 1 min with a stainless steel or graphite electrode.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Goldbeschichtung in Goldelektrolyt (8 g/l) mit Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode 5-10 V (0,1 A) ca. 1,5 min.- Gold coating in gold electrolyte (8 g/l) with stainless steel, platinum or graphite electrode 5-10 V (0.1 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Palladiumbeschichtung in Palladiumelektrolyt (2 g/l) mit Platin- oder Graphitelektrode 3-5 V (0,1 A) ca. 1 min.- Palladium coating in palladium electrolyte (2 g/l) with platinum or graphite electrode 3-5 V (0.1 A) approx. 1 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)

2.4 Nickel ruthenieren:2.4 Ruthenate nickel:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Aktivierung/Dekapierung der Metalloberfläche in Aktivatorlösung (meist 10%ige Salzsäure, 5-10% Schwefelsäure) bei 3 V (1,0 A) ca. 1 min mit einer Edelstahl oder Graphitelektrode.- Activation/decapping of the metal surface in an activator solution (usually 10% hydrochloric acid, 5-10% sulfuric acid) at 3 V (1.0 A) for approx. 1 min with a stainless steel or graphite electrode.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Goldbeschichtung in Goldelektrolyt (8 g/l) mit Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode 5-10 V (0,1 A) ca. 1,5 min.- Gold coating in gold electrolyte (8 g/l) with stainless steel, platinum or graphite electrode 5-10 V (0.1 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Dekapieren: Mit 10%iger Schwefelsäure waschen und abreiben- Pickling: Wash with 10% sulfuric acid and rub off
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Rutheniumbeschichtung in Rutheniumelektrolyd (2,5 g/l) auf 45-60 °C mit Platin- oder Graphitelektrode 3 V (0,1 A) ca. 4 min.- Ruthenium coating in ruthenium electrolyte (2.5 g/l) at 45-60 °C with platinum or graphite electrode 3 V (0.1 A) approx. 4 min.

3.1 Bronze vernickeln:3.1 Nickel plating bronze:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Nickelbeschichtung in Nickelelektrolyt (60 g/l) mit Nickelelektrode 5-7V (0,8 A) ca. 2 min.- Nickel coating in nickel electrolyte (60 g/l) with nickel electrode 5-7V (0.8 A) approx. 2 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)

3.2 Bronze direkt vergolden:3.2 Direct gilding of bronze:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Goldbeschichtung in Goldelektrolyt (8 g/l) mit Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode 5-10 V (0,1 A) ca. 1,5 min.- Gold coating in gold electrolyte (8 g/l) with stainless steel, platinum or graphite electrode 5-10 V (0.1 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)

3.3 Bronze vergolden:3.3 Gilding bronze:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Nickelbeschichtung in Nickelelektrolyt (60 g/l) mit Nickelelektrode 5-7V (0,8 A) ca. 2 min.- Nickel coating in nickel electrolyte (60 g/l) with nickel electrode 5-7V (0.8 A) approx. 2 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Nickelbeschichtung in Nickelelektrolyt (60 g/l) mit Nickelelektrode 5-7V (0,8 A) ca. 2 min.- Nickel coating in nickel electrolyte (60 g/l) with nickel electrode 5-7V (0.8 A) approx. 2 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Goldbeschichtung in Goldelektrolyt (8 g/l) mit Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode 5-10 V (0,1 A) ca. 1,5 min.- Gold coating in gold electrolyte (8 g/l) with stainless steel, platinum or graphite electrode 5-10 V (0.1 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)

3.4 Bronze palladinieren:3.4 Palladium Bronze:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Nickelbeschichtung in Nickelelektrolyt (60 g/l) mit Nickelelektrode 5-7V (0,8 A) ca. 2 min.- Nickel coating in nickel electrolyte (60 g/l) with nickel electrode 5-7V (0.8 A) approx. 2 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Nickelbeschichtung in Nickelelektrolyt (60 g/l) mit Nickelelektrode 5-7V (0,8 A) ca. 2 min.- Nickel coating in nickel electrolyte (60 g/l) with nickel electrode 5-7V (0.8 A) approx. 2 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Goldbeschichtung in Goldelektrolyt (8 g/l) mit Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode 5-10 V (0,1 A) ca. 1,5 min.- Gold coating in gold electrolyte (8 g/l) with stainless steel, platinum or graphite electrode 5-10 V (0.1 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Palladiumbeschichtung in Palladiumelektrolyt (2 g/l) mit Platin- oder Graphitelektrode 3-5 V (0,1 A) ca. 1 min.- Palladium coating in palladium electrolyte (2 g/l) with platinum or graphite electrode 3-5 V (0.1 A) approx. 1 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)

