Neuartige chemische Verbindungen machen Katalysatoren effizienter

Die Gruppe geht davon aus, dass sich die Ergebnisse auf andere Katalysatoren übertragen lassen und dass die bereits zum Patent angemeldeten Systeme für eine breitere industrielle Anwendung infrage kommen. Die Ergebnisse wurden am 3. Juni 2018 vorab online veröffentlicht.

Liganden entscheiden mit über Katalysatoreigenschaften

Die Eigenschaften eines Katalysators werden nicht nur vom katalytisch aktiven Zentrum bestimmt, sondern auch von daran gebundenen Atomen oder Molekülen, die als Liganden bezeichnet werden. Forscher suchen gezielt nach solchen Liganden, um Katalysatoren zu optimieren und auf bestimmte Anwendungen maßzuschneidern.

Bei den in Bochum entwickelten Systemen handelt es sich um Phosphan-Liganden, also Verbindungen aus Phosphor und Kohlenstoffgruppen. „Phosphane sind allgegenwärtig in Katalysatoren für die Synthese komplexer Moleküle, beispielsweise Pharmazeutika, Naturstoffe oder Pflanzenschutzmittel“, sagt Viktoria Däschlein-Gessner, Mitglied im Exzellenzcluster Ruhr Explores Solvation. „Das Design der Liganden entscheidet darüber, ob ein chemischer Komplex eine Reaktion katalysieren kann und wenn ja unter welchen Bedingungen.“

Leicht herzustellen

Die neuartigen Ligandensysteme sind außergewöhnlich elektronenreiche Phosphane, die als Elektronenquelle für Katalysatoren dienen und sie so stabilisieren können. Sie können auf mehreren Wegen aus käuflich erwerbbaren Vorstufen synthetisiert werden. „Daher ist es leicht, die Liganden in verschiedenen Varianten herzustellen und ihre Eigenschaften auf eine bestimmte Anwendung maßzuschneidern“, erklärt Däschlein-Gessner.

Die Bochumer Chemiker zeigten, dass in Gold-katalysierten Reaktionen mit den Liganden hohe Umsätze bei niedrigen Temperaturen möglich waren – und zwar ohne dass es notwendig war, die Reaktion langwierig zu optimieren.

Geringe Katalysatormengen bei niedrigen Temperaturen reichen

Die Reaktionen liefen auch dann effizient ab, wenn das Team nur geringe Katalysatormengen verwendete, was gerade bei teuren Edelmetallkatalysatoren wie Gold ein wirtschaftlicher Faktor ist. „Niedrige Reaktionstemperaturen sind ebenfalls aus industrieller Sicht interessant, weil man dadurch Energiekosten einsparen und Prozesse vereinfachen kann“, unterstreicht Däschlein-Gessner einen weiteren Vorteil der Systeme.

Entscheidend für die Funktion der neuen Liganden ist ihr besonderer chemischer Aufbau mit sogenannten Ylid-Gruppen, die die Forscherinnen und Forscher in das Phosphan einbauten. Der Ligand kann nicht nur bei der Goldkatalyse eingesetzt werden, sondern auch für andere Formen der Katalyse.

Förderung

Die Arbeiten wurden vom European Research Council im Rahmen des Starting Grants YlideLigands 677749 gefördert sowie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft als Teil des Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation (EXC1069).

Originalveröffentlichung

Thorsten Scherpf, Christopher Schwarz, Lennart T. Scharf, Jana‐Alina Zur, Andreas Helbig, Viktoria H. Gessner: Ylide‐functionalized Phosphines: strong donor ligands for homogenous catalysis, in: Angewandte Chemie International Edition, 2018, DOI: 10.1002/anie.201805372

Pressekontakt

Prof. Dr. Viktoria Däschlein-Gessner
Lehrstuhl für Anorganische Chemie II
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 24174
E-Mail: viktoria.daeschlein-gessner@rub.de