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Forscher haben einen neuen effizienten Katalysator für die Synthese sogenannter aromatischer Amine entwickelt, die zentrale Bausteine in vielen Medikamenten und Pflanzenschutzmitteln sind. Das System benötigt weniger Energie als herkömmliche Katalysatoren und ist selektiver, sodass auch weniger Abfallstoffe bei der Reaktion anfallen. Die Teams um Prof. Dr. Viktoria Däschlein-Gessner und Prof. Dr. Lukas Gooßen, die an der Ruhr-Universität Bochum im Rahmen des Exzellenzclusters Ruhr Explores Solvation kooperieren, beschreiben die Ergebnisse in der Zeitschrift Angewandte Chemie, online vorab veröffentlicht am 19. November 2018.

Angehängte organische Gruppen entscheidend

Aromatische Amine sind ringförmige stickstoffhaltige Verbindungen. Für ihre Herstellung müssen Bindungen zwischen Kohlenstoff- und Stickstoffatomen geknüpft werden. Ausgangsstoffe sind bestimmte Stickstoffverbindungen, die primären oder sekundären Amine, und ringförmige Verbindungen, die zunächst keinen Stickstoff enthalten und als Halogenaromaten bezeichnet werden. Die Reaktion ist nur mithilfe eines Palladium-Katalysators möglich. Durch Anhängen von organischen Gruppen – sogenannten Liganden – an den Metallkatalysator gelang es den Bochumer Chemikerinnen und Chemikern, die Effizienz der Reaktion deutlich zu steigern.

Auf Anhieb effizienter als herkömmliche Systeme

„Durch das neu entwickelte Ligandensystem haben wir die Aktivität der Palladium-Katalysatoren derart gesteigert, dass die Reaktion schneller und effizienter gelingt als mit den über viele Jahre optimierten Systemen“, resümiert Viktoria Däschlein-Gessner. Forschungsgruppen auf der ganzen Welt arbeiten intensiv am gezielten Design solcher Liganden. „Aber nur selten reicht die Aktivität der Neuentwicklungen an die der über Jahrzehnte kontinuierlich optimierten Katalysatoren heran“, so Däschlein-Gessner weiter.

Das in Bochum neu konzipierte System erwies sich auf Anhieb als aktiver als die in der Industrie eingesetzten Systeme. Mit ihm können chlorhaltige Aromaten mit vielen unterschiedlichen Aminen bei Raumtemperatur innerhalb von einer Stunde gekoppelt werden. Mit den bisherigen Katalysatoren sind hierfür häufig mehrere Stunden sowie Temperaturen von 100 Grad Celsius und mehr erforderlich.

„Die etablierten Katalysatoren in diesem Bereich scheinen auch nach vielen Optimierungsrunden nicht mehr viel Verbesserungspotenzial zu haben“, sagt Lukas Gooßen. „Unser Ligandensystem eröffnet jedoch neue Möglichkeiten, die Effizienz zu steigern.“

Interesse aus der Industrie bekundet

Der Lehrstuhl für Organische Chemie I, den Lukas Gooßen leitet, und der Lehrstuhl für Anorganische Chemie II, den Viktoria Däschlein-Gessner leitet, arbeiten gemeinsam daran, Katalysatorstrukturen zu optimieren und zu testen, ob die entwickelten Systeme auch auf andere Reaktionstypen übertragbar sind. Ein Industriepartner ist bereits auf das neue System aufmerksam geworden und arbeitet daran, es marktreif zu machen und großtechnisch zu nutzen.