Forscher*innen des von Dr. Nicolas Kaeffer geleiteten Teams Metallorganische Elektrokatalyse in der Abteilung Molekulare Katalyse von Prof. Walter Leitner am MPI CEC haben herausgefunden, dass die Hydrierung von Alkinen zu Olefinen dank eines Katalysators auf Nickel-Basis mithilfe von Elektrizität und unter Vermeidung von Wasserstoffgas durchgeführt werden kann. Die von ihnen beschriebene partielle Hydrierung von Alkinen zu Olefinen ist eine weitverbreitete Umwandlung in der organischen Synthese.

Der elektrokatalytische Ansatz ist Teil der Strategie, sich von fossilen Brennstoffen als Hauptquelle für Waren, Kraftstoffe und Materialien zu lösen. Das Ziel ist es, Elektrizität aus erneuerbaren Quellen mit nachhaltigen Rohstoffen in einem elektrochemischen Ansatz zur Herstellung von Chemikalien zu kombinieren.

In der chemischen Wertschöpfungskette gehören Olefine zu den wichtigsten Ausgangsstoffen für Fein- und Basischemikalien (z. B. in der Polymerchemie) und werden oftmals aus ihren Ausgangsalkinen unter Verwendung von Wasserstoffgas gewonnen. Eine große Herausforderung bei dieser Umwandlung ist die Überhydrierung des Ausgangsalkins, die zu Alkanverbindungen mit geringerer Wertschöpfung führt.

In dieser Studie zeigen die Wissenschaftler*innen, dass die Herstellung von Olefinen aus Alkinen durch einen einfachen molekularen Nickelkomplex bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck elektrochemisch katalysiert wird. Darüber hinaus weist das verwendete System wenig bis gar keine unerwünschte Überhydrierung zu Alkanen auf. Durch die Kopplung von elektrochemischer Analytik und Spektroskopie konnte außerdem festgestellt werden, dass der Katalysezyklus durch die Aktivierung der Alkinverbindung und nicht wie üblich durch Hydridbildung eingeleitet wird.

Als Proof-of-Concept für eine molekulare elektrokatalytische Semihydrierung von Alkinen eröffnet diese Arbeit eine Plattform zur Entwicklung origineller Hydrierungen und Funktionalisierungen von Alkinen basierend auf ihrer elektrochemischen Aktivierung.

Original Paper: Mi-Young Lee, Christian Kahl, Nicolas Kaeffer, and Walter Leitner (2022). Electrocatalytic Semihydrogenation of Alkynes with [Ni(bpy)3]2+. JACS Au 2022, https://doi.org/10.1021/jacsau.1c00574