Ett team från ordföranden för oorganisk kemi II vid Ruhr-Universität Bochum har utvecklat nya kemiska föreningar som gör katalysatorer mer effektiva. Med sina elektroniska och rumsliga egenskaper, den nya klassen av så kallade fosfinligander säkerställer att katalysatorer är mer aktiva och mer stabila. I journalen Angewandte Chemie , forskare under ledning av professor Viktoria Däschlein-Gessner beskriver hur de nya liganderna verkar på guldkatalysatorer. Gruppen antar att resultaten kan överföras till andra katalysatorer och att systemen är värda att överväga för en bredare industriell tillämpning. Resultaten publicerades ursprungligen online den 3 juni, 2018.

Ligander hjälper till att bestämma katalysatoregenskaper

Egenskaperna hos en katalysator bestäms inte bara av det katalytiskt aktiva centret utan också av atomer eller molekyler bundna till det, som kallas ligander. Forskare letar specifikt efter sådana ligander för att optimera katalysatorer och anpassa dem för vissa tillämpningar.

Systemen som utvecklats i Bochum gäller fosfinligander, dvs föreningar av fosfor och kolgrupper. "Fosfiner är allestädes närvarande i katalysatorer för syntes av komplexa molekyler, såsom läkemedel, naturliga ämnen och bekämpningsmedel, säger Viktoria Däschlein-Gessner, en medlem av cluster of excellence Ruhr Explores Solvation. "Utformningen av liganderna avgör om ett kemiskt komplex kan katalysera en reaktion och, om så är fallet, under vilka förutsättningar."

Lätt att producera

De nya ligandsystemen är anmärkningsvärt elektronrika fosfiner, som fungerar som elektronkällor för katalysatorer och kan därmed stabilisera dem. De kan syntetiseras på många sätt från kommersiellt tillgängliga prekursorer. "Det är alltså lätt att producera liganderna i olika versioner och anpassa deras egenskaper för att passa en viss applikation, " förklarar Däschlein-Gessner.

De Bochum-baserade kemisterna visade att höga utbyten vid låga temperaturer skulle vara möjliga i guldkatalyserade reaktioner med liganderna – och utan att det var nödvändigt att mödosamt optimera reaktionen.

Låga mängder katalysator tillräckliga vid låga temperaturer

Reaktionerna inträffade till och med effektivt när teamet bara använde små mängder katalysatorer, vilket är en ekonomisk faktor som särskilt gäller dyra ädelmetallkatalysatorer som guld. "Låga reaktionstemperaturer är också intressanta ur industriell synvinkel, eftersom de låter dig spara energikostnader och förenkla processer, "Däschlein-Gessner betonar ytterligare en fördel med systemen.

Den speciella kemiska strukturen med så kallade ylidgrupper, som forskarna integrerade i fosfinen, är avgörande för de nya ligandernas funktion. Liganden kan användas inte bara för guldkatalys, men också för andra former av katalys.