Aromatizität in der Katalyse verstehen, um neue Möglichkeiten zu erschließen

Chemische Kommunikation (2021). DOI: 10.1039 / D1CC00528F “width =” 800 “height =” 530 “> Abb. 1 Verschiedene Arten der Substrataktivierung bei der konventionellen und kooperativen Metall-Ligand-Katalyse. Credit: Chemical Communications (2021). DOI: 10.1039 / D1CC00528F

Chemiker stießen im 19. Jahrhundert erstmals bei der Untersuchung von Benzol auf das anomale Verhalten aromatischer Moleküle. Die unerwartete Stabilität dieser zyklischen Struktur mit sechs Kohlenstoffatomen beruht auf ihren Elektronen.

Im Allgemeinen halten Bindungselektronen ein bestimmtes Atompaar in einer diskreten chemischen Bindung zusammen. In Benzol bilden jedoch sechs Elektronen einen delokalisierten Ring über dem Molekül. Eine Vielzahl anderer Moleküle teilen dieses Merkmal. “Auf dieser Grundlage lassen sich viele klassische Beispiele für organische und metallorganische Reaktivität erklären”, sagt Théo Gonçalves, ein Wissenschaftler im Labor von Kuo-Wei Huang. “Obwohl das Konzept bekannt ist, gibt es nur begrenzte praktische chemische Anwendungen der Aromatizität”, fügt er hinzu.

Ein praktischer Anwendungsbereich liegt im Bereich der Katalyse. Die Huang-Gruppe hat kürzlich eine ungewöhnliche Familie von Katalysatoren entwickelt, die als PN3 (P) -Zangenkomplexe bezeichnet werden. In den meisten Katalysatoren findet im zentralen Metallion das gesamte Aufbrechen und Herstellen der Bindung statt. In PN3 (P) -Komplexen können die Zangenliganden um das Metall auch aktive Teilnehmer am katalytischen Prozess sein. “Unsere PN3 (P) -Ligandenplattform ermöglicht katalytische Anwendungen jenseits herkömmlicher Systeme, bei denen Metall das Zentrum der Reaktivität ist”, sagt Huang.

Als das Team das katalytische Verhalten von Zangenkomplexen untersuchte, zeigten sie, dass sich während der Katalyse vorübergehend eine sechsgliedrige Ringstruktur bildet und dass Aromatizität ins Spiel kommt. “Wir haben starke Beweise dafür geliefert, dass unsere Katalyse während des Katalysezyklus von der zusätzlichen Energie profitiert, die durch die Aromatisierung des Rings entsteht”, sagt Gonçalves. “Durch Einstellen des Aromatisierungsgrades wird die Reaktionsleistung sanft eingestellt.”

Die Zangenfamilie PN3 (P) besitzt eine hohe katalytische Leistung für Reaktionen wie die selektive Wasserstoffproduktion aus Ameisensäure zur Reduktion von Kohlendioxid (CO2) und zur Bildung von Estern und Iminen. Der wahre Wert der Forschung könnte jedoch in den neuen Erkenntnissen über die Rolle der Aromatizität in der Katalyse und den daraus resultierenden neuen Horizonten liegen. “Vor unserer Arbeit wurde die Bedeutung der Aromatizität in diesem Bereich nicht hervorgehoben”, sagt Gonçalves. “Ein grundlegendes Verständnis der Aromatisierung und Desaromatisierung wird das Design von Katalysatoren für eine bessere Leistung und möglicherweise eine neuartige Reaktivität ermöglichen.”

“Bei unserer Entdeckung geht es nicht darum, einen neuen oder besseren Katalysator für eine bekannte Reaktion zu identifizieren, sondern darum, ein neues Feld für unbegrenzte neue Möglichkeiten in der Zukunft zu eröffnen”, fügt Huang hinzu.

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