Chemici van de Ruhr-Universität Bochum hebben een nieuwe aanpak getest voor het activeren van chemische reacties op basis van het element selenium. Ze toonden aan dat selenium bindingen kan vormen die vergelijkbaar zijn met die van waterstofbruggen, resulterend in versnelde reacties. Het exacte mechanisme wordt beschreven door het team van de leerstoel Organische Chemie 1 in Bochum, waaronder Prof. Dr. Stefan Huber en Patrick Wonner, in het journaal Angewandte Chemie , in samenwerking met Prof. Dr. Daniel Werz van de Braunschweig University of Technology.

traditioneel, metaalcomplexen worden gebruikt als activatoren en katalysatoren. Ze vormen compleet, d.w.z. covalente bindingen met het molecuul waarvan ze de reacties zouden moeten versnellen. Echter, de metalen zijn vaak duur of giftig.

Zwakkere obligaties zijn voldoende

In de afgelopen jaren, het is duidelijk geworden dat een covalente binding niet absoluut noodzakelijk is voor activering of katalyse. zwakkere obligaties, zoals waterstofbruggen, misschien voldoende is. Hier, de binding vormt zich tussen een positief gepolariseerd waterstofatoom en het negatief gepolariseerde centrum van een ander molecuul. Op dezelfde manier als waterstof, elementen van groep 17 in het periodiek systeem, namelijk halogenen zoals chloor, bromide en jodium, kunnen zwakke bindingen vormen – en zo dienen als activatoren of katalysatoren.

Het team van Stefan Huber heeft dit principe overgebracht naar elementen uit groep 16 van het periodiek systeem, d.w.z. chalcogenen. De onderzoekers gebruikten verbindingen met een positief gepolariseerd seleniumatoom. Het vormt een zwakke binding met het substraat van de reactie, waarvan de transformatie daardoor 20 tot 30 keer werd versneld.

Voor vergelijkingsdoeleinden, de chemici testten ook verbindingen waarin ze het seleniumcentrum hadden vervangen door een ander element. Moleculen zonder selenium versnelden de reactie niet. "Bijgevolg, het waargenomen effect kan duidelijk worden toegeschreven aan selenium als actief centrum, ", zegt Huber.

Beter dan zwavel

In eerdere onderzoeken is er was slechts één vergelijkbaar geval van chalcogeenkatalyse naar voren gekomen; daar, zwavel werd gebruikt in plaats van selenium. "Omdat selenium gemakkelijker kan worden gepolariseerd dan zwavel, het heeft een groter potentieel als katalysatorcomponent op de lange termijn, " legt Stefan Huber uit. "In combinatie met halogeenbindingen, chalcogeenbindingen hebben twee fascinerende mechanismen toegevoegd aan het repertoire van chemici, waarvoor in de natuur geen equivalent bekend is, bijvoorbeeld in enzymen."

In de volgende stap, het team is van plan om aan te tonen dat seleniumverbindingen kunnen worden gebruikt als geschikte katalysatoren. Momenteel, de onderzoekers noemen ze activatoren, omdat er relatief grote hoeveelheden van de stof nodig zijn om de reactie op gang te brengen. Dit komt omdat de term katalysator pas kan worden gebruikt als de hoeveelheid van de benodigde seleenverbindingen kleiner is dan de hoeveelheid uitgangsmaterialen die nodig is voor de reactie.