Neue Einblicke aus der Abteilung Molekulare Katalyse: Entwicklung eines Hybridkatalysators

Die Integration mehrerer katalytischer Funktionen in ein einziges Material erhöht die Effizienz in der organischen Synthese.

Über das Cover: Walter Leitner, Alexis Bordet et al. Ein-Topf-Synthese von E-Chalkonen unter Verwendung eines multifunktionalen Katalysators, der aus Ruthenium-Nanopartikeln und Palladium-N-heterocyclischen Carben-Komplexen besteht, die auf Siliziumdioxid immobilisiert sind.

Manisha Durai, eine Doktorandin im Team für multifunktionale katalytische Systeme unter der Leitung von Dr. Alexis Bordet in der Abteilung für Molekulare Katalyse von Prof. Leitner am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion, hat eine neuartige Eintopfsynthese von E-Chalkonen unter Verwendung eines Hybridkatalysators, Ru@SiO₂-[Pd-NHC], entwickelt. Dieses System kombiniert Ruthenium-Nanopartikel und Palladium-NHC-Komplexe auf einem Siliziumdioxidträger und ermöglicht so mehrstufige Umwandlungen in einem einzigen Reaktionsgefäß. Die entstehenden E-Chalkon-Produkte dienen als wichtige Bausteine bei der Synthese von Feinchemikalien (z. B. UV-Filter, Farbstoffe usw.) und Pharmazeutika (z. B. Krebs- und Entzündungshemmer).

Der katalytische Prozess integriert nahtlos zwei wichtige Umwandlungen. Der Pd-NHC-Komplex katalysiert die carbonylative Sonogashira-Kupplung von Aryliodiden und Phenylacetylenen mit CO, wobei ein Zwischenprodukt entsteht, das anschließend selektiv durch Ru-Nanopartikel hydriert wird, um das gewünschte E-Chalkon zu erhalten. Die heterogene Beschaffenheit des Katalysators ermöglicht eine einfache Rückgewinnung und Wiederverwendung, während die Eintopfreaktion den Abfall und den Einsatz toxischer Lösungsmittel minimiert, was den Grundsätzen der grünen Chemie entspricht. Dieser Tandemansatz erhöht die Effizienz, macht die Reinigung und Isolierung von Zwischenprodukten überflüssig und gewährleistet eine hohe Selektivität und Ausbeute, was ihn für praktische Anwendungen attraktiv macht. 

Insbesondere der Ru@SiO₂-[Pd-NHC]-Katalysator zeigt eine hervorragende Aktivität, Selektivität und Vielseitigkeit bei der Synthese einer breiten Palette wertvoller E-Chalkone. Seine ausgezeichnete Robustheit und Recyclingfähigkeit machen ihn für praktische Anwendungen im Labor- und Industriemaßstab sehr interessant. Unser Ansatz bei der Katalysatorentwicklung ist einfach und vielseitig und bietet neue Möglichkeiten für die Entwicklung effizienterer und nachhaltigerer Synthesewege.

Diese frei zugängliche Arbeit wurde kürzlich in der Zeitschrift Chemical Science veröffentlicht.

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