Effektivere Katalyse für nachhaltigere Produkte |
Katalysatoren kommen überall dort zum Einsatz, wo chemische Reaktionen ablaufen. Zum Beispiel in Organismen bei der Atmung, in der chemischen Industrie bei der Produktherstellung oder im Abgasstrom des Verbrennungsmotors. Unabhängig vom Wirkungsort gilt überall das gleich Prinzip: Durch Katalysatoren laufen Reaktionen schneller ab oder werden überhaupt erst ermöglicht. Aus diesem Grund ist die Optimierung von Katalysatoren ein wichtiger Weg zu zum Beispiel mehr Ressourceneffizienz und zu einer „grüneren“ Wirtschaft.
Einem Forschungsteam des Exzellenzclusters „Unifying Systems in
Catalysis“ (UniSysCat) der Technischen Universität Berlin sowie der
Professur Organische Chemie der Technischen Universität Chemnitz unter
Leitung von Prof. Dr. Johannes Teichert ist es nun gelungen, ein
neuartiges Konzept zur Entwicklung von Katalysatoren vorzustellen.
„Während man bisher versucht hat, Katalysatoren mit einer reaktiven
Position im Molekül immer reaktiver zu machen, haben wir einen
vermeintlich unreaktiven Katalysator mit einer zweiten, chemisch
komplett unterschiedlichen Katalysatoreinheit in direkter Nachbarschaft
versehen“, beschreibt Johannes Teichert seinen neuartigen Ansatz. Das
Ergebnis ist ein sogenannter „bifunktioneller Katalysator“. Mit diesem
könne man nun die Reaktivität des vermeintlich schwachen Katalysators
derart verändern, dass auch bisher unreaktive Verbindungen umgesetzt
werden können.
Das betrifft zum Beispiel ganz konkret häufig
genutzte und gut bekannte Kupferkatalysatoren, die unter anderem bei der
Herstellung von Wirkstoffen zum Einsatz kommen. Mit diesen
Katalysatoren war es bisher nicht möglich, Ester umzusetzen. Ester sind
als Stoffgruppe essentielle Bausteine für nahezu alle chemischen
Produkte – zum Beispiel für Duft- und Parfümstoffen und vor allem auch
in Form von Polyestern als Plastik für PET-Getränkeflaschen. „Unser
bifunktioneller Katalysator sorgt dafür, dass die Kupferkatalysatoren
nun zum ersten Mal überhaupt mit Estern reagieren“, sagt Teichert.
Damit
wird es möglich, auch vermeintlich unreaktive Katalysatoren bedeutend
reaktionsfreudiger zu machen und so für chemische Reaktionen
maßzuschneidern. Damit ist die Forschungsgruppe um Johannes Teichert
einen Schritt weiter, chemische Reaktionen idealerweise komplett ohne
Abfälle und mit Wasserstoff ablaufen zu lassen. Um die Bedeutung mit
einem alltäglichen Beispiel zu erklären: Die Produktion chemischer
Produkte wird durch die Erkenntnisse von Teichert und seinem Team besser
und sauberer – so wie wenn nach dem Spülen sowohl sauberes Geschirr als
auch sauberes Wasser zurückbleiben. Zudem ist der Ansatz besonders
effizient, da alle Atome verwertet werden – Chemikerinnen und Chemiker
sprechen von der sogenannten „Atomökonomie“. Oder – um im Bild zu
bleiben: Nicht nur Geschirr und Spülwasser sind rein, sondern es wurde
auch nur exakt die Menge Wasser benutzt, die zum Spülen notwendig war.
Den Artikel finden Sie unter:
https://www.tu-chemnitz.de/tu/pressestelle/aktuell/10958
Quelle: Technische Universität Chemnitz (10/2021)
Publikation: A
Bifunctional Copper Catalyst Enables Ester Reduction with H2: Expanding
the Reactivity Space of Nucleophilic Copper Hydrides. Birte M.
Zimmermann, Trung Tran Ngoc, Dimitrios-Ioannis Tzaras, Trinadh
Kaicharla, and Johannes F. Teichert. Journal of the American Chemical
Society 2021 143 (40), 16865-16873. DOI: 10.1021/jacs.1c09626 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c09626 |