Che­mi­ker syn­the­ti­sie­ren stärks­te Base ihrer Art

Eine For­schungs­grup­pe um den Mar­bur­ger Che­mi­ker Pro­fes­sor Dr. Jörg Sun­dermey­er hat die stärks­te metall­freie, unge­la­de­ne Base her­ge­stellt, die bis­lang bekannt ist. Das Team ver­spricht sich davon Fort­schrit­te für die Elek­tro­mo­bi­li­tät, etwa beim Ein­satz in Brenn­stoff­zel­len, und in ande­ren kata­ly­ti­schen Pro­zes­sen. Die Fach­zeit­schrift „Ange­wand­te Che­mie“ berich­tet in ihrer aktu­el­len Aus­ga­be über die Ergeb­nis­se der Gruppe.
Das Kon­zept der Säu­ren und Basen zählt zu den Fun­da­men­ten der Che­mie, die schon in der Schu­le gelehrt wer­den. „Säu­ren und Basen ver­hal­ten sich wie zwei extre­me Gegen­spie­ler, die ein­an­der neu­tra­li­sie­ren, wenn sie auf­ein­an­der tref­fen, wobei Ener­gie frei wird“, erläu­tert Jörg Sun­dermey­er, der Che­mie an der Phil­ipps-Uni­ver­si­tät Mar­burg lehrt. „Wir sind der grund­le­gen­den Fra­ge nach­ge­gan­gen, wie wohl die stärks­ten Ver­tre­ter aller bekann­ten unge­la­de­nen Säu­ren und Basen in den schier unend­li­chen Wel­ten der Che­mie aus­se­hen müssten.“
In den ver­gan­ge­nen Jah­ren wur­den unge­la­de­ne orga­ni­sche Super­ba­sen zu wich­ti­gen Werk­zeu­gen für die Syn­the­se und Kata­ly­se. Sie beru­hen meist auf dem Ele­ment Stick­stoff. Auf die­sen Vor­ar­bei­ten auf­bau­end, nutz­te Sun­dermey­ers Mit­ar­bei­ter Sebas­ti­an Ull­rich ent­ge­gen der gän­gi­gen Lehr­buch­mei­nung das Ele­ment Phos­phor als Zen­tral­atom einer poten­zi­el­len Base. „Zu unse­rer Über­ra­schung kön­nen durch die­sen Trick die bis­lang stärks­ten metall­frei­en Stick­stoff­ba­sen um mehr als eine Grö­ßen­ord­nung auf der Basi­zi­täts­ska­la über­trof­fen wer­den“, berich­tet Ull­rich, der sei­ne Dok­tor­ar­beit in Sun­dermey­ers Arbeits­grup­pe anfertigt.
„Die Wech­sel­wir­kung von Phos­phor als Zen­tral­atom mit Pro­to­nen und Metall­ka­tio­nen selbst extrem schwa­cher Säu­ren ist der­ma­ßen stark, dass die­se nicht mehr aus der Umklam­me­rung los­kom­men“, ergänzt Sun­dermey­er; dar­auf beru­he die Eig­nung die­ser Mole­kü­le als Bestand­teil von Kata­ly­sa­to­ren, wie sie für tech­ni­sche Anwen­dun­gen gefor­dert sind – etwa bei der Ent­wick­lung von Brenn­stoff­zel­len, die in Elek­tro­au­tos zum Ein­satz kom­men. Noch am Tag der Online-Vor­ver­öf­fent­li­chung wur­de die gesam­te Ver­bin­dungs­klas­se der sogenn­an­ten Phos­pha­ze­nyl­p­hosphi­ne und ihrer Kom­ple­xe mit Metal­len daher auch zum Patent ange­mel­det. „Extrem star­ke, metall­freie orga­ni­sche Basen haben gro­ße Bedeu­tung für die Ent­wick­lung nach­hal­ti­ger, ‚grü­ner‘ Che­mie“, führt der Hoch­schul­leh­rer aus, „sei es in der abfall­frei­en Kata­ly­se che­mi­scher Reak­tio­nen oder bei der Bewäl­ti­gung der Ener­gie­wen­de.“ Ein ande­res Patent aus Sun­dermey­ers Mar­bur­ger Labor hat es bereits in die indus­tri­el­le Pro­duk­ti­on von Halb­lei­ter­ma­te­ria­li­en für Solar­zel­len und LEDs geschafft.
Vor Jah­res­frist syn­the­ti­sier­te Sun­dermey­ers Labor bereits die stärks­te unge­la­de­ne Säu­re. „Nor­ma­ler­wei­se ist man ent­we­der Spe­zia­list für Säu­ren oder für Basen“, ver­si­chert der Che­mi­ker, „Super­ba­sen und Super­säu­ren aus ein- und dem­sel­ben Labor, das ist eine abso­lu­te Ausnahme“.
Pro­fes­sor Dr. Jörg Sun­dermey­er lei­tet die Arbeits­grup­pe für Metall­orga­ni­sche Che­mie am Fach­be­reich Che­mie der Phil­ipps-Uni­ver­si­tät. Neben dem Mar­bur­ger Team betei­lig­te sich auch der Phy­si­ko­che­mi­ker Dr. Boris­lav Kovače­vić vom Rud­jer Boš­ko­vić Insti­tu­te in Kroa­ti­en an der Ver­öf­fent­li­chung. Der Deut­sche Aka­de­mi­sche Aus­tausch­dienst för­der­te die wis­sen­schaft­li­che Arbeit der Grup­pe durch eine Reisebeihilfe.