3.5 Bronze ruthenieren:3.5 Ruthenizing Bronze:

  • - Metalloberfläche entfetten über verschiedene Lösungmittel oder spezieller Reinigungsmittel- Degrease the metal surface using various solvents or special cleaning agents
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Nickelbeschichtung in Nickelelektrolyt (60 g/l) mit Nickelelektrode 5-7V (0,8 A) ca. 2 min.- Nickel coating in nickel electrolyte (60 g/l) with nickel electrode 5-7V (0.8 A) approx. 2 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Goldbeschichtung in Goldelektrolyt (8 g/l) mit Edelstahl-, Platin- oder Graphitelektrode 5-10 V (0,1 A) ca. 1,5 min.- Gold coating in gold electrolyte (8 g/l) with stainless steel, platinum or graphite electrode 5-10 V (0.1 A) approx. 1.5 min.
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Dekapieren: Mit 10%iger Schwefelsäure waschen und abreiben- Pickling: Wash with 10% sulfuric acid and rub off
  • - Spülen (VE-Wasser)- Rinse (deionized water)
  • - Rutheniumbeschichtung in Rutheniumelektrolyd (2,5 g/l) auf 45- 60 °C mit Platin- oder Graphitelektrode 3 V (0,1 A) ca. 4 min.- Ruthenium coating in ruthenium electrolyte (2.5 g/l) at 45-60 °C with platinum or graphite electrode 3 V (0.1 A) approx. 4 min.

4.1 K-Monel/ Monel® K-500 vergolden:4.1 K-Monel/ Monel® K-500 gold plating:

  • - Siehe: 2.2 Nickel vergolden:- See: 2.2 gilding nickel:

4.2 K-Monel/ Monel® K-500 palladinieren:4.2 Palladium plating of K-Monel/ Monel® K-500:

  • - Siehe: 2.3 Nickel palladinieren:- See: 2.3 Palladium plating of nickel:

4.3 K-Monel/ Monel® K-500 ruthenieren:4.3 K-Monel/ Monel® K-500 ruthenate:

  • - Siehe: 2.4 Nickel ruthenieren:- See: 2.4 Ruthenizing nickel:

Reaktionen:Reactions:

Verkupferte Oberflächen als äußere Schichten als katalytisch aktives Material:

  • - Glaserkupplung (Homokupplung):
Copper-plated surfaces as outer layers as catalytically active material:
  • - Glaser coupling (homo-coupling):

Palladinierte Oberflächen als äußere Schichten als katalytisch aktives Material:

  • - Carbonylierung
  • - Oxidation
  • - Stillekupplung
  • - Suzukikupplung:
Palladium plated surfaces as outer layers as catalytically active material:
  • - carbonylation
  • - oxidation
  • - Silent clutch
  • - Suzuki clutch:

