Speed-Dating für den Katalysator
In der chemischen Forschung ist es häufig so: Ein Wissenschaftler hat eine Idee, wie eine für einen bestimmten Zweck geeignete chemische Verbindung aussehen könnte – und er versucht, Reaktionen zu entwickeln, um das besagte Produkt herzustellen. Manchmal muss er hierzu unzählige Varianten möglicher Reaktionen testen. "Das Problem ist: Diese Methode, 'Screening' genannt, ist sehr mühselig. Es ist ein bisschen so, als würde man einen riesigen Haufen Überraschungseier schütteln auf der Suche nach dem gewünschten Inhalt", sagt Prof. Dr. Frank Glorius. Der Experte für Katalyse-Chemie am Organisch-Chemischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) und sein Team schlagen nun einen völlig neuen Ansatz vor, um unbekannte Reaktionen zu entdecken.
Statt das Produkt und die gesamte teils mehrschrittige Reaktion ins Visier zu nehmen, fokussieren sich die Münsteraner auf den sogenannten Katalysator. Als Katalysatoren bezeichnen Chemiker und Biochemiker Enzyme oder andere Moleküle, die einzelne Reaktionsschritte beschleunigen oder sogar erst möglich machen. In ihrer nun in der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" veröffentlichten Studie fragen Frank Glorius und sein Team, ob der von ihnen ausgewählte Katalysator einige von 100 willkürlich ausgewählten Verbindungen aktiviert, also eine Reaktion in Gang setzt. Frank Glorius veranschaulicht das Prinzip: "Wir veranstalten eine Art Speed-Dating für den Katalysator."
Mit dieser Methode, die für Experten schnell und leicht durchführbar ist, identifizierten sie zwei vielversprechende Substanzklassen. "Das bedeutet, dass man jetzt nur noch zwei statt 100 Überraschungseier schütteln muss", erläutert Frank Glorius. Dadurch, dass nur noch die geeigneten Substanzen weiter untersucht werden, würde viel Zeit gespart, so die Forscher. Die Anzahl der benötigten Experimente sei geringer, die Aussicht auf Erfolg größer. Zudem könnten sich ganz unerwartete Ergebnisse und Lösungen ergeben.
Außerdem sei der Forscher normalerweise von seiner Idee geleitet, welches Produkt oder welcher Lösungsweg passen könnte. "Dabei ist man von vornherein eingeschränkt durch seine eigene Idee. Die Suche spielt sich auf festgelegten Bahnen ab", so Frank Glorius. "Auch wenn es sich vielleicht zuerst einmal merkwürdig anhört: Bei unserer Methode wissen wir nicht, was am Ende dabei herauskommt. Wir können so viel leichter Unbekanntes entdecken und spannende neue Wege beschreiten." Die Methode sei nicht nur für die Photokatalyse geeignet, sondern auch für andere Gebiete der Chemie.
Originalpublikation:
Matthew N. Hopkinson, Adrián Gómez-Suárez, Michael Teders, Basudev Sahoo und Frank Glorius (2016): Schnelles Entdecken photokatalytischer Reaktionen durch mechanismusbasiertes Screening. Angewandte Chemie (Early View); DOI: 10.1002/ange.201600995
Angewandte Chemie/International Edition (Early View): Accelerated Discovery in Photocatalysis using a Mechanism-Based Screening Method; DOI: 10.1002/anie.201600995