09.07.2020 - Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Ins richtige Licht gerückt - Reproduzierbare und nachhaltigere Kupplungsreaktionen

Verbesserte Methoden für Kupplungsreaktionen mit Licht durch gezielte Kontrolle der Katalysatoraktivität

Ein Forscherteam berichtet in der Fachzeitschrift Nature Catalysis, dass nachhaltige Kohlenstoff-Stickstoff Kreuzkupplungen mithilfe von einfachen Nickelsalzen, Kohlenstoffnitriden und Licht durchgeführt werden können. Die Chemiker forschen an der Verwendung von günstigen und wiederverwendbaren Halbleitern als Fotokatalysatoren in Kupplungsreaktionen.

Kohlenstoff-Stickstoff Kreuzkupplungen gehören zu den wichtigsten chemischen Reaktionen zur Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen, Pflanzenschutzmitteln und organischen Materialien. Bei diesen Reaktionen werden mithilfe eines Katalysators zwei molekulare Bausteine selektiv miteinander verknüpft. Normalerweise werden hierzu Palladiumverbindungen, die als exzellente Katalysatoren gelten, eingesetzt. Diese sind jedoch aufgrund der Seltenheit dieses Edelmetalls teuer und nicht nachhaltig. Als Alternative wird intensiv an Nickelkatalysatoren geforscht. Dazu sind jedoch meist komplexe Nickelverbindungen, sehr starke Basen oder hohe Temperaturen notwendig.

Aktivierung einfacher Nickelverbindungen durch Licht und Fotokatalysatoren

Diese Nachteile können durch Aktivierung einfacher Nickelverbindungen durch Licht und einen Fotokatalysator umgangen werden. Allerdings handelt es sich bei diesen Fotokatalysatoren in der Regel um Verbindungen, die auch aus seltenen und teuren Edelmetallen wie Iridium und Ruthenium bestehen. Zusätzlich ist das Anwendungsspektrum dieser Methoden eingeschränkt und unvollständige Reaktionen sowie nicht reproduzierbare Ergebnisse werden beobachtet.

Edelmetallfreie Verfahren für reproduzierbare Kohlenstoff-Stickstoff Kreuzkupplungen

Die Chemiker um Bartholomäus Pieber setzten sich daher zum Ziel diese Iridium- und Rutheniumfotokatalysatoren durch Kohlenstoffnitride zu ersetzen. Im Zuge Ihrer Forschung entdeckten sie, dass die Einschränkungen und die schlechte Reproduzierbarkeit dieser Reaktion auf einer Zerstörung des Nickelkatalysators beruht, welche zusätzlich zur Deaktivierung des Fotokatalysators führen kann. Eine sorgfältige Untersuchung ermöglichte den Wissenschaftlern durch Auswahl geeigneter Lichtquellen, Veränderung der Konzentration oder die Zugabe stabilisierender Additive die Zerstörung der Katalysatoren zu verhindern. Dadurch wurde das Anwendungsspektrum dieser Reaktion erheblich erweitert.

Bartholomäus Pieber, leitender Wissenschaftler der Arbeitsgruppe „Catalysis“ betont: „Die entwickelten, edelmetallfreien Verfahren eröffnen günstige, nachhaltige und vor allem reproduzierbare Kohlenstoff-Stickstoff Kreuzkupplungen, die auch mit Sonnenlicht als Energiequelle durchgeführt werden können. Wir werden als nächstes unsere Methodik für die Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen testen“.

Fakten, Hintergründe, Dossiers
  • Nickelkatalysatoren
Mehr über MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung
  • News

    Größtes synthetisches Polysaccharid hergestellt

    Chemiker des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam haben mit der Herstellung der beiden größten jemals synthetisierten Kohlenhydrate einen neuen Weltrekord aufgestellt. Unter Verwendung eines ursprünglich am Institut entwickelten Kohlenhydrat-Syntheseautomat ... mehr

    Eine Chemiefabrik für alle Fälle

    Engpässe in der Versorgung mit Medikamenten könnten sich künftig leichter vermeiden lassen. Denn mit einem Automaten für die radiale Synthese, die Chemiker des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung entwickelt haben, lassen sich medizinische Wirkstoffe und andere chemis ... mehr

    Bunte Mikroreaktoren nutzen Sonnenlicht

    Die Sonne ist die nachhaltigste Energiequelle auf unserem Planeten und lässt sich nutzen, um photochemische Reaktionen in Gang zu bringen. In der Zeitschrift Angewandte Chemie stellen Wissenschaftler einen breit anwendbaren, kostengünstigen Photo-Mikroreaktor vor. Er basiert auf „lumineszie ... mehr

  • White Paper

    Die Keimzelle der Biobatterie

    Um überschüssigen Strom von Windkraft- und Solaranlagen aufzuheben sind leistungsfähige Batterien und Kondensatoren aus nachhaltigen Materialien gefragt. mehr

  • Forschungsinstitute

    Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

    Das Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung wurde 1992 gegründet. Es wird kollegial geleitet und gliedert sich in die Abteilungen Biomaterialien, Biomolekulare Systeme, Grenzflächen, Kolloidchemie und Theorie & Bio-Systeme. Aktuelle Forschungs-schwerpunkte sind polymere F ... mehr

  • q&more Artikel

    Mit Licht im Kampf gegen Malaria

    Malaria stellt ein globales Gesundheitsproblem dar, das nur schwer in den Griff zu bekommen ist. Von den mehr als 200 Millionen Erkrankten sterben jedes Jahr über 500.000 und insbesondere für Kinder ist die Gefahr eines tödlichen Verlaufs hoch [1]. Die Krankheit wird durch einzellige Erreg ... mehr

  • Autoren

    Dr. Daniel Kopetzki

    Daniel Kopetzki, geb. 1983, studierte Chemie an der Universität Regensburg und promovierte am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam in der Abteilung Kolloidchemie. Seit Sept. 2011 arbeitet er als Postdoktorand bei Prof. Dr. Seeberger am Max-Planck-Institut fü ... mehr

    Prof. Dr. Peter Seeberger

    Peter H. Seeberger, geb. 1966, studierte Chemie an der Universität Erlangen-Nürnberg und promovierte in Biochemie an der University of Colorado. Nach einem Postdocaufenthalt am Sloan-Kettering Institute for Cancer Research in New York City war er von 1998 – 2002 Assistant Professor und Firm ... mehr