Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erfolgreiche Aktivierung von Sauerstoff durch Silizium

31.05.2010
Weltweit erste Herstellung von stabilen ringformigen Siliziumperoxid- und Silanonkomplexen mit einer Silizium-Sauerstoff-Doppelbindung / Veröffentlichung in „Nature Chemistry“

In der neuen Online-Ausgabe der Zeitschrift „Nature Chemistry“ (DOI: 10.1038/NCHEM.666) berichten Matthias Drieß, Professor für Chemie an der Technischen Universität Berlin und Sprecher des Exzellenzclusters UniCat, und seine Mitarbeiter über die erfolgreiche Aktivierung von Sauerstoff durch Silizium.

Zweiwertiges Silizium kann gezielt und unter milden Bedingungen das Disauerstoffmolekül der Luft aktivieren. Im ersten Schritt bildet sich ein extrem energiereiches ringförmiges Siliziumperoxid mit einem SiO2-Ring, der anschließend mindestens ein Sauerstoffatom auf eine andere Verbindung übertragen kann. Dieser SiO2-Ring war aber bisher nur bei extrem tiefen Temperaturen von - 233 °C in einer Argon-Matrix stabil. Der extrem gespannte SiO2-Dreiring konnte also nur durch Superkühlung vor dem Zerfall bewahrt werden.

Drieß und seine Mitarbeiter haben nun erstmals mithilfe eines chemischen Tricks ein bei Raumtemperatur stabiles ringförmiges (cylisches) SiO2-Molekül hergestellt und isoliert. Dazu haben sie den SiO2-Ring durch ein Elektronen spendendes Carbenteilchen stabilisiert und ein so genanntes Carben-Cyclosiliziumperoxid-Addukt gebildet.

Trotz der Bändigung (Stabilisierung) des hochreaktiven SiO2-Dreirings erfolgt anschließend im selben Molekül die Übertragung eines Sauerstoffatoms in die Carben-Silizium-Bindung. Dabei entsteht ein Harnstoff-Silaharnstoff-Addukt, dessen Struktur durch Einkristallröntgenbeugung aufgeklärt werden konnte. Mit der Bildung des Silaharnstoff-Addukts ging gleichzeitig ein seit über 100 Jahren bestehender Traum in der Siliziumchemie in Erfüllung, nämlich eine stabile Verbindung mit einer Silizium-Sauerstoff-Doppelbindung (ein Silanon) in Flaschen füllen zu können. Durch die neuen Ergebnisse werden in der Silizium-Sauerstoffchemie und bei der Aktivierung von Disauerstoff neue Maßstäbe gesetzt, die auch für eine katalytische Sauerstoffaktivierung und selektive Oxidation von organischen Stoffen und den Aufbau von Polymeren eine Bedeutung haben könnten.

Die gezielte Aktivierung des Disauerstoffmoleküls gehört zu den wichtigsten Prozessen in der Natur und in der chemischen Produktion, wobei überwiegend Metalle wie Kupfer, Gold, Platin oder Palladium zum Einsatz kommen. Die Reaktionsträgheit von molekularem Sauerstoff – ein Grund dafür, dass Papier nicht spontan brennt – hängt mit der elektronischen Struktur des Disauerstoffmoleküls zusammen. Die Natur verwendet hochkomplexe Metalloproteine für die Aktivierung von Disauerstoff, um diesen für die schrittweise Oxidation von organischen Stoffen in der Biochemie und zur Energieerzeugung in Zellen verfügbar zu machen. Wenn sich ein Disauerstoffmolekül an ein Metallzentrum eines Enzyms oder Katalysators bindet, wird das ausgesprochen träge Disauerstoffmolekül aktiviert, die Sauerstoff-Sauerstoff-Bindung geschwächt oder gar gespalten und ein Sauerstoffatom gezielt übertragen. Sauerstoff ist allgegenwärtig und ein notwendiger Rohstoff für die chemische Industrie. Die Suche nach alternativen Aktivatoren, um teure und toxische Schwermetalle zu ersetzen, ist daher von großer ökonomischer Bedeutung.