Galvanisieren einer MahlkugelElectroplating a grinding ball

Die zu beschichtende Mahlkugel (beispielhaft für ein Kernmaterial) wird vor dem Galvanisieren gründlich gereinigt und vollständig entfettet. Anschließend wir die Mahlkugel für etwa 1 min bei 3 V (1 A) mit einer Aktivatorlösung (i.d.R. 10% HCl, 10%ige H2SO4) mittels Stift- oder Badgalvanik dekapiert. Dies geschieht über eine Edelstahlelektrode. Die Kugel wird mit Vollentsalztem Wasser gründlich gespült. Nun wird die Kugel durch einen Goldelektrolyten (8 g/l) bei 5 V (0,1 A) für etwa 1,5 min mit einer Edelstahl-, Platin oder Graphitelektrode mittels Bad- oder Stiftgalvanik vergoldet. Je nach zu vergoldender Oberfläche kann dies schneller (Nickel, >1 min) oder langsamer (Stahl bis zu 2 min.) von statten gehen. Die vergoldete Kugel wird gründlich gespült (VE-Wasser). Um das Palladium auf die Kugel abzuscheiden, wird diese in ein Palladiumelektrolyt (2 g/l) bei 3-5 V (0,1 A) für etwa 1 min. gegeben. Als Elektrodenmaterial kann hier Platin oder Graphit dienen.The grinding ball to be coated (example of a core material) is thoroughly cleaned and completely degreased before electroplating. The grinding ball is then pickled for about 1 minute at 3 V (1 A) with an activator solution (usually 10% HCl, 10% H 2 SO 4 ) using pin or bath plating. This is done using a stainless steel electrode. The ball is thoroughly rinsed with deionized water. Now the sphere is gold-plated with a gold electrolyte (8 g/l) at 5 V (0.1 A) for about 1.5 minutes with a stainless steel, platinum or graphite electrode using bath or pen plating. Depending on the surface to be gilded, this can be quicker (nickel, >1 min) or slower (steel up to 2 min.). The gold-plated ball is thoroughly rinsed (DI water). In order to deposit the palladium onto the ball, it is placed in a palladium electrolyte (2 g/l) at 3-5 V (0.1 A) for about 1 min. Platinum or graphite can serve as electrode material here.

Je nach Material lässt sich Gold nicht direkt auf die Oberfläche abscheiden, sodass diese erst verkupfert wird. Dies funktioniert mittels Kupferelektrode in einem Kupferelektrolyten bei 3 - 4 V (0,4 A) für etwa 1,5 min. Des Weiteren kann eine Nickelschicht als Diffusionssperre und Haftungsvermittler aufgetragen werden. Die Nickelabscheidung wird durch ein Nickelelektrolyten (60 g/l) mit einer Nickelelektrode bei 5-7 V (0,8 A) für etwa 2min. durchgeführt. Die Nickelbeschichtung wird vor allem auf Kupferoberflächen angewendet. Anschließend kann wie oben beschrieben beschichtet werden.Depending on the material, gold cannot be deposited directly onto the surface, so it is copper-plated first. This works using a copper electrode in a copper electrolyte at 3 - 4 V (0.4 A) for about 1.5 minutes. A layer of nickel can also be applied as a diffusion barrier and adhesion promoter. The nickel deposition is carried out by a nickel electrolyte (60 g/l) with a nickel electrode at 5-7 V (0.8 A) for about 2 min. carried out. Nickel plating is mainly used on copper surfaces. Then it can be coated as described above.

Nichtleitende Materialien wie Kunststoffe (PTFE, PP, PMA, PFA), Keramiken (Zirkonoxid ZrO2), oder Naturstoffe (Holz) müssen zuvor mit einem Leitlack beschichtet werden. Hierfür eignen sich Kupfer-, Silber- und Graphit Leitlacke. Um die Kugeln mit dem Lack zu beschichten muss dieser vollkommen gereinigt und entfettet werden. Der Lack kann nun aufgepinselt oder bevorzugt gesprüht werden. Nach der Trocknung der Kugel kann diese wie oben beschrieben galvanisiert werden.Non-conductive materials such as plastics (PTFE, PP, PMA, PFA), ceramics (zirconium oxide ZrO 2 ), or natural materials (wood) must first be coated with a conductive paint. Copper, silver and graphite conductive paints are suitable for this. In order to coat the balls with the paint, it must be completely cleaned and degreased. The paint can now be brushed on or preferably sprayed. After the ball has dried, it can be electroplated as described above.

