Entwicklung hocheffizienter Katalysatoren für die Wirkstoffsynthese
Jonas Dimroth
Katalysatoren sind als Reaktionsbeschleuniger der Schlüssel zu energetisch effizienten und selektiven chemischen Reaktionen und damit zu einem Großteil aller chemischen und biochemischen Produkte. Katalytisch aktive Substanzen können in unterschiedlichen Formen vorliegen: als metallische Feststoffe wie beim Fahrzeugkatalysator oder in vielen groß-industriellen Prozessen, wie in der