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ORDNUNG ZAHLT SICH AUS
Katalysatoren sind die Schrittmacher der chemischen Industrie. Sie beschleunigen Reaktionen, die fuer die Herstellung unzaehliger Produkte wie zum Beispiel Arzneimittel, synthetische Fasern oder Plastik notwendig sind. Nun haben Forscher am Weizmann-Institut herausgefunden, dass die Leistung eines Katalysators drastisch verbessert werden kann, wenn die Molekuele strukturell geordnet werden.
Bei der Anwendung in einer Loesung interagieren Katalysatoren willkuerlich mit Molekuelen aus der Umgebung, in einem "Zufalls-Durcheinander". Die Weizmann-Studie, die in der Zeitschrift Science vom 21. Dezember veroeffentlicht wurde, zeigt: Wenn man alle Molekuele eines Katalysators so anordnet, dass sie nahe beieinander liegen und in eine bestimmte Richtung zeigen, dann steigert sich die katalytische Aktivitaet ploetzlich um einen Faktor von 140.
Wenn man bedenkt, dass mindestens 20 Prozent des Bruttosozialprodukts der USA von industriellen Vorgaengen abhaengen, bei denen Katalysatoren eine Rolle spielen, dann entwickelt die Aussicht auf Verbesserung der Katalysatorleistung eine enorme wirtschaftliche Tragweite. Die Ergebnisse der neuen Studie haben auch Auswirkungen auf die Grundlagenforschung in Bereichen wie supramolekulare Chemie und Komplexchemie.
Die Studie wurde vom Gastforscher Dr. Karl Toellner und der institutseigenen Forscherin Dr. Ronit Popovitz-Biro unter der Leitung von Prof. David Milstein und Prof. Meir Lahav durchgefuehrt.
Die Forscher arbeiteten mit einem loeslichen Rhodium-Katalysator. In der chemischen Industrie werden aehnliche loesliche Katalysator - sogenannte homogene Katalysatoren - bei der Herstellung vieler Kilotonnen von Chemikalien verwendet. Die Forscher verglichen die Reaktivitaet des Rhodium-Komplexes bei unterschiedlicher Anordnung seiner Molekuele. Untersucht wurde die voellig ungeordnete Loesung des Katalysators und eine hochgeordnete Version, bei der die Molekuele in Reih und Glied auf einer Glasplatte angeordnet wurden. Dies ist das erste Mal, dass ein derartiges vergleichendes Experiment durchgefuehrt wurde.
Die "ordentliche" Version des Katalysators war nicht nur wirksamer, sie zeigte zusaetzlich eine hoehere Selektivitaet, was die Steuerung chemischer Reaktionen vereinfacht. Wenn der modifizierte Katalysator einer Loesung von Aceton und Butanon _ zwei chemisch fast identische Verbindungen _ zugefuegt wurde, konnte lediglich die katalytische Reaktion von Aceton und Wasserstoff zu Isopropanol beobachtet werden. Der "unordentliche" Katalysator hingegen konnte zwischen Aceton und Butanon nicht unterscheiden und katalysierte die Reaktionen mit beiden Stoffen.
Prof. Milstein meint, dass die Unterschiede wahrscheinlich daher ruehren, dass die Molekuele des gleich-ausgerichteten Kataly- sators miteinander "kooperieren", obwohl der Mechanismus noch nicht geklaert ist.
Forscher am Institut suchen derzeit nach einer Erklaerung fuer ihre Ergebnisse und weiten die Studien auf andere Katalysator- reaktionen aus. Diese Arbeit war das Tor zu einem neuen For- schungsgebiet, das die Einfluesse der Struktur von Katalysatoren auf ihre Wirkung untersucht.
* Prof. Lahav ist Inhaber des Margaret-Thatcher-Lehrstuhls fuer Chemie und Prof. Milstein Inhaber des Israel-Matz-Lehrstuhls fuer organische Chemie. Die Studie erhielt Teilfoerderung durch die Minerva-Stiftung, die israelische Wissenschaftsstiftung und die deutsch-israelische Stiftung fuer wissenschaftliche Forschung und Entwicklung (GIF).
Criteria of this press release:
Biology, Information technology
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