Als Materialien, die direkt galvanisch beschichtet werden können eigenen sich verschiedene Stähle, Nickel, Kupfer, Bronze, Messing, Monel, Gold, Palladium, Rhodium, Platin, Ruthenium, sowie weitere Nickel- oder Kupferhaltige Legierungen. Table 1: Beispiele für geeignete Stahlsorten Werkstoffnummer 1.0304 1.3505 1.4034 1.4125 1.4301 1.4401 Various steels, nickel, copper, bronze, brass, monel, gold, palladium, rhodium, platinum, ruthenium, and other alloys containing nickel or copper are suitable as materials that can be electroplated directly. Table 1: Examples of suitable steel grades material number 1.0304 1.3505 1.4034 1.4125 1.4301 1.4401

Neben Palladium können weitere katalytisch aktive Übergangsmetalle beschichtet werden. Hierzu eignen sich insbesondere Rhodium, Ruthenium, Platin, Rhenium, Osmium und weitere.In addition to palladium, other catalytically active transition metals can be coated. Rhodium, ruthenium, platinum, rhenium, osmium and others are particularly suitable for this purpose.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 2007/023295 A2 [0005, 0006]WO 2007/023295 A2 [0005, 0006]
  • US 9206098 B2 [0006]US 9206098 B2 [0006]
  • US 9701542 B2 [0008]US 9701542 B2 [0008]
  • DE 102019117437 [0011]DE 102019117437 [0011]
  • WO 0053656 [0071]WO 0053656 [0071]
  • WO 2004/022626 A1 [0071]WO 2004/022626 A1 [0071]

Claims (22)

