Lösungsmittel auf dem Rückzug

News: Lösungsmittel auf dem Rückzug

Katalysatoren sind in der Chemie stark gefragt - vor allem wenn es darum geht, Doppelbindungen in zyklischen Kohlenwasserstoffen gezielt mit Wasserstoffatomen abzusättigen. Zwar existieren hierfür einige Katalysatoren, die auf gewünschte Weise die Reaktion beeinflussen, leider ist die Prozesstemperatur aber noch sehr hoch, und auf Lösungsmittel konnte man bislang auch nicht ganz verzichten. Nun gelang es Forschern, einen neuen Katalysator auf Basis zweier Metalle herzustellen, der diese Nachteile nicht aufweist und zudem wesentlich effektiver als seine Vorgänger arbeitet.

Eine Reihe von zyklischen Kohlenwasserstoffen mit mehreren Doppelbindungen sind gut zugängliche Zwischenprodukte in der chemischen Industrie. Im Zuge ihrer Weiterverarbeitung ist es häufig notwendig, einen Teil der Doppelbindungen mit Wasserstoff zu Einfachbindungen abzusättigen. Dieser als selektive Hydrierung bezeichnete Reaktionstyp ist ein kniffliges Unterfangen, schließlich sollen nicht alle Doppelbindungen wahllos abreagieren, eine definierte Anzahl soll dabei erhalten bleiben. Wie soll der Wasserstoff "wissen", welche und wieviele Bindungen er angreifen und welche er verschonen soll? Wie so oft ist es der Katalysator, der die Reaktion in gewünschte Bahnen lenkt.

Britische Forscher wollten die Nachteile der bisher für diesen Reaktionstyp eingesetzten Katalysatoren nicht in Kauf nehmen: Temperaturen zum Teil oberhalb 300 Grad Celsius und der Verbrauch von organischen Lösungsmitteln. Aus Umweltschutzgründen ist es sinnvoll, auf Lösungsmittel zu verzichten, wo immer es möglich ist. Ihre Rückgewinnung oder Entsorgung ist außerdem ein Kostenfaktor für die Industrie.

Drei verschiedene zyklische Kohlenwasserstoffe mit zwei beziehungsweise drei Doppelbindungen nahmen John Thomas von der Royal Institution of Great Britain und seine Kollegen ins Visier. In allen drei Fällen sind die Varianten mit nur einer Doppelbindung wichtige Zwischenstufen für die chemische Industrie, beispielsweise bei der Herstellung von Kunstfasern, Kunststoffen und Beschichtungen. Die Forscher entwickelten einen neuen Katalysator, der die drei Verbindungen bei relativ niedrigen Temperaturen selektiv umzusetzen vermag – ohne Anwesenheit eines Lösungsmittels.

Winzige Partikel aus den Metallen Ruthenium und Zinn, gleichmäßig und feinst verteilt in den Poren eines Trägermaterials aus Kieselerde, bilden das Herz des Katalysators. Die Kieselerde wird dazu mit einer Komplexverbindung beladen und dann erhitzt. Dabei verbrennen die Hüllen des Komplexes, übrig bleiben die Kerne: winzige Atomhäufchen, die sechs Ruthenium-, ein Zinn- und ein Kohlenstoffatom enthalten. Über das Zinn sind sie fest auf der inneren Oberfläche der Kieselerde verankert.

Interessant ist, dass solche bimetallischen Katalysatoren wesentlich besser und selektiver arbeiten als ihre Analoga mit nur einer Metallkomponente. John Thomas zeigt sich optimistisch: "Aufbauend auf diesem Prinzip wollen wir weitere Katalysatorsysteme entwickeln, um auch andere organische Verbindungen selektiv aber lösungsmittelfrei umzusetzen."