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Modern mechanistic studies for rational catalyst design

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Bessere Katalysatoren mit besseren Verfahren 

Organische Katalysatoren stellen im Vergleich zu metallbasierten Verbindungen oft die bessere Alternative dar, aber die Mechanismen, die hinter ihrer Reaktivität stecken, wurden vernachlässigt und falsch verstanden. Forscher haben bessere Katalysatoren entwickelt, die Reaktionen umweltfreundlicher und ökonomisch nachhaltiger machen können. 

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Katalysatoren spielen eine zentrale Rolle in der Chemie, weil sie nachhaltigere und umweltfreundlichere chemische Prozesse ermöglichen. Die Verwendung von reinen organischen Molekülen als Katalysatoren hat sich in den letzten 15 Jahren zu einer erfolgreiche Alternative zu metallbasierten Verbindungen entwickelt. Das EU-geförderte Projekt MOMES (Modern mechanistic studies for rational catalyst design) entwickelte eine neue Generation von Katalysatoren mit verbesserter Reaktionsfähigkeit, Effizienz und Selektivität. Die Forscher planten, die Reaktionen zu "tunen", um die Mechanismen zu verstehen, die diese Reaktionen antreiben. Die Forscher untersuchten die Gleichgewichte bei den Enzymreaktionen, um ihr Verhalten besser zu verstehen. Sie verwendeten Energiedifferenzen über mehrere Reaktionen, um das Katalysatordesign zu optimieren. Daraufhin studierte MOMES die Reaktionsmechanismen ihrer Katalysatordesigns mithilfe des Analyseprotokolls für die Kinetik des Reaktionsfortschritts. Das Team fand heraus, wie das Katalysatorverhalten über eine hochselektive Bildung von nachgelagerten Zwischenprodukten auf das Produkt selbst übertragen wird. Die Ergebnisse zeigten, dass der Prozess durch die Elektronenverteilung der Moleküle in der Reaktion gesteuert wird. Die Projektmitglieder erkannten, dass Verunreinigungen in den Reagenzien diese Art der Reaktion unwirksam machen. Diesem Problem begegneten sie mithilfe eines Spektrums an verschiedenen Katalysatoren. Dieser bio-inspirierte und iterative Ansatz für die Katalysatorentwicklung wird organische Reaktionen umweltfreundlicher und wirtschaftlich nachhaltiger machen. Darüber hinaus werden die neue kinetischen und thermodynamischen Kenntnisse, die in diesen Studien gewonnen wurden, weitere Einblicke zum Katalysatorverhalten liefern.  

Schlüsselbegriffe

Organische Katalysatoren, umweltfreundlich, nachhaltig, MOMES, Katalysatordesign  

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