Drieß und seine Mitarbeiter beschreiben nun erstmals eine nichtmetallische Alternative zur Disauerstoffaktivierung auf der Basis von reichlich verfügbaren Ressourcen: Silizium ist ein ungiftiges Element und zentraler Bestandteil von Sand und mit zwei Drittel der Masse der Erdkruste nach Sauerstoff das zweithäufigste chemische Element.

Weitere Informationen erteilt Ihnen gern: Prof. Dr. Matthias Drieß, Technische Universität Berlin, Sprecher des Exzellenzclusters "Unifying Concepts in Catalysis", Institut für Chemie, Tel.: 030/314-29731, -22265, E-Mail: matthias.driess@tu-berlin.de, Internet: http://www.driess.tu-berlin.de/ und http://www.unicat.tu-berlin.de/

http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.666.html

Dr. Kristina R. Zerges | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Chemiker lassen Bor-Atome wandern
17.01.2020 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

nachricht Infektiöse Proteine bei Alzheimer
17.01.2020 | Klinikum der Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

Styropor oder Kupfer – beide Materialien weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf, was ihre Fähigkeit betrifft, Wärme zu leiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der Universität Bayreuth haben nun gemeinsam ein neuartiges, extrem dünnes und transparentes Material entwickelt und charakterisiert, welches richtungsabhängig unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweist. Während es in einer Richtung extrem gut Wärme leiten kann, zeigt es in der anderen Richtung gute Wärmeisolation.

Wärmeisolation und Wärmeleitung spielen in unserem Alltag eine entscheidende Rolle – angefangen von Computerprozessoren, bei denen es wichtig ist, Wärme...

Im Focus: Miniature double glazing: Material developed which is heat-insulating and heat-conducting at the same time

Styrofoam or copper - both materials have very different properties with regard to their ability to conduct heat. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz and the University of Bayreuth have now jointly developed and characterized a novel, extremely thin and transparent material that has different thermal conduction properties depending on the direction. While it can conduct heat extremely well in one direction, it shows good thermal insulation in the other direction.

Thermal insulation and thermal conduction play a crucial role in our everyday lives - from computer processors, where it is important to dissipate heat as...

Im Focus: Fraunhofer IAF errichtet ein Applikationslabor für Quantensensorik

Um den Transfer von Forschungsentwicklungen aus dem Bereich der Quantensensorik in industrielle Anwendungen voranzubringen, entsteht am Fraunhofer IAF ein Applikationslabor. Damit sollen interessierte Unternehmen und insbesondere regionale KMU sowie Start-ups die Möglichkeit erhalten, das Innovationspotenzial von Quantensensoren für ihre spezifischen Anforderungen zu evaluieren. Sowohl das Land Baden-Württemberg als auch die Fraunhofer-Gesellschaft fördern das auf vier Jahre angelegte Vorhaben mit jeweils einer Million Euro.

Das Applikationslabor wird im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag«, kurz für Quantenmagnetometrie, errichtet. In dem Projekt entwickeln Forschende von...

Im Focus: Fraunhofer IAF establishes an application laboratory for quantum sensors

In order to advance the transfer of research developments from the field of quantum sensor technology into industrial applications, an application laboratory is being established at Fraunhofer IAF. This will enable interested companies and especially regional SMEs and start-ups to evaluate the innovation potential of quantum sensors for their specific requirements. Both the state of Baden-Württemberg and the Fraunhofer-Gesellschaft are supporting the four-year project with one million euros each.

The application laboratory is being set up as part of the Fraunhofer lighthouse project »QMag«, short for quantum magnetometry. In this project, researchers...

Im Focus: Wie Zellen ihr Skelett bilden

Wissenschaftler erforschen die Entstehung sogenannter Mikrotubuli

Zellen benötigen für viele wichtige Prozesse wie Zellteilung und zelluläre Transportvorgänge strukturgebende Filamente, sogenannte Mikrotubuli.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Tagung Kraftwerk Batterie - Advanced Battery Power Conference am 24-25. März 2020 in Münster/Germany

16.01.2020 | Veranstaltungen

Leben auf dem Mars: Woher kommt das Methan?

16.01.2020 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2020

16.01.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Chemiker lassen Bor-Atome wandern

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Infektiöse Proteine bei Alzheimer

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

17.01.2020 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics