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Prof. Matthias Tamm (rechts) und Stephan Beer
betrachten den Katalysator, der unter Argon-Schutzgas in einer
Glovebox (einem Handschukasten) gehandhabt wird.
Foto: TU Braunschweig / Pressestelle
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2005 wurde der Nobelpreis für Chemie an
Wissenschaftler verliehen, die es geschafft hatten, hochaktive
Katalysatoren für die Spaltung von
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen zu entwickeln. Die Entdeckung
löste eine Vielzahl neuer Forschungsarbeiten aus, die in der
Pharmaindustrie ebenso umgesetzt werden wie zum Beispiel in der
Entwicklung moderner Kautschukmaterialien. Die Spaltung der stabileren
Dreifachbindungen ist im Vergleich dazu wesentlich aufwendiger und
ermöglicht im Erfolgsfalle ein noch größeres Anwendungsspektrum.
"Doppelbindungen in bestimmten Kohlenwasserstoffen - Alkene oder auch
Olefine genannt - kann man sich so vorstellen, als ob die beteiligten
Atome einander beide Hände reichen. Bei den festeren Dreifachbindungen
in Alkinen umfasst zusätzlich gleichsam noch je ein Bein das jeweils
andere", erläutert Prof. Matthias Tamm die Grundlagen. Wenn man nun
diese Bindungen löst beziehungsweise spaltet, können die
Molekülhälften ihre Plätze tauschen und untereinander neu kombiniert
werden. Es kommt zur Metathese (meta = wechsel; these = Position).
Spezielle Katalysatoren bewirken diese Reaktion:
Imidazolin-2-iminato-Alkylidinwolframkomplexe, das sind Moleküle, die
ihrerseits eine Metall-Kohlenstoff-Dreifachbindung besitzen und
dadurch zur Wechselwirkung mit
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindungen und deren Spaltung befähigt
sind. Die Grundlagen dieser Chemie wurden vom deutschen
Nobelpreisträger für Chemie (1973) Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Ernst Otto
Fischer (*1918, ?2007) gelegt, der zum ersten Mal die Existenz von
Metall-Kohlenstoff-Dreifachbindungen nachweisen konnte. Die neuen
Katalysatoren wurden jetzt von Tamm und seiner Arbeitsgruppe zum
Patent angemeldet. Sie beschleunigen wie alle Katalysatoren die
erwünschten chemischen Reaktionen, ohne dabei selbst verbraucht zu
werden.
Neue Medikamente und Schmetterlingsdüfte
"Im Laborversuch ist die Alkinmetathese in der Vergangenheit mehrfach
gelungen", so Tamm. "Aber erst durch unsere Katalysatoren kann man
diese Reaktion bereits bei Raumtemperatur erreichen. Dadurch wird das
Verfahren für die industrielle Nutzung besonders interessant." Das
Spektrum neuer Produkte ist sehr groß und wird erst in den nächsten
Jahren voll erschlossen sein. Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten
gehören die Entwicklung neuartiger Medikamente und neuer Kunststoffe.
So wurden in Kooperation mit der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Alois
Fürstner vom Max-Planck-Institut für Kohlenforschung in Mülheim/Ruhr
bereits erste Erfolge bei der Synthese von pharmakologisch aktiven
Naturstoffen erreicht. Eine ähnliche Zusammenarbeit besteht auch mit
Prof. Dr. Stefan Schulz vom Institut für Organische Chemie der TU
Braunschweig, in deren Rahmen die Synthese von
Schmetterlings-Duftstoffen untersucht wird.
Leuchtende Farben für ultradünne Monitore
Auch das Institut für Hochfrequenztechnik der TU Braunschweig ist an
den neuen Katalysatoren zur Herstellung von elektrooptischen
Verbindungen interessiert. Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing.
Wolfgang Kowalsky und Dr. Hans-Hermann Johannes werden dort
ultraflache, flexible Bildschirme entwickelt. Sie funktionieren auf
der Basis organischer Materialien, die Licht aussenden. Ziel ist es,
in Zukunft Monitore anbieten zu können, die dünn wie Plastiktüten sind
und dabei brillante, von allen Blickwinkeln sichtbare Bilder liefern.
"Wir haben bereits Materialproben hergestellt, die intensiv leuchten
und für den Aufbau von organischen Leuchtdioden (OLED) geeignet sind.
Die Synthese dieser Farbstoffe, die aus konjugierten Benzolringen und
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindungen bestehen, wurde durch den
Einsatz der Alkinmetathese extrem vereinfacht," berichtet Tamm. "Nun
steht die Synthese größerer Substanzmengen und die Variation der
chemischen Struktur an, um Licht in verschiedenen sichtbaren Farben
erzeugen zu können". Dabei wird auch mit der Firma Innochemtech
zusammengearbeitet, die Räumlichkeiten am Institut für Anorganische
und Analytische Chemie nutzt. So wurden EU-Fördermittel beantragt, um
zukünftig die Produktion und den Vertrieb der patentierten
Katalysatoren zu entwickeln.
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