Mechanismen der homogenen Katalyse

Prof. Dr. Detlef Heller

Aktuelle Forschungsarbeiten dieses Themenfeldes sind die asymmetische Hydrierung von α-, β-Dehydroaminosäurevorstufen, Itaconsäurederivaten und Ketonen.

Neben tausenden beschriebenen selektionsinduzierenden, vorwiegend chiralen Liganden für die homogene Katalyse gibt es nur wenig entsprechende kinetische Untersuchungen. Einer der am besten verstandenen Selektionsprozesse ist die asymmetrische Hydrierung von prochiralen Olefinen mit kationischen Rh(I)-Komplexen. Das aus diesen Arbeiten resultierende sogenannte Major/Minor-Prinzip - der in Lösung weniger stabile Minor-Substratkomplex bestimmt durch seine hohe Reaktivität dominant die Selektivität - ist als ein Basiskonzept der homogenen Katalyse anzusehen.

Kürzlich gelang uns erstmals der Beweis, dass auch das im Überschuss vorhandene Intermediat – der so genannte Major-Substratkomplex – zum Hauptprodukt des Selektionsprozesses führen kann. Dies entspricht im Prinzip dem aus der Enzymkatalyse hinlänglich bekannten Schlüssel-Schloss-Konzept.

Wir beschäftigen uns im Rahmen unserer Untersuchungen an der als Modellreaktion gewählten asymmetrischen Hydrierung mit Erweiterungen des Modells, der Überführung der Präkatalysatoren in die aktiven Spezies, dem Einfluss von intramolekularen und vorgelagerten Gleichgewichten, dem Konzentrationsverhältnis sowie den Ursachen für die Reaktivitätsunterschiede der Intermediate. Darüber hinaus interessiert der Einfluss des Lösungsmittels sowie äußerer Parameter, wie Temperatur und Druck auf die Selektivität und Aktivität. Ein besseres Verständnis für die gegenseitigen Abhängigkeiten liefert einerseits einen tiefen allgemeingültigen Einblick in das Phänomen der Katalyse und erlaubt andererseits eine gezielte Optimierung.