Onderzoekers hebben een nieuwe katalysator ontwikkeld om aromatische amines te synthetiseren, die centrale bouwstenen zijn in veel medicijnen en pesticiden. Het systeem is actiever dan conventionele katalysatoren, er is dus minder energie nodig tijdens de reactie, en moeilijke verbindingen kunnen worden gesynthetiseerd.

De teams onder leiding van professor Viktoria Däschlein-Gessner en professor Lukas Gooßen, die samenwerken aan de Ruhr-Universität Bochum als onderdeel van het excellentiecluster Ruhr Explores Solvation, verslag van de resultaten in het tijdschrift Angewandte Chemie , vooraf online gepubliceerd op 19 november 2018.

Bijgevoegde organische groepen beslissend

Er moeten bindingen tussen koolstof- en stikstofatomen worden gevormd om aromatische aminen te produceren - ringvormige stikstofhoudende verbindingen. De uitgangsmaterialen zijn bepaalde stikstofverbindingen, primaire of secundaire aminen, en ringvormige verbindingen, die aanvankelijk geen stikstof bevatten en arylhalogeniden worden genoemd. De reactie is alleen mogelijk met een palladiumkatalysator. Door organische groepen – liganden genoemd – aan de metaalkatalysator te hechten, de chemici van Bochum slaagden erin om de efficiëntie van de reactie aanzienlijk te verhogen.

Vanaf het begin efficiënter dan conventionele systemen

"Met het nieuw ontwikkelde ligandsysteem, we hebben de activiteit van de palladiumkatalysatoren zodanig verhoogd dat de reactie sneller en efficiënter is dan met de systemen die gedurende vele jaren zijn geoptimaliseerd, ", zegt Viktoria Däschlein-Gessner. Onderzoeksgroepen over de hele wereld werken intensief aan het doelgericht ontwerpen van dergelijke liganden. "Echter, de activiteit van de nieuwe ontwikkelingen komt zelden in de buurt van die van de katalysatoren die gedurende tientallen jaren continu zijn geoptimaliseerd, " vervolgt Däschlein-Gessner.

Het nieuw ontworpen systeem in Bochum bleek meteen actiever dan de systemen die in de industrie worden gebruikt. Het kan worden gebruikt om chloorhoudende aromatische verbindingen binnen een uur te koppelen aan veel verschillende aminen bij kamertemperatuur. Met bestaande katalysatoren, dit duurt vaak enkele uren en temperaturen van 100 graden Celsius en meer.

"Zelfs na vele optimalisatierondes, de gevestigde katalysatoren op dit gebied lijken niet veel ruimte voor verbetering te hebben, " zegt Lukas Gooßen. "Echter, ons ligandsysteem opent nieuwe mogelijkheden om de efficiëntie te verhogen."

De leerstoel Organische Chemie I, onder leiding van Lukas Gooßen, en de leerstoel Anorganische Chemie II, onder leiding van Viktoria Däschlein-Gessner, werken samen om katalysatorstructuren te optimaliseren en testen of de ontwikkelde systemen kunnen worden overgedragen naar andere reactietypes. Een industriële partner is al op de hoogte van het nieuwe systeem en werkt eraan om het marktklaar te maken en op industriële schaal te gebruiken.