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Cobalt-Pincer-Komplexe zur Esterhydrierung

Rostocker Wissenschaftler entwickelten einen neuartigen Katalysator auf Cobalt-Basis, bei dem das aktive Metallzentrum von einer Molekülstruktur zangenartig umklammert und damit fixiert wird.




Abbildung - Ein Cobalt-Princer-Komplex zur Hydrierung von Carbonsäureestern: Dichlorido-bis[(2-diphenylphosphino)ethyl]amine-cobalt(II). [Bildquelle: © Internetchemie]
Dichlorido-bis[(2-diphenylphosphino)ethyl]amine-cobalt(II)

Der neu entwickelte Komplex - ein so genannter "Cobalt Pincer Complex" (englisch Pincer = Zange) - ermöglicht die Hydrierung von Estern zu Alkoholen, einem typischen Syntheseschritt in Chemie und Pharmazie. Der Cobalt-Pincer-Complex dient gleichsam als Modell für die künftige Entwicklung von Katalysatoren, die auf solchen Strukturen aufgebaut sind. Gleichzeitig wird mit dem Übergangselement Cobalt ein Nicht-Edelmetall verwendet, was in Hinblick auf mögliche chemische Anwendungen hilft, Kosten zu senken und Ressourcen zu sparen.

Das renommierte Fachmagazin Chemistry - A European Journal stufte diese Arbeit zu den Cobalt-Pincer-Complexen aus dem Rostocker Leibniz-Institut für Katalyse, LIKAT, als ein "Hot Paper" ein und lud Themenleiterin Dr. Kathrin Junge ein, ein Cover dazu zu gestalten.

Prinzipiell versteht man unter einem Katalysator, eine bestimmte chemische Verbindung, die durch ihre bloße Anwesenheit eine chemische Reaktion zu beschleunigen vermag. So ein Katalysator besteht aus einem reaktiven Metall-Zentrum, das durch eine Art Gerüst, dem Liganden, wie Chemiker es nennen, umgeben und damit fixiert ist. Die Funktion solcher Liganden lässt sich durch eine vorteilhafte räumliche Struktur unterstützen, und eine solche Struktur ist ein Pincer-Ligand, bei dem zwei Molekülarme des Liganden das reaktive Zentrum in die Mitte nehmen.

 

Chemisch wohldefiniert

In der anorganischen Chemie werden Pincer-Komplexe seit den siebziger Jahren untersucht. "Sie stellen eine chemisch wohldefinierte Umgebung dar", erläutert Kathrin Junge den Vorteil gegenüber anderen Strukturen. Das heißt u.a., mit der Struktur sind gleichzeitig die chemischen Eigenschaften für die Reaktion definiert. Mit ihrem Team am LIKAT verwendet Kathrin Junge dieses Wissen nun für die organische Chemie, die sich mit der Umwandlung von Kohlenstoffverbindungen befasst. Im konkreten Fall beschleunigt der Cobalt-Pincer-Komplex die Reduktion von Carbonsäureestern, die durch Anlagerung von Wasserstoff zu Alkohol umgewandelt werden. Diese Hydrierung ist ein wichtiger Schritt bei der Herstellung von Medikamenten bzw. pharmakologischen Wirkstoffen und auch bei der Synthese großtonnagiger Grundchemikalien.

Metall-Pincer-Komplexe werden schon seit ca. 5 Jahren im gesamten Arbeitskreis von Prof. Matthias Beller bearbeitet, der auch Direktor des LIAKTs ist und zu dem die Gruppe von Kathrin Junge gehört. Dabei wurden erste Erfahrungen mit Pincer-Strukturen zunächst anhand von Katalysatoren auf Ruthenium-Basis gesammelt. Doch Ruthenium ist ein teures Edelmetall mit einer begrenzten Verfügbarkeit, weshalb der Trend in der Chemie aus Kosten- und Umweltgründen hin zur Verwendung von Nicht-Edelmetallen geht. Erste Versuche, Ruthenium durch Eisen zu ersetzen, liefen erfolgversprechend. Kathrin Junge: "Die Frage war, ob sich auch andere Nicht-Edelmetalle in dieser molekularen Umgebung für leistungsfähige Katalysatoren nutzen lassen." Ihr Team