Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Halogenbrücken als Katalysatoren - Neue Katalysatorklasse für umweltfreundlichere Produktion

13.09.2013
Katalysatoren sind wichtig für die chemische Industrie, denn sie beschleunigen Reaktionen und erhöhen deren Ausbeute.

Viele der heute eingesetzten Katalysatoren basieren auf teuren und umweltschädlichen Metallen. Stefan Huber und Florian Kniep vom Lehrstuhl für Organische Chemie der Technischen Universität München (TUM) zeigen nun eine Alternative auf: Ungiftige Verbindungen, sogenannte Halogenbrücken-Donoren, können als organische Katalysatoren wirken. Für seine Arbeit wurde Florian Kniep mit dem Forschungspreis der Firma Evonik Industries AG ausgezeichnet.


Halogenbrücken zweier Iod-Atome (blau) lockern die Bindung zwischen Chlor- (grün) und Kohlenstoffatom (grau). Das Chloratom kann so leichter gegen eine andere Gruppe ausgetauscht werden. Grafik: Stefan Huber / TUM

Etwa neunzig Prozent aller chemischen Produkte benötigen im Lauf ihrer Herstellung einen Katalysator. Dieser beschleunigt Reaktionen und reduziert den Energieaufwand. Hierbei greift er zwar ins Reaktionsgeschehen ein, wird jedoch selbst nicht verbraucht. Viele Katalysatoren können auf diese Weise ein Millionenfaches ihrer eigenen Masse an Reagenzien umwandeln und sind daher von hohem wirtschaftlichem Nutzen.

Oft jedoch basieren Katalysatoren organischer Reaktionen, wie sie beispielweise in der Kunststoffherstellung verwendet werden, auf teuren und giftigen Schwer- oder Übergangsmetallverbindungen. Organische, nicht-metallische Katalysatoren sind hier eine gute Alternative.

Viele solcher Organokatalysatoren basierten bislang auf dem Lewis-Säure/Base-Prinzip: Stark positiv polarisierte Wasserstoffatome, sogenannte Lewis-Säuren, interagieren über schwache Wasserstoffbrückenbindungen mit negativ polarisierten Substraten, sogenannten Lewis-Basen.

Nun stellen Wissenschaftler um Stefan Huber, Arbeitsgruppenleiter am Institut für Organische Chemie der Technischen Universität München (TUM) und Florian Kniep, Doktorand am Institut für Organische Chemie einen neuen Typ von Organokatalysatoren vor, der nicht über ein Wasserstoff- sondern über ein Halogenatom – beispielsweise ein Iodatom – an das Substrat bindet: sogenannte Halogenbrücken-Donoren.

Das Vorhandensein eines oder mehrerer Iodatome geben den Halogenbrücken-basierten Katalysatoren besondere Eigenschaften, die neue Einsatzbereiche eröffnen. Nach einer bekannten chemischen Regel verbinden sich sogenannte harte Lewis-Säuren, die eine geringe Polarisierbarkeit aufweisen, am besten mit ebenfalls harten Lewis-Basen. Dies ist bei den Wasserstoffbrücken-basierten Katalysatoren der Fall.

Umgekehrt reagieren leicht polarisierbare, weiche Lewis-Säuren am besten mit weichen Lewis-Basen. Die neuen Halogenbrücken-Donoren sind solche weichen Lewis-Säuren, was sie zu guten Katalysatoren für ebenfalls weiche Lewis-basische Substrate macht – ein Bereich, den die bislang verwendeten Wasserstoffbrücken-Donoren bisher kaum abdecken können.

„Langfristig erwarten wir, dass sich Halogenbrücken-basierte Organokatalysatoren und Wasserstoffbrücken-Donoren gegenseitig ergänzen“, sagt Florian Kniep. „Außerdem könnten sich Halogenbrücken als vorteilhaft für zukünftige enantioselektive Umsetzungen erweisen, bei denen gezielt nur eines von zwei möglichen Molekülen entsteht.“

Für seine herausragende Arbeit auf dem Gebiet der Organokatalyse wurde Florian Kniep Ende Juli mit dem Forschungspreis des Chemiekonzerns Evonik ausgezeichnet.

Die Arbeiten wurden vom Fonds der Chemischen Industrie, der Deutschen Forschungsge-meinschaft, der Leonhart Lorenz Stiftung und der Dr. Otto Röhm Gedächtnisstiftung unterstützt.

Originalpublikationen:

Florian Kniep, Stefan H. Jungbauer, Qi Zhang, Sebastian M. Walter, Severin Schindler, Ingo Schnapperelle, Eberhardt Herdtweck und Stefan M. Huber: Organokatalyse mit neutralen mehrzähnigen Halogenbrückendonoren, Angewandte Chemie 2013, 125, 7166-7170, DOI: 10.1002/ange.201301351

Sebastian M. Walter, Florian Kniep, Eberhart Herdtweck und Stefan M. Huber: Halogenbrücken-induzierte Aktivierung einer Kohlenstoff-Heteroatom-Bindung, Angewandte Chemie 2011, 123, 7325-7329, DOI: 10.1002/ange.201101672

Kontakt:

Dr. Stefan Huber
Lehrstuhl für Organische Chemie 1
Technische Universität München
Lichtenbergstraße 4
85747 Garching, Germany
Tel.: +49 89 289 14591
E-Mail: stefan.m.huber@tum.de

Dr. Ulrich Marsch | idw
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Woher Muskeln wissen, wie spät es ist
21.08.2018 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Bienen brauchen es bunt
20.08.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

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

Linsen im Fokus

21.08.2018 | Seminare Workshops

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Woher Muskeln wissen, wie spät es ist

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

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