Im Rampenlicht eingefroren: Wissenschaftler der

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image: Dieser erste intelligente Katalysator seiner Art könnte die Synthese anspruchsvoller Chemikalien und neuer Methoden der Photolithographie erleichtern
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Bildnachweis: Gwangju Institute of Science and Technology

Katalysatoren sind Verbindungen, die gewünschte chemische Reaktionen ermöglichen und beschleunigen, ohne sich selbst zu zersetzen, und sind in praktisch der gesamten angewandten Chemie von zentraler Bedeutung. In den letzten Jahrzehnten haben viele Forscher versucht, sogenannte CleverKatalysatoren, um die Synthese anspruchsvoller Chemikalien zu erleichtern. Im Allgemeinen kann die Reaktivität intelligenter Katalysatoren durch Anlegen eines externen Stimulus gesteuert werden, z.

Bei einem kürzlichen Versuch, einen neuen intelligenten Katalysator auf den Tisch zu bringen, konzentrierten sich Wissenschaftler des Gwangju Institute of Science and Technology in Korea auf ein eigenartiges organisches Molekül namens Azobenzol. Diese Verbindung erfährt eine reversible Strukturänderung, wenn sie mit Licht einer bestimmten Frequenz beleuchtet wird. Obwohl diese Eigenschaft bereits für die Entwicklung lichtempfindlicher Polymere und Proteine ​​genutzt wurde, haben nur wenige ihr Potenzial für die Entwicklung intelligenter Übergangsmetallkatalysatoren erforscht. So versuchte das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Sukwon Hong, Azobenzol in cyclisches(Alkyl)(amino)carben-Ruthenium (CAAC-Ru) einzuführen, einen etablierten Katalysator, der häufig in Olefinmetathesereaktionen zur Herstellung von Arzneimitteln, Kosmetika und andere komplexe Chemikalien. Ihr Studium war veröffentlicht in ACS-Katalysatoren.

Sie modifizierten CAAC-Ru strategisch so, dass das aktive Rutheniumzentrum den Reaktanten abhängig von der Form der eingefügten Azobenzolgruppe mehr oder weniger ausgesetzt war. Auf diese Weise stellten sie ein Paar photoschaltbarer Katalysatoren mit einem Twist her, wie Prof. Hong erklärt: Im Gegensatz zu früher berichteten photoresponsiven Katalysatoren, bei denen Licht die katalytische Reaktion einschaltet, zeigen unsere Katalysatoren das entgegengesetzte Verhalten; das heißt, sie werden deaktiviert, wenn sie mit ultraviolettem (UV) Licht beleuchtet werden, was eine neue Art des Photoschaltens bietet.“ Das Team demonstrierte auch die Reversibilität des Photoschaltmechanismus durch weitere Experimente und zeigte, dass die Reaktionen durch einfaches Umschalten der UV-Lichtquelle wiederholt an- und ausgeschaltet werden können.

Die Verwendung von Licht zum Aktivieren oder Deaktivieren eines Katalysators ist praktisch, da Licht sowohl nichtinvasiv als auch bemerkenswert einfach mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung zu manipulieren ist. Daher können die entwickelten Katalysatoren genutzt werden, um eine gewünschte chemische Reaktion nur bei Bedarf und genau dort, wo sie benötigt wird, effizient in Gang zu setzen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Anwendungen wie die Photolithographie, bei der chemische Reaktionen verwendet werden, um unter Verwendung chemischer Masken mikroskopische Muster auf dünnen Filmen zu erzeugen. Eine weitere interessante Anwendung wäre das Design eines kooperativen Katalysatorsystems mit zwei verschiedenen photoschaltbaren Katalysatoren – einer, der mit Licht aktiviert und einer mit dem entgegengesetzten Verhalten –, um die kontrollierte Produktion komplexer Substanzen zu unterstützen. Langfristig wird die Entwicklung intelligenterer Katalysatoren viel ausgefeiltere Synthesemechanismen zur Herstellung von Chemikalien freisetzen, die den Menschen verbesserns tägliches Leben,“ schließt Prof. Hong.

Nur die Zeit wird zeigen, welche intelligenten Anwendungen wir für solche intelligenten Katalysatoren finden!

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Bezug

DOI: https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04281

Autoren: Seongwook Park1,2, Seunghwan Byun1, Huijeoung Ryu1, Hyungwoo Hahm1, Junseong Lee3, und Sukwon Hong*1,2,4

Zugehörigkeiten:

1Department of Chemistry, Gwangju Institute of Science and Technology

2Grubbs Center for Polymers and Catalysis, Gwangju Institute of Science and Technology

3Fakultät für Chemie, Chonnam National University

4School of Materials Science and Engineering, Gwangju Institute of Science and Technology

Über das Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)

Das Gwangju Institute of Science and Technology (GIST) ist eine forschungsorientierte Universität in Gwangju, Südkorea. GIST wurde 1993 gegründet und hat sich zu einer der renommiertesten Schulen in Südkorea entwickelt. Ziel der Universität ist es, ein starkes Forschungsumfeld zu schaffen, um den Fortschritt in Wissenschaft und Technologie voranzutreiben und die Zusammenarbeit zwischen internationalen und nationalen Forschungsprogrammen zu fördern. Unter dem Motto „A Proud Creator of Future Science and Technology“ hat GIST durchweg eines der höchsten Universitätsrankings in Korea erhalten.
Webseite: http://www.gist.ac.kr/

Über den Autor

Prof. Sukwon Hong ist Professor am Department of Chemistry des GIST. Seine Forschungsgruppe konzentriert sich auf die Entwicklung neuer Übergangsmetallkatalysatoren für die organische Synthese und interessiert sich für die Anwendung neuer Katalyse für die stereoselektive Synthese biologisch interessanter Verbindungen, nachhaltige Chemie (CO2 Nutzung und Bioraffinerie) und organische elektronische Materialien.
Korrespondierender Autors E-Mail: [email protected]


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