Forscher der japanischen Nagoya University haben einen deutlich effizienteren Photokatalysator auf Eisenbasis ($Fe$) entwickelt. Der neue Katalysator könnte den Einsatz seltener und teurer Edelmetalle wie Ruthenium ($Ru$), Iridium ($Ir$) oder Rhodium ($Rh$) in der anspruchsvollen Synthesechemie künftig stark reduzieren.
Eisen ist als eines der häufigsten Elemente der Erdkruste billig, weit verfügbar und vergleichsweise ungiftig – ideale Voraussetzungen für eine nachhaltige Katalyse. Bisher scheiterten Eisenkatalysatoren jedoch häufig an zu geringer Effizienz, weshalb in der Photoredox- und asymmetrischen Katalyse meist teure Komplexe der Platingruppe zum Einsatz kamen.
Die Besonderheit des neuen Systems: Es kommt mit deutlich geringeren Mengen kostspieliger chiraler Liganden aus und kontrolliert dennoch präzise die dreidimensionale Struktur – also die Stereochemie – der Produktmoleküle. Chirale Liganden sind das zentrale Werkzeug der enantioselektiven Synthese, bei der gezielt nur eines von zwei spiegelbildlichen Molekülen (Enantiomeren) erzeugt wird. Das ist besonders für die Pharmaindustrie relevant, da sich Enantiomere in ihrer biologischen Wirkung grundlegend unterscheiden können – im Extremfall ist ein Enantiomer ein Wirkstoff, das andere giftig.
Die Kombination aus lichtgetriebener photokatalytischer Aktivierung und chiraler Induktion in einem einzigen Eisenkomplex verspricht kostengünstigere und umweltfreundlichere Herstellungsverfahren für Medikamente und Feinchemikalien. Zugleich senkt der reduzierte Ligandenbedarf die Prozesskosten erheblich, da chirale Liganden oft zu den teuersten Komponenten einer Katalyse gehören.
Damit rückt das Ziel einer “grünen” Chemie näher, die auf erdreichliche Metalle setzt, statt von begrenzten Rohstoffvorkommen abhängig zu sein.
Hintergrund: In der Photoredox-Katalyse dominieren seit Jahrzehnten Komplexe wie $[\text{Ru(bpy)}_3]^{2+}$ und Iridium-basierte photosensibilisatoren, da sie langlebige angeregte Zustände besitzen – eine Eigenschaft, die Eisenkomplexe normalerweise fehlt, was die Neuentwicklung besonders bemerkenswert macht.
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