Een team van de leerstoel anorganische chemie II aan de Ruhr-Universität Bochum heeft nieuwe chemische verbindingen ontwikkeld die katalysatoren efficiënter maken. Met hun elektronische en ruimtelijke eigenschappen, de nieuwe klasse van de zogenaamde fosfineliganden zorgt ervoor dat katalysatoren actiever en stabieler zijn. In het journaal Angewandte Chemie , onderzoekers onder leiding van prof. dr. Viktoria Däschlein-Gessner beschrijven hoe de nieuwe liganden inwerken op goudkatalysatoren. De groep gaat ervan uit dat de resultaten kunnen worden overgedragen naar andere katalysatoren en dat de systemen het overwegen waard zijn voor bredere industriële toepassing. De resultaten werden voor het eerst online gepubliceerd op 3 juni, 2018.

Liganden helpen bij het bepalen van katalysatoreigenschappen

De eigenschappen van een katalysator worden niet alleen bepaald door het katalytisch actieve centrum, maar ook door atomen of moleculen die eraan gebonden zijn, die liganden worden genoemd. Onderzoekers zoeken specifiek naar dergelijke liganden om katalysatoren te optimaliseren en aan te passen voor bepaalde toepassingen.

De in Bochum ontwikkelde systemen betreffen fosfineliganden, d.w.z. verbindingen van fosfor- en koolstofgroepen. "Fosfines zijn alomtegenwoordig in katalysatoren voor de synthese van complexe moleculen, zoals geneesmiddelen, natuurlijke stoffen en pesticiden, " zegt Viktoria Däschlein-Gessner, een lid van het cluster van excellentie Ruhr Explores Solvation. "Het ontwerp van de liganden bepaalt of een chemisch complex een reactie kan katalyseren en, als, onder welke voorwaarden."

Makkelijk te produceren

De nieuwe ligandsystemen zijn opmerkelijk elektronenrijke fosfines, die dienen als elektronenbronnen voor katalysatoren en ze zo kunnen stabiliseren. Ze kunnen op tal van manieren worden gesynthetiseerd uit in de handel verkrijgbare voorlopers. "Het is dus gemakkelijk om de liganden in verschillende versies te produceren en hun eigenschappen aan te passen aan een bepaalde toepassing, " legt Däschlein-Gessner uit.

De chemici uit Bochum toonden aan dat hoge opbrengsten bij lage temperaturen mogelijk zouden zijn in door goud gekatalyseerde reacties met de liganden - en zonder dat het moeizaam zou moeten om de reactie te optimaliseren.

Lage hoeveelheden katalysator voldoende bij lage temperaturen

De reacties vonden zelfs efficiënt plaats toen het team slechts kleine hoeveelheden katalysatoren gebruikte, wat een economische factor is die vooral dure edelmetaalkatalysatoren zoals goud betreft. "Lage reactietemperaturen zijn ook interessant vanuit industrieel oogpunt, omdat ze u in staat stellen om energiekosten te besparen en processen te vereenvoudigen, " Däschlein-Gessner benadrukt nog een voordeel van de systemen.

De bijzondere chemische structuur met zogenaamde ylidegroepen, die de onderzoekers integreerden in het fosfine, is cruciaal voor de functie van de nieuwe liganden. Het ligand kan niet alleen worden gebruikt voor goudkatalyse, maar ook voor andere vormen van katalyse.