Der Katalysator bestimmt das Molekül

Beim dritten „Heidelberg Forum of Molecular Catalysis“ stand die selektive Synthese bestimmter organischer Verbindungen mit Hilfe von Katalysatoren im Vordergrund

Ob bei der Reinigung von Autoabgasen oder der Herstellung von Medikamenten und Kunststoffen, überall sind Katalysatoren beteiligt. Hinter dem Begriff Katalyse versteckt sich jedoch nichts anderes als die Fähigkeit einer bestimmten Substanz, dafür zu sorgen, dass zwei andere Substanzen miteinander reagieren können. Und das bei einem wesentlich geringeren Energieaufwand als sonst üblich. So läuft dann schon einmal eine chemische Reaktion, die sonst nur bei Temperaturen von über 1000 Grad Celsius funktioniert, in Anwesenheit eines Katalysators bei Raumtemperatur ab, also bei etwa 20 Grad Celsius. Die Energieersparnis ist enorm. Kein Wunder, dass sich Universitäten und Industrie besonders für diesen Forschungszweig interessieren.

So brachten auch bei dem zum dritten Mal ausgetragenen Heidelberger Katalyseforum die Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg und die BASF Grundlagenwissenschaft und angewandte Forschung zusammen. Schwerpunkt der diesjährigen Veranstaltung waren so genannte enantioselektive Systeme. „Das sind chirale Moleküle, die sich wie Bild- und Spiegelbild verhalten. Das ist vergleichbar mit der linken und rechten Hand des Menschen oder zwei Schrauben mit einem links- und einem rechtsgängigen Gewinde“, erläutert Dr. Doris Kunz vom Organisch-Chemischen Institut der Universität Heidelberg.

Und so ist es auch bei den chiralen Molekülen, bei denen zwar zwei Moleküle die gleiche Zusammensetzung aufweisen, in ihrem räumlichen Aufbau sich aber wie Bild und Spiegelbild verhalten. Beide Formen können jedoch als Medikament im menschlichen Körper eine unterschiedliche Wirkung zeigen. Normalerweise entstehen bei der Synthese dieser Moleküle beide Formen in gleicher Menge. Deshalb sind Katalysatoren von besonderem Interesse, mit denen es gelingt, nur die gewünschte der beiden Molekülformen zu produzieren.

Bei den Plenarvorträgen, die von drei international führenden Katalyseforschern gehalten wurden, informierte beispielsweise Professor David MacMillan vom California Institute of Technology über die enantiokatalytischen Fähigkeiten bestimmter organischer Substanzen. Mit Hilfe von Aminosäuren und verwandten Verbindungen ist es ihm nämlich gelungen, Naturstoffe, wie beispielsweise Kohlenhydrate, zu synthetisieren.

Palladium- und Nickel-Katalysatoren verwendete Professor Gregory Fu vom Massachusetts Institute of Technology, um zwei Moleküle gezielt an bestimmten Kohlenstoffatomen zu verknüpfen. Gerade hier zeigte sich, wie durch die richtige Auswahl von Katalysatoren die Reaktionen soweit optimiert werden konnten, dass sie sogar bei Raumtemperatur abliefen.

Eine besonders variable Art von Katalysatoren zeigte Professor Amir Hoveyda vom Boston College, Massachusetts (USA). Mit Metallen, die von Peptid-Liganden umgeben sind, gelang es ihm, maßgeschneiderte Katalysatoren zu schaffen, je nach dem welche Aminosäuren er als Bausteine der Liganden verwendete. Damit konnte er einen äußerst komplexen Naturstoff, ein so genanntes Complestatin, synthetisch herstellen. Eine Substanz, die bei HIV-Erkrankungen eingesetzt wird.

Auch der Preisträger des diesjährigen BASF Catalysis Awards, Professor Frank Glorius von der Universität Marburg, beschäftigt sich mit der Funktion von Liganden. Die von ihm konstruierten Liganden umgeben das Metall, wie die Austernschale eine Perle und machen es nur unter bestimmten Bedingungen zugänglich. Mit diesen speziellen Katalysatoren konnte er besonders schwierige Reaktionen ermöglichen, die auch für die Herstellung von Pharmawirkstoffen von großer Bedeutung sind.

Breiten Raum nahmen aber auch die Posterpräsentationen der Nachwuchswissenschaftler ein. „Das ist eine hervorragende Möglichkeit, seine eigenen Arbeiten einem großen und fachkundigen Publikum zu präsentieren“, betont Dr. Doris Kunz, selbst Nachwuchsgruppenleiterin am Organisch-Chemischen Institut. Aber auch Doktoranden und Postdoktoranden von anderen Universitäten Deutschlands und den Nachbarländern zeigten hier ihre neuesten Forschungsergebnisse.