Mechanochemisches Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen zumindest eines Edukts; b) Bereitstellen eines Formkörpers, wobei der Formkörper zumindest ein katalytisch aktives Material umfasst; und c) direktes Vermahlen des zumindest einen Edukts zu einem Produkt durch energieübertragendes Inkontaktbringen dieser mit dem Formkörper; dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper ein inertes Kernmaterial und zumindest eine Außenschicht aufweist, die aus dem katalytisch aktiven Material gebildet ist und wobei die Außenschicht auf der Oberfläche des Kernmaterials angeordnet ist.Mechanochemical process for the direct heterogeneous catalysis of a chemical reaction, comprising the following steps: a) providing at least one starting material; b) providing a shaped body, wherein the shaped body comprises at least one catalytically active material; and c) direct grinding of the at least one starting material to form a product by bringing it into contact with the shaped body in an energy-transferring manner; characterized in that the shaped body has an inert core material and at least one outer layer which is formed from the catalytically active material and wherein the outer layer is arranged on the surface of the core material. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schichtdicke der Außenschicht im Bereich zwischen 1 nm und 1 mm liegt.procedure after claim 1 , wherein the layer thickness of the outer layer is in the range between 1 nm and 1 mm. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Außenschicht, die aus dem katalytisch aktiven Material gebildet ist, weniger als 10 Gew.-% des Gesamtgewichts des Formkörpers ausmacht.procedure after claim 1 or 2 , wherein the outer layer, which is formed from the catalytically active material, makes up less than 10% by weight of the total weight of the shaped body. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen der Oberfläche des Kernmaterials und der Außenschicht eine Zwischenschicht angeordnet ist.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , wherein an intermediate layer is arranged between the surface of the core material and the outer layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine erste Art und eine zweite Art eines Formkörpers vorgesehen ist, wobei die erste Art des Formkörpers ein erstes Kernmaterial und ein auf dessen Oberfläche angeordnetes erstes katalytisch aktives Material aufweist, und wobei die zweite Art des Formkörpers ein zweites Kernmaterial und ein auf dessen Oberfläche angeordnetes zweites katalytisch aktives Material aufweist.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , wherein a first type and a second type of shaped body is provided, wherein the first type of shaped body has a first core material and a first catalytically active material arranged on its surface, and wherein the second type of shaped body has a second core material and a on its surface arranged second catalytically active material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein erster Teil der Oberfläche des Kernmaterials mit einem ersten katalytisch aktiven Material und ein zweiter Teil der Oberfläche des Kernmaterials mit einem zweiten katalytisch aktiven Material ausgebildet ist.Procedure according to one of Claims 1 until 5 , wherein a first part of the surface of the core material is formed with a first catalytically active material and a second part of the surface of the core material is formed with a second catalytically active material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest eines der Edukte in der heterogen katalysierten chemischen Reaktion als Feststoff eingesetzt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 6 , wherein at least one of the starting materials in the heterogeneously catalyzed chemical reaction is used as a solid. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Feststoffanteil in der heterogen katalysierten chemischen Reaktion mehr als 30 Gew.-% beträgt.Procedure according to one of Claims 1 until 7 , wherein the solids content in the heterogeneously catalyzed chemical reaction is more than 30% by weight. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das katalytisch aktive Material ein Metall aus der Gruppe bestehend aus einem Metall der Gruppen 3 bis 13 des Periodensystems, vorzugsweise Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru, Rh, Re, Ni, Fe, Co, Cr, V oder ein Gemisch daraus umfasst.Procedure according to one of Claims 1 until 8th , wherein the catalytically active material is a metal from the group consisting of a metal of groups 3 to 13 of the periodic table, preferably Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru, Rh, Re, Ni, Fe, Co, Cr, V or comprises a mixture thereof. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das katalytisch aktive Material ein Kompressionsmodul von zumindest 160 GPa aufweist.Procedure according to one of Claims 1 until 9 , wherein the catalytically active material has a bulk modulus of at least 160 GPa. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das katalytisch aktive Material eine Mohshärte von zumindest 3,0 aufweist.Procedure according to one of Claims 1 until 10 , wherein the catalytically active material has a Mohs hardness of at least 3.0. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Formkörper als Komponente einer Kugelmühle, einer Exzenterschwingmühle, einer Rotorschlagmühle, einer Stiftmühle oder eines Extruders ausgebildet ist.Procedure according to one of Claims 1 until 11 , wherein the shaped body is designed as a component of a ball mill, an eccentric vibratory mill, a rotor impact mill, a pin mill or an extruder. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der chemischen Reaktion eine feste zweite Aktivkomponente so zugesetzt ist, dass der Gesamtanteil an Feststoffen aller an der chemischen Reaktion beteiligten Komponenten mehr als 30 Gew.-% beträgt.Procedure according to one of Claims 1 until 12 , wherein a solid second active component is added to the chemical reaction in such a way that the total proportion of solids of all components involved in the chemical reaction is more than 30% by weight. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der chemischen Reaktion ein inerter Feststoff so zugesetzt ist, dass der Gesamtanteil an Feststoffen aller an der chemischen Reaktion beteiligten Komponenten mehr als 30 Gew.-% beträgt.Procedure according to one of Claims 1 until 13 , wherein an inert solid is added to the chemical reaction in such a way that the total proportion of solids of all components involved in the chemical reaction is more than 30% by weight. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion als Festphasenreaktion durchgeführt wird.Procedure according to one of Claims 1 until 14 , wherein the method for directly heterogeneously catalyzing a chemical reaction is carried out as a solid phase reaction. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der chemischen Reaktion eine Flüssigkeit mit einer Menge im Bereich zwischen 0 und 1 µl Flüssigkeit pro mg bemessen an allen Komponenten der chemischen Reaktion zugesetzt ist.Procedure according to one of Claims 1 until 15 wherein a liquid is added to the chemical reaction in an amount in the range between 0 and 1 µl of liquid per mg measured on all components of the chemical reaction. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das energieübertragende Inkontaktbringen der Edukte mit dem Formkörper gemäß Schritt (c) wiederholt über einen Zeitraum von zumindest 5 Minuten erfolgt.Procedure according to one of Claims 1 until 16 , wherein the energy-transferring contacting of the starting materials with the shaped body in step (c) takes place repeatedly over a period of at least 5 minutes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Außenschicht des Formkörpers aus dem katalytisch aktiven Material besteht.Procedure according to one of Claims 1 until 17 , wherein the outer layer of the shaped body consists of the catalytically active material. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei der Formkörper ein Mahlreaktor und/oder eine Mahlkugel ist.Procedure according to one of Claims 1 until 18 , wherein the shaped body is a grinding reactor and/or a grinding ball. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die heterogen katalysierte chemische Reaktion eine Hydroformylierung, Hydrierung, Isomerisierung, Reduktion, Dehydrierungsreaktion, Olefinmethathese, Hydroformylierung, Arylaminierung, Hydrosilylierung, Kreuzkupplungsreaktion, Olefindimerisierung, Olefinoligomerisierung, Cyclopropanierung, Reduktion von Halogenarenen, Polymerisation, Polymerisation oder Telomerisationsreaktionen ist.Procedure according to one of Claims 1 until 19 wherein the heterogeneously catalyzed chemical reaction is a hydroformylation, hydrogenation, isomerization, reduction, dehydrogenation reaction, olefin metathesis, hydroformylation, arylamination, hydrosilylation, cross-coupling reaction, olefin dimerization, olefin oligomerization, cyclopropanation, reduction of haloarenes, polymerization, polymerization, or telomerization reactions. Katalysator-Mahlformkörper zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion wie in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert, umfassend ein katalytisch aktives Material, wobei das katalytisch aktive Material ein Metall aus der Gruppe bestehend aus Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru, Rh, Re, Ni, Fe, Co, Cr, V, ein Gemisch daraus oder eine Legierung basierend auf einem Metall aus der Gruppe bestehend aus einem Metall der Gruppen 3 bis 13 des Periodensystems, vorzugsweise Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru, Rh, Re, Ni, Fe, Co, Cr, V, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper ein inertes Kernmaterial und zumindest eine Außenschicht aufweist, die aus dem katalytisch aktiven Material gebildet ist und wobei die Außenschicht auf der Oberfläche des Kernmaterials angeordnet ist.Ground shaped catalyst bodies for direct heterogeneous catalyzing of a chemical reaction as defined in any one of the preceding claims, comprising a catalytically active material, wherein the catalytically active material is a metal from the group consisting of Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru, Rh, Re, Ni, Fe, Co, Cr, V, a mixture thereof or an alloy based on a metal from the group consisting of a metal from groups 3 to 13 of the periodic table, preferably Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ru, Rh, Re, Ni, Fe, Co, Cr, V, characterized in that the shaped body has an inert core material and at least one outer layer which is formed from the catalytically active material and wherein the outer layer is arranged on the surface of the core material. Verwendung eines Katalysator-Mahlformkörper nach Anspruch 21 als heterogenen Katalysator in einem Verfahren zum direkten heterogenen Katalysieren einer chemischen Reaktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20.Use of a shaped catalyst mill body Claim 21 as a heterogeneous catalyst in a process for directly heterogeneously catalyzing a chemical reaction according to any one of Claims 1 until 20 .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024200284A1 (en) * 2023-03-27 2024-10-03 RUHR-UNIVERSITäT BOCHUM Method for direct mechanocatalysis

