Übergangsmetalle bilden katalytische Komplexe, die verschiedene chemische Prozesse beschleunigen können, insbesondere bei der Herstellung von Arzneimitteln sowie verschiedenen Pigmenten, Farbstoffen und Laborreagenzien wie Schwefelsäure. Der Einsatz von Leuchtdioden (LEDs) hat den Einsatz von sichtbarem Licht in der Reaktionskatalyse vorangetrieben, und Wissenschaftler haben Photoredoxkatalysatoren aus Iridium und Ruthenium entwickelt, die die Katalyse erleichtern, wenn sie mit Licht bestimmter Wellenlängen bestrahlt werden.
Darüber hinaus haben Wissenschaftler sogar Photoreaktionen mit sichtbarem Licht mit Palladiumkomplexen ohne den Einsatz von Photoredoxkatalysatoren nachgewiesen. Während mehrere solcher übergangsmetallkatalysierter Photoreaktionen entwickelt wurden, gab es nur begrenzte Entwicklungen neuer Liganden für diese Reaktionen; Die meisten Studien verwendeten vorhandene Liganden, die für thermische Reaktionen entwickelt wurden.
Daher gab es einen bemerkenswerten Mangel an der Entwicklung von Liganden, die bei Photoreaktionen spezifisch mit Übergangsmetallkatalysatoren interagieren, was uns daran hindert, das wahre Potenzial solcher Reaktionen auszuschöpfen.
Kürzlich hat ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Tetsuhiro Nemoto von der Graduate School of Pharmaceutical Sciences der Chiba-Universität in Japan neuartige Liganden entwickelt, die in Photoreaktionen mit Übergangsmetallkatalysatoren verwendet werden können. Sie zeigten auch, wie die entwickelten Liganden mit verschiedenen Übergangsmetallen interagierten, um unterschiedliche katalytische Ergebnisse für Photoreaktionen zu erzielen.
Zum Team gehörten Herr Yu Matsuda von der Graduate School of Pharmaceutical Sciences der Universität Chiba und Dr. Masaya Nakajima, der zum Zeitpunkt der Studie demselben Institut angehörte, jetzt aber der Graduate School of Pharmaceutical Sciences der Universität angehört von Tokio. Ihre Arbeit wurde veröffentlicht in ACS-Katalyse.
Die Forscher nutzten kommerziell erhältliches 9-Phenylacridin, um vier acridinhaltige PNP-Pinzettenliganden herzustellen, die dann zur Bildung von Komplexen mit Nickel, Palladium, Platin, Kupfer und Kobalt verwendet wurden.
Das Team bewertete die katalytische Aktivität der Komplexe für eine spezifische Photoreaktion namens Transferhydrierung, eine gängige Reaktion, die in verschiedenen Branchen eingesetzt wird. Während der Nickelkomplex nicht effizient reagierte, katalysierten die Palladium- und Platinkomplexe die Reaktion erfolgreich und lieferten eine hohe Ausbeute an Endprodukten.
Konkret fanden die Forscher heraus, dass die neu entwickelten Liganden es dem Platinkomplex ermöglichten, eine Reaktion in Gegenwart von sichtbarem Licht (blaue LED-Bestrahlung) auf stöchiometrische Weise erfolgreich zu katalysieren. Dies bedeutet, dass die genauen Werte der benötigten Reagenzien und die Menge des erhaltenen Produkts mathematisch berechnet werden können.
Die Präzision der Katalyse ermöglicht die Rationalisierung industrieller Prozesse, beispielsweise bei der Herstellung von Medikamenten. Darüber hinaus könnte der neue Platinkomplex die Hydroxy-/Alkoxy-Alkylierung von Olefinen katalysieren – eine Reaktion, die mit den bekannten Liganden nicht katalysiert werden konnte.
Die Tatsache, dass diese Photoreaktionen nicht in Gegenwart bekannter Liganden stattfanden, zeigt, wie die neu entwickelten Liganden dazu beitragen könnten, neue Reaktionsfähigkeiten zu definieren. Zur Erläuterung der Ergebnisse sagt Dr. Nakajima: „Diese Forschung enthüllt eine neue Reaktivität von Platin, die bisher unbekannt war. Dadurch ist es möglich geworden, neue Arten von Molekülen effizienter zu synthetisieren, die möglicherweise Anwendungen bei der Herstellung neuartiger Materialien finden.“ Pharmazeutika.“
Es wird erwartet, dass die vorliegende Studie auch zahlreiche langfristige Auswirkungen haben wird. „Sichtbares Licht wird als Energiequelle für solche Reaktionen genutzt. Daher kann Sonnenlicht als endlose Energiequelle genutzt werden, und der technologische Fortschritt könnte es uns ermöglichen, Photoreaktionen ohne die Einschränkungen durchzuführen, die mit den für thermische Reaktionen notwendigen Vorkehrungen einhergehen, was letztendlich hilfreich ist.“ Wir lösen aufkommende Energieprobleme“, schließt Dr. Nakajima.
Tatsächlich kann die Entwicklung neuer Liganden für die Photokatalyse von Übergangsmetallkomplexen neue Möglichkeiten schaffen und Reaktionsfähigkeiten neu definieren, was neue Lösungen für die Herausforderungen ermöglicht, denen wir heute gegenüberstehen.
Mehr Informationen:
Yu Matsuda et al., Acridin-PNP-Pinzettenliganden, die übergangsmetallkatalysierte Photoreaktionen ermöglichen, ACS-Katalyse (2023). DOI: 10.1021/acscatal.3c01654
Zur Verfügung gestellt von der Universität Chiba