Eisenkatalysator könnte wichtige chemische Reaktionen billiger und umweltfreundlicher machen

06.06.2022 - Japan

Ein Katalysator ist eine Schlüsselkomponente für viele chemische Reaktionen. Er ermöglicht die Umwandlung eines Moleküls in ein anderes Molekül, ohne selbst verändert zu werden, d. h. er kann mehrfach verwendet werden. Viele Katalysatoren werden jedoch aus Edelmetallen hergestellt, was sie teuer und potenziell umweltschädlich macht. Jetzt haben Forscher einen Katalysator aus einem viel häufiger vorkommenden Metall - Eisen - entwickelt, um eine wichtige chemische Reaktion, die Olefin-Metathese, zu erleichtern. Ihre Arbeit wurde kürzlich in Nature Catalysis veröffentlicht.

"Die Olefin-Metathese-Reaktion gehört zu den am weitesten verbreiteten katalytischen Reaktionen für die Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen", erklärte Satoshi Takebayashi, ein Forscher an der Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), der an der Arbeit beteiligt war. "Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen sind eine wichtige Bindung, die in vielen chemischen Produkten vorkommt."

Olefine sind eine Klasse von Verbindungen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen. Die Olefin-Metathese-Reaktion erzeugt neue Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, indem die Kohlenstoffatome in den Olefinen vertauscht werden. Der Katalysator erleichtert diese Vertauschung, indem er die ursprünglichen Doppelbindungen aufbricht und neue Bindungen entstehen lässt.

Einer der derzeit gängigsten Katalysatoren für diese Reaktion wird aus dem Edelmetall Ruthenium hergestellt. Ziel dieser Studie war es, die Reaktion mit einem Katalysator zu erleichtern, der aus einem viel häufiger vorkommenden Metall, nämlich Eisen, hergestellt wird, wodurch der gesamte Prozess billiger und umweltfreundlicher wird. Dies ist ein lang gehegter Wunsch der Wissenschaft, da Ruthenium und Eisen in der gleichen Gruppe des Periodensystems stehen und daher ähnliche Eigenschaften haben dürften.

Für diese Studie entwickelten die Forscher einen neuen Eisenkomplex und wiesen nach, dass er als Katalysator in der Olefin-Metathese-Reaktion verwendet werden kann. Sie wiesen nach, dass er funktioniert, indem er ein Polymer erzeugt - ein langkettiges Molekül, das aus kleineren chemischen Einheiten besteht.

Trotz des Erfolgs dieser Forschung betonte Takebayashi, dass die modernen Katalysatoren auf Rutheniumbasis immer noch viel besser geeignet sind als die neu geschaffenen Katalysatoren auf Eisenbasis. Der Eisenkatalysator ist instabil und weniger aktiv, wenn er Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Diese Einschränkungen müssen behoben werden, bevor der Eisen-Katalysator den Ruthenium-Katalysator ersetzen kann.

"Diese Studie kann für andere Forscher auf diesem Gebiet von Nutzen sein", schloss Takebayashi. "Ich hoffe, dass Katalysatoren auf Eisenbasis mit diesem Wissen weiterentwickelt werden können.

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Originalveröffentlichung

Takebayashi, S., Iron, M.A., Feller, M. et al. Iron-catalysed ring-opening metathesis polymerization of olefins and mechanistic studies. Nat Catal (2022)

https://www.chemie.de/news/1176382/eisenkatalysator-koennte-wichtige-chemische-reaktionen-billiger-und-umweltfreundlicher-machen.html

Originalveröffentlichung

Takebayashi, S., Iron, M.A., Feller, M. et al. Iron-catalysed ring-opening metathesis polymerization of olefins and mechanistic studies. Nat Catal (2022)

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