Gli acidi di Lewis sono spesso impiegati in chimica organica come catalizzatori in reazioni acido-catalizzate (Diels-Alder, Friedel-Crafts, etc.). Tra gli acidi di Lewis più usati, BF3 è particolarmente popolare. Questo gas è estremamente reattivo e pericoloso e il suo uso richiede quindi particolari precauzioni. Per questa ragione BF3 viene utilizzato correntemente come forma eterata stabile (un complesso tra il BF3 e un etere, solitamente dietil etere), che comunque deve essere maneggiata con cura, sotto cappa e utilizzando tutti i DPI del caso. L'ossidazione anodica di liquidi ionici contenenti gli anioni BF4- o PF6- porta alla formazione dei corrispondenti acidi di Lewis BF3 e PF5. Questi due reattivi risultano stabili all'interno della soluzione del liquido ionico. Il vantaggio di tale generazione sta nella possibilità di ottenere l'acido di Lewis in situ, nella quantità esatta necessaria alla reazione, senza bisogno di conservazione di questo reattivo. Inoltre la generazione elettrochimica, utilizzando l'elettrone come reagente e l'energia elettrica come forma di attivazione, risulta essere particolarmente conveniente sia dal punto di vista economico che ambientale. Scopo del presente progetto di ricerca è la verifica della possibilità di usare acidi di Lewis elettrogenerati in liquidi ionici per condurre classiche reazioni organiche acido-catalizzate in maniera più sicura ed eco-sostenibile. Verrà inoltre studiato l'effetto della struttura del catione del liquido ionico sia sulla generazione elettrochimica dell'acido di Lewis, sia sulla sua reattività in classiche reazioni organiche prese come esempi. Da ultimo, verrà studiata la possibilità di riciclare il liquido ionico.
Il presente progetto di ricerca si prefigge l'obiettivo di utilizzare la tecnica elettrochimica per generare in situ e utilizzare un reagente chimico altamente reattivo e tossico.
I notevoli vantaggi insiti nell'utilizzo della elettrochimica organica (eco-compatibile, non inquinante, semplice e ultimamente alla portata di qualsiasi laboratorio di chimica organica) si sommano a quelli dovuti all'uso dei liquidi ionici.
Questi solventi sono sempre più utilizzati in chimica organica, proprio nell'ottica della "green chemistry", poichè, proprio a causa della bassissima volatilità ed alta stabilità termica e chimica, possono essere facilmente riciclati, minimizzando ulteriormente la spesa e la possibilità di inquinamento aereo dovuto all'uso dei solventi tradizionali.
Quando usati in elettrochimica, i liquidi ionici possono assolvere a varie funzioni: solventi, elettroliti di supporto e, come in questo caso, reagenti.
Per quanto a nostra conoscenza, la letteratura non riporta lavori sulla generazione elettrochimica, utilizzo e riciclo di trifluoruro di boro o altri acidi di Lewis, nonostante sia noto oramai da lungo tempo che la ossidazione anodica dell'anione tetrafluoroborato porti alla formazione di BF3.(7)
La verifica della possibilità di utilizzare tale acido di Lewis in un solvente altamente polare come un liquido ionico sarebbe un importante passo avanti verso una chimica più eco-sostenibile, come recentemente raccomandato anche dall'Europa.(14)
(7) Xiao, L.; Johnson, K. E. Electrochemistry of 1-Butyl-3-methyl-1H-imidazolium Tetrafluoroborate Ionic Liquid. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, E307-E311.
(14) Chemicals Strategy for Sustainability Towards a Toxic-Free Environment, European Commission, Brussels, 14.10.2020 COM(2020) 667.