Elegante Experimente mit Licht

Licht spielt eine entscheidende Rolle bei Experimenten mit Photokatalysatoren.
Foto: MPI Kohlenforschung

Erweiterung des chemischen Werkzeugkastens dank besonderer Katalysatoren.

Forscherinnen und Forscher um Prof. Benjamin List haben eine neue Methode der Photoredox-Katalyse entwickelt. Sie haben ihre Ergebnisse nun in dem renommierten Wissenschaftsmagazin Science publiziert.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung haben den molekularen Werkzeugkoffer für effiziente, zielgerichtete Synthesen erweitert: Sie nutzen dazu einen ganz besonderen Katalysator – und die Energie des Lichts. Die Ergebnisse ihrer Arbeit haben die Wissenschaftler nun in der renommierten Zeitschrift Science veröffentlicht.

Typischerweise wird in einer sogenannten Photoredox-Reaktion das Licht von einem Photokatalysator absorbiert. Ein Elektronentransfer zwischen dem Katalysator und dem Substrat findet anschließend statt, wodurch ein hochreaktives „Radikalion“ entsteht, das verschiedene erwünschte Reaktionen eingehen kann.

Das Problem dieser „Radikale“ war bislang jedoch die mangelnde Selektivität. Ein zweiter Aktivierungsmodus war oft notwendig, um ein gewünschtes Produkt in der benötigten Reinheit zu bekommen. Dies hatte stereoselektive Photoredox Reaktionen auf spezielle, durch diesen zweiten Modus aktivierbare Substrate beschränkt.

„Die Photokatalyse ermöglicht chemische Reaktionen mit Hilfe von Licht – zum Beispiel in den Blättern von Pflanzen, aber auch bei der Herstellung von Medikamenten“, erklärt Benjamin List. Photokatalytische Reaktionen laufen über energiereiche Zwischenstufen ab, und die Kontrolle der Selektivität ihrer Reaktionen war mit chemischen Katalysatoren schwierig. „Wir liefern nun ein allgemeines Konzept zur Durchführung dieser Reaktionen mit hoher Stereoselektivität, bei denen wir spiegelbildliche Moleküle herstellen können“, sagt Benjamin List.

Konkret heißt das: Der Photokatalysator absorbiert Licht und nimmt ein Elektron des Substrats auf, also eines Reaktionspartners. Da ein Elektron negativ geladen ist, wird dieses Substrat nun automatisch positiv und verbindet sich mit einem Gegenanion. Dieses Ionenpaar ist nun an einem weiteren Reaktionsschritt beteiligt – und zwar an dem, der die Wissenschaftler tatschlich interessiert.

Der ursprüngliche Photokatalysator ist nicht mehr Teil dieses Schritts – und kann regeneriert und erneut verwendet werden, um Licht zu absorbieren und ein Elektron aufzunehmen.

Mit dieser neuen Methode ist es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung gelungen, ein weiteres molekulares Präzisionswerkzeug zu entwickeln. „Über konkrete Anwendungsbeispiele haben wir noch nicht wirklich nachgedacht“, verrät Dr. Sayantani Das, Postdoktorandin bei Benjamin List und ebenfalls am Projekt beteiligt. Doch die asymmetrische Photoredox-Katalyse könne sicherlich im Bereich der Synthese nützlich sein – beispielsweise in der Herstellung von Medikamenten oder Duftstoffen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Dr. h.c. Benjamin List
Direktor
+49(0)208/306-2410
list@kokofo.mpg.de

Originalpublikation:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade8190

https://www.kofo.mpg.de/951842/2023-01-23-photoredox?c=107972

Media Contact

Sarah-Lena Gombert Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Kohlenforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie

Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.

Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Die Zukunft der Robotik ist soft und taktil

TUD-Startup bringt Robotern das Fühlen bei. Die Robotik hat sich in den letzten Jahrzehnten in beispiellosem Tempo weiterentwickelt. Doch noch immer sind Roboter häufig unflexibel, schwerfällig und zu laut. Eine…

Stabilität von Perowskit-Solarzellen erreicht den nächsten Meilenstein

Perowskit-Halbleiter versprechen hocheffiziente und preisgünstige Solarzellen. Allerdings reagiert das halborganische Material sehr empfindlich auf Temperaturunterschiede, was im Außeneinsatz rasch zu Ermüdungsschäden führen kann. Gibt man jedoch eine dipolare Polymerverbindung zur…

EU-Projekt IntelliMan: Wie Roboter in Zukunft lernen

Entwicklung eines KI-gesteuerten Manipulationssystems für fortschrittliche Roboterdienste. Das Potential von intelligenten, KI-gesteuerten Robotern, die in Krankenhäusern, in der Alten- und Kinderpflege, in Fabriken, in Restaurants, in der Dienstleistungsbranche und im…

Partner & Förderer