Eisen: Katalysatoren durch Natur inspiriert

  • Ein Eisenkatalysator entwickelt im Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT Rostock). Quelle: LIKATEin Eisenkatalysator entwickelt im Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT Rostock). Quelle: LIKAT

Katalysatoren zu entwickeln, die umweltschonend, effizient und zudem preiswert sind, ist ein schwieriges Unterfangen. Ein neuartiger Eisenkatalysator, den Wissenschaftler vom Rostocker Leibniz-Institut für Katalyse (LIKAT) vorstellen, erlaubt die Gewinnung einer großen Anzahl verschiedener sogenannter primärer Amine. Amine bilden die Grundbausteine vieler Pharmazeutika oder stellen das Grundgerüst in Polymeren, beispielsweise in Nylon, aber auch in Farben wie Indigo oder in Pflanzenschutzmitteln und sind somit für die chemische und pharmazeutische Industrie von sehr großem Interesse.

Katalysatoren sind chemische Hilfsstoffe, die das Zusammenkommen von Molekülen steuern und in die gewünschte Richtung lenken. Nahezu neunzig Prozent aller Produkte in der chemischen Industrie kommen heutzutage während Ihrer Herstellung mit einem Katalysator in Kontakt. Die Katalyseforschung hat eine lange und mit mehreren Nobelpreisen gewürdigte Tradition. Die alkoholische Gärung zählt als erste technische Anwendung. Lange Zeit galten in der modernen Forschung Katalysatoren auf der Basis von Edelmetallen wie Platin, Palladium oder Rhodium als alternativlos. Das Problem, diese Metalle sind selten und somit auch besonders teuer. Daher sind zunehmend Forschergruppen bemüht, Katalysatoren auf der Basis gut verfügbarer Metalle zu entwickeln.

Günstiges Eisen anstelle von teurem Platin

Eisen, auch als Allerweltsmetall bezeichnet, ist auf unserer Erde schier unerschöpflich und somit ein sehr preiswertes und zudem untoxisches Metall. In leistungsfähigen Eisenkatalysatoren, die umweltschonend für die Gewinnung von Aminen genutzt werden können, steckt ein enormes Potential.
Die Forscher um Matthias Beller, Direktor des Leibniz-Instituts für Katalyse in Rostock, haben den ersten homogenen Eisenkomplex entwickeln können, der unter milden Bedingungen (70 °C) in relativ kurzer Zeit - schon nach 20 Minuten - beispielsweise die Darstellung einer direkten Vorstufe des Nylon problemlos ermöglicht.

Beller: Im Zeitalter immer knapper werdender Ressourcen sei das Auffinden preiswerter Alternativen zu den bisher genutzten Edelmetallkatalysatoren sehr wichtig.

Eisen als sehr preiswerter Stoff unterstütze im Falle des entwickelten Eisenkatalysators die Erzeugung von Aminen, die wiederum sehr wichtig für die Herstellung einer großen Vielzahl von Produkten unseres täglichen Bedarfs seien, so Matthias Beller. Neuartig ist insbesondere die Möglichkeit der Nutzung des Eisens zur Produktion von sogenannten aliphatischen Aminen, auch Diamine oder aromatische Amine sind synthetisierbar. Das breite Anwendungsspektrum, die milden Bedingungen (70 bis 100 °C) und die kurzen Reaktionszeiten (0,5 bis drei Stunden), die durch den Einsatz eines preiswerten, ungiftigen Eisenkatalysators möglich werden, sind für eine zukünftige kommerzielle Nutzung des Katalysatorsystems ein enorm wichtiger Aspekt. Amine stellen Zwischenprodukte dar, die auf vielfältigste Art industriell weiter „veredelt" werden. Sie sind unter anderem für die Produktion von Farben, Pflanzenschutzmittel, Polymeren oder auch Pharmazeutika wichtige Grundbausteine.

Originalpublikation:
Bornschein C. et al.: Mild and selective hydrogenation of aromatic and aliphatic (di)nitriles with a well-defined iron pincer complex, Nature Communications (2014)

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