Neue Strategien zur CO2-Verwertung
Kohlenstoff hat heutzutage einen schlechten Ruf. Als C in CO2 wird Kohlenstoff meist mit den Emissionen, die das Klima verändern, in Verbindung gebracht. Doch das ist nicht wirklich fair. „Kohlenstoff ist so wichtig für so viele Bereiche, dass ihm ein ganzes Fachgebiet der Chemie gewidmet wurde – die organische Chemie“, sagt Arjan Kleij, ein Stipendiat am Katalanischen Institut für Forschung und fortgeschrittene Studien (ICREA) und dem Institut für chemische Forschung Katalonien (ICIQ). Kleij wollte „über die fossile Brennstoffbox hinaus“ denken und hat mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts PHOTOCARBOX eine Bemühung geleitet, die chemischen Reaktionen mit Kohlendioxid als Kohlenstoffquelle auszuweiten. „So könnte die chemische Industrie hochwertige Massen- und Feinchemikalien herstellen und gleichzeitig das CO2 in der Atmosphäre reduzieren“, erklärt Kleij. „Das würde der EU zudem eine Vorreiterposition bei der nachhaltigen, grünen Chemikaliensynthese sichern.“
Die Bedeutung von Flexibilität in der Forschung
Das Hauptziel des Projekts, das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt wurde, war die Konzeption neuer und effizienter stereoselektiver Transformationen mit Photokatalysatoren. „Durch die Verwendung von Kohlendioxid als Reagenzmittel hofften wir, neue Strategien zur CO2-Verwertung zu entwickeln“, ergänzt Kleij. Aber wie so oft in der wissenschaftlichen Forschung verlief die Sache nicht wie geplant. Die Forschenden konnten CO2 zwar in ein paar interessante Produkte umwandeln, doch letztendlich erwies sich der Ansatz als nicht vielversprechend. Das Team lenkte sein Augenmerk stattdessen auf andere Bildungsprozesse von chemischen Verbindungen, bei denen sie ihr Wissen zur Photokatalyse anwenden konnten. „Dieser Ansatz hat sich zum Glück als sehr nützlich erwiesen“, meint Kleij. „Das beweist einfach, dass alternative Ideen und Ansätze genauso wertvoll sein können wie die ursprünglichen, und betont die Bedeutung von Flexibilität bei der Grundlagenforschung.“
Langfristiger Wert
Mit diesem neuen Ansatz entwickelte das Projekt eine innovative Strategie für die CO/Photoredoxkatalyse. Die Photoredoxkatalyse ist ein Teilgebiet der Fotochemie, in dem metallene katalysebasierte chemische Umwandlungen durch Übertragung einzelner Elektronen gesteuert und ausgeweitet werden. Mit dieser Strategie konzipierten die Forschenden wichtige neue stereokontrollierte Reaktionen zur Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen, ähnlich der Reaktionen, die sie ursprünglich erreichen wollten. Die Forschenden haben außerdem sämtliche mechanistischen Details der Umwandungen dokumentiert und diese Informationen anderen Forschenden zur Verfügung gestellt. Hinsichtlich laufender Forschung setzen Kleij und sein Team die CO/Photoredoxchemie bereits ein, um andere Arten der Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen zu erforschen, darunter die Bildung sterisch gehinderter Kohlenstoff-Stereozentren, die in natürlichen Verbindungen vorkommen. „Ich bin sehr stolz darauf, dass wir komplett neue Reaktivitätsmuster entdeckt haben, die jetzt im Labor verwendet werden“, sagt Kleij. „Das zeigt den langfristigen Wert des Projekts und die weitere Wirkung, die es ausüben wird.“
Auch Vorteile für Forschende
Das PHOTOCARBOX-Projekt hat nicht nur das wissenschaftliche Verständnis der Bildung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen erweitert, sondern auch die Karrieren der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vorangebracht. Ein promoviertes Teammitglied bewirbt sich derzeit auf eine neue akademische Stelle und für weitere Finanzierung über den Europäischen Forschungsrat. Kleij bezeichnet das Projekt als Meilenstein für seine Forschungsgruppe am ICIQ. „Dank der EU-Finanzierung haben wir jetzt mehr Mittel zur Verfügung, um schwierige Verbindungen zu synthetisieren. Diese Arbeit weitet das Wissen in diesem Bereich bedeutend aus“, ergänzt er.
Schlüsselbegriffe
PHOTOCARBOX, Kohlenstoff, Kohlendioxid, organische Chemie, Chemie, chemische Industrie, Chemikalien, Photoredoxkatalyse
