Wenn „radikales“ Bismut das Verhalten von Übergangsmetallen nachahmt
Mülheimer Wissenschaftler machen große Fortschritte beim Einsatz von Bismut in der Katalyseforschung
Bei ihren Forschungsarbeiten mit dem Element Bismut machen Wissenschaftler aus Mülheim große Fortschritte. Nun hat der Spanier Mauro Mato seine Ergebnisse in der Zeitschrift „Nature Chemistry“ veröffentlicht.
Sogenannte Kreuzkupplungsreaktionen gehören zu den wichtigsten modernen Instrumenten zur Herstellung neuer Verbindungen in der synthetischen organischen Chemie. Sie werden als Schlüsselschritt bei der Herstellung von Arzneimitteln eingesetzt. Bisher wurden diese Kreuzkupplungen hauptsächlich mit teuren oder giftigen Übergangsmetallen wie Palladium oder Nickel als Katalysatoren durchgeführt.
Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung ist es nun gelungen, das Verhalten der Übergangsmetalle mit einem wesentlich billigeren Element zu imitieren: Bismut. Sie entdeckten die Eigenschaft dieses Elements, auf relativ einfache Weise Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen zu schmieden, eine der am häufigsten verwendeten Reaktionen in der synthetischen medizinischen Chemie. Die Forschergruppe hat ihre Arbeit „Bismuth radical catalysis in the activation and coupling of redox-active electrophiles“ jetzt in der Zeitschrift Nature Chemistry veröffentlicht.
Grundlegend neuer Reaktivitätsmodus
Die Anwendung basiert dabei auf der Entdeckung eines grundlegend neuen Reaktivitätsmodus für Bismutverbindungen: eine radikal-oxidative Additionsreaktion. Im Gegensatz zur klassischen polaren Reaktivität werden bei der radikalen Reaktion die beiden Elektronen jeweils einzeln übertragen. Dies ermöglicht die Verwendung von Reagenzien, welche durch klassische Zwei-Elektronen-Mechanismen nicht aktiviert werden können. Der Einsatz von Hauptgruppenelementen für diese Art von Prozessen war bisher kaum erforscht. Die Mülheimer Forscher haben nun aber gezeigt, dass eine bestimmte Bismutverbindung dieses Verhalten aufweist.
„Lange Zeit hat sich niemand wirklich für die katalytischen Eigenschaften von Bismut interessiert“, erklärt Mauro Mato, ein Chemiker aus Spanien. Er arbeitet als Postdoktorand in der Gruppe von Josep Cornellà und ist der Erstautor der Veröffentlichung in Nature Chemistry. Seine Arbeit zeigt, wie die Entdeckung eines grundlegend neuen Reaktivitätsmodus für Bismut die Entwicklung neuer Reaktionen mit potenziellen Anwendungen in der chemischen Industrie ermöglichen kann, zum Beispiel bei der Synthese von Wirkstoffen für Medikamente.
