Bay­reu­ther For­scher ent­wickeln neu­en Kata­ly­sa­tor: res­sour­cen­scho­nend, kosten­gün­stig und hochselektiv

Che­mi­ker der Uni­ver­si­tät Bay­reuth haben ein nach­hal­ti­ges, preis­gün­sti­ges und zugleich hoch­lei­stungs­fä­hi­ges Kata­ly­se­ver­fah­ren ent­wickelt: Es kommt ohne sel­te­ne Edel­me­tal­le aus und ermög­licht die ziel­ge­naue Her­stel­lung vie­ler Fein­che­mi­ka­li­en, Natur­pro­duk­te und medi­zi­ni­scher Wirk­stof­fe. Damit eröff­net sich ein wei­tes Spek­trum neu­er Mög­lich­kei­ten, Indu­strie­pro­zes­se deut­lich kosten­gün­sti­ger für den Ver­brau­cher und res­sour­cen­scho­nend mit Blick auf künf­ti­ge Genera­tio­nen zu gestal­ten. In der Wis­sen­schafts­zeit­schrift Sci­ence Advan­ces stel­len die Wis­sen­schaft­ler ihre For­schungs­ar­bei­ten vor.

Kata­ly­se ist eine Schlüs­sel­tech­no­lo­gie des 21. Jahr­hun­derts. Umso wich­ti­ger ist ihre Nach­hal­tig­keit unter dem Aspekt eines spar­sa­men Res­sour­cen­ver­brauchs. Der bei dem neu­en Ver­fah­ren ein­ge­setz­te Kata­ly­sa­tor lässt sich ein­fach und kosten­gün­stig auf der Basis von häu­fig vor­kom­men­den Metal­len und han­dels­üb­li­cher Holz­koh­le her­stel­len. Zugleich ist er recy­cel­bar. Wert­vol­le Res­sour­cen, bei­spiels­wei­se die ver­wen­de­ten Edel­me­tal­le Iri­di­um oder Pal­la­di­um, wer­den hier nicht für die Kata­ly­se benötigt.

Bei der indu­stri­el­len Her­stel­lung zahl­rei­cher Fein­che­mi­ka­li­en, Natur­pro­duk­te und medi­zi­ni­scher Wirk­stof­fe ist die Deoxy­ge­nie­rung ein ent­schei­den­der Schritt: Es kommt hier dar­auf an, gezielt ein­zel­ne Sauer­stoff­ato­me aus orga­ni­schen Ver­bin­dun­gen her­aus­zu­lö­sen. Der neue Kata­ly­sa­tor ist hier­zu in der Lage und benö­tigt dafür ledig­lich preis­gün­sti­ges Was­ser­stoff-Gas – auch in die­ser Hin­sicht trägt er erheb­lich zur Kosten­sen­kung bei. Dar­über hin­aus gibt es einen wei­te­ren Vor­teil: Der Kata­ly­sa­tor ist imstan­de, Sauer­stoff­ato­me aus kom­ple­xen Mole­kü­len so zu ent­fer­nen, dass benach­bar­te funk­tio­na­le Grup­pen dadurch nicht ver­än­dert oder zer­stört wer­den. Die­se hoch­s­e­lek­ti­ve Art der Deoxy­ge­nie­rung ist daher einem prä­zi­sen chir­ur­gi­schen Ein­griff ver­gleich­bar, der unmit­tel­bar benach­bar­tes Gewe­be schont und des­sen Funk­tio­nen nicht beein­träch­tigt. Folg­lich ist es mög­lich, den neu­en Kata­ly­sa­tor im Ver­lauf eines län­ge­ren Syn­the­se-Pro­zes­ses erst zu einem spä­ten Zeit­punkt ein­zu­set­zen: näm­lich dann, wenn bereits kom­ple­xe funk­tio­na­le Ein­hei­ten auf­ge­baut wor­den sind und nur weni­ge, aber ent­schei­den­de Schrit­te bis zum End­pro­dukt fehlen.

„Unse­re For­schungs­ar­bei­ten sind ein wei­te­rer Beleg dafür, dass die Ent­wick­lung lei­stungs­star­ker wie­der­ver­wend­ba­rer Kata­ly­sa­to­ren nicht auf teu­ren und sel­ten vor­kom­men­den Edel­me­tal­len basie­ren muss. Unter den zen­tra­len Aspek­ten der Nach­hal­tig­keit, der Kosten­sen­kung und der tech­no­lo­gi­schen Effi­zi­enz sind in jüng­ster Zeit bedeu­ten­de Fort­schrit­te erzielt wor­den. Das jetzt publi­zier­te neue Ver­fah­ren kann und soll auch dazu anre­gen, die­sen Weg offen­siv fort­zu­set­zen. Nicht zuletzt im Hin­blick auf das punkt­ge­naue ‚Fein­tu­ning‘ kom­ple­xer che­mi­scher Struk­tu­ren lie­gen sicher noch über­ra­schen­de Ent­deckun­gen vor uns“, sagt Prof. Dr. Rhett Kem­pe von der Uni­ver­si­tät Bay­reuth. Er hat mit sei­nem Team in Bay­reuth die For­schungs­ar­bei­ten koor­di­niert und dabei eng mit For­schern am Leib­niz Insti­tut für Neue Mate­ria­li­en in Saar­brücken (INM), an der Uni­ver­si­tät Saar­brücken sowie der FAU Erlan­gen-Nürn­berg kooperiert.

Ver­öf­fent­li­chung:

  1. Schwob, P. Kun­nas, N. de Jon­ge, C. Papp, H.-P. Stein­rück, R. Kem­pe: Gene­ral and selec­ti­ve deoxy­ge­na­ti­on by hydro­gen using a reus­able earth-abundant metal cata­lyst. Sci­ence Advan­ces, Vol. 5, no. 11. DOI: 10.1126/sciadv.aav3680