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000053656A1 (en) 1999-03-05 2000-09-14 Cambridge Display Technology Limited Polymer preparation
WO2004022626A1 (en) 2002-09-06 2004-03-18 Covion Organic Semiconductors Gmbh Method for the production of aryl-aryl coupled compounds
WO2007023295A2 (en) 2005-08-25 2007-03-01 The Queen's University Of Belfast Use of grinding in chemical synthesis
US9206098B2 (en) 2012-10-09 2015-12-08 Studiengesellschaft Kohle Mbh Method for obtaining sugar alcohols having five to six carbon atoms
US9701542B2 (en) 2013-01-16 2017-07-11 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Mechanochemical synthesis of hexagonal OsB2
DE102019117437A1 (en) 2019-06-27 2020-12-31 Technische Universität Dresden Mechanochemical synthesis process using a catalytically active shaped body

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000053656A1 (en) 1999-03-05 2000-09-14 Cambridge Display Technology Limited Polymer preparation
WO2004022626A1 (en) 2002-09-06 2004-03-18 Covion Organic Semiconductors Gmbh Method for the production of aryl-aryl coupled compounds
WO2007023295A2 (en) 2005-08-25 2007-03-01 The Queen's University Of Belfast Use of grinding in chemical synthesis
US9206098B2 (en) 2012-10-09 2015-12-08 Studiengesellschaft Kohle Mbh Method for obtaining sugar alcohols having five to six carbon atoms
US9701542B2 (en) 2013-01-16 2017-07-11 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Mechanochemical synthesis of hexagonal OsB2
DE102019117437A1 (en) 2019-06-27 2020-12-31 Technische Universität Dresden Mechanochemical synthesis process using a catalytically active shaped body

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024200284A1 (en) * 2023-03-27 2024-10-03 RUHR-UNIVERSITäT BOCHUM Method for direct mechanocatalysis

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