Bor-Komplexe mit Olefinen eröffnen Alternativen zu Schwermetallen
Ein Forschungsteam der Universität Würzburg zeigt, dass das Element Bor in der Lage ist, Komplexe mit Olefinen zu bilden – ähnlich wie es bei Übergangsmetallen geschieht. Damit rückt eine Vision näher, die Chemie nachhaltiger und kostengünstiger zu gestalten: Den Ersatz von toxischen und teuren Schwermetallen durch Hauptgruppenelemente.
Herkömmliche Koordinationskomplexe von Olefinen mit Metallen (links) und die neu entdeckten Olefin-Koordinationskomplexe mit Bor (rechts).
Foto: Rian Dewhurst/Universität Würzburg
Das Team um Chemieprofessor Holger Braunschweig erforscht an der Universität Würzburg seit Jahren die besonderen Eigenschaften von Hauptgruppenelementen. Dabei geht es um die Frage, inwieweit Elemente wie Bor das Verhalten von Metallen nachahmen können, ohne deren Nachteile zu teilen. Im Mittelpunkt steht die Möglichkeit, Schwermetalle in katalytischen Prozessen zu ersetzen, die bislang auf kostspielige und häufig toxische Substanzen angewiesen sind.
Vor diesem Hintergrund veröffentlichten die Würzburger Chemiker nun neue Ergebnisse im Fachjournal Nature Chemistry. Darin zeigen sie, dass Bor mit Olefinen sogenannte Pi-Komplexe bilden kann. Diese Verbindungen ähneln in Eigenschaften und Verhalten den bekannten Komplexen von Übergangsmetallen mit Olefinen, die in zahlreichen großtechnischen Prozessen als Zwischenprodukte auftreten.
Ein neuer Bereich im Periodensystem
„Unsere Entdeckung eröffnet der Pi-Koordinationschemie einen völlig neuen Bereich des Periodensystems – einschließlich der Möglichkeit, Hauptgruppenelemente als industrielle Katalysatoren für Funktionalisierungsreaktionen von ungesättigten Kohlenwasserstoffen einzusetzen“, sagt Braunschweig.
Die Synthese der Bor-Olefin-Pi-Komplexe gelang den Postdocs Dr. Maximilian Michel und Dr. Marco Weber. Das Würzburger Team verbindet mit dieser Arbeit die Hoffnung, dass die Entdeckung andere Forschungsgruppen inspiriert, die Grenzen der Hauptgruppenchemie weiter zu verschieben und neue Anwendungsfelder für Bor und verwandte Elemente zu erschließen.
Forschende entwickeln Open-Source-Simulationssoftware
Ziel: Schwermetalle ersetzen
„Langfristig verfolgen wir das Hauptziel, toxische und kostspielige Schwermetalle in industriellen Prozessen durch Hauptgruppenelemente zu ersetzen“, betont Braunschweig. Die nächsten Schritte des Projekts sehen vor, die Bor-Olefin-Pi-Komplexe gezielt so zu verändern, dass ihr Verhalten noch stärker an das von Metallkomplexen angepasst wird.
Nachhaltige Oberflächentechnik im Fokus
Internationale Zusammenarbeit und Förderung
Die Ergebnisse entstanden in Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen von Professor Arumugam Jayaraman an der University of Nevada in Las Vegas (USA) und Professor Alfredo Vargas an der University of Sussex in Brighton (UK).
Finanzielle Unterstützung erhielten die Forschenden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Alexander von Humboldt-Stiftung sowie vom Natural Science and Engineering Research Council of Canada.
