Katalysatordesign für die Elektrosynthese

Dr. Bernd Müller

Eine Möglichkeit zur Durchführung elektrochemischer Synthesen besteht in der Verwendung homogener Katalysatoren („Mediatoren“). Diese sind redoxaktive Spezies, die als elektrochemisch regenerierbare Reagenzien betrachtet werden können. Der Elektronentransfer erfolgt zunächst zwischen Elektrode und Katalysator unter der Ausbildung der aktiven Spezies. Letztere reagiert mit einem Substrat, das sich daraufhin zum gewünschten Produkt umsetzt. Durch diese indirekte Elektronenübertragung lassen sich in der Regel große Überspannungen vermeiden und Selektivitäten steuern. Der Mediator als Elektronenüberträger wird an der Elektrode immer wieder zurückgewonnen und verbraucht sich bei der Elektrosynthese nicht. Die Reaktion des Mediators mit dem Substrat findet in homogener Phase statt.

Das Elektrodenmaterial spielt bei der Planung von Elektrosynthesen üblicherweise eine große Rolle. Bei mediierten Elektrosynthesen sind die Elektroden jedoch nicht mehr der Ort der primären Reaktion des Substrates. Analog zur klassischen homogenen Katalyse lässt sich der Mediator über die Wahl des Übergangmetalls und der Ligandenstruktur maßschneidern, um den Bedürfnissen der gewünschten Reaktion gerecht zu werden. Das erweitert die Möglichkeiten der Elektrosynthese hinsichtlich Selektivität und möglicher Reaktionsmechanismen.

Ziel ist die Erforschung der Mechanismen bereits bekannter mediierter Elektrosynthesen und die Entwicklung neuer Synthesen, die diesem Syntheseprinzip folgen bis hin zur Anwendungsreife.

 

[1] R. Francke, M. Roemelt, B. Schille, Chem. Rev. 2018118, 4631–4701.

[2] L. F. T. Novaes, J. Liu, Y. Shen, L. Lu, J. M. Meinhardt, S. Lin, Chem. Soc. Rev. 202150, 7941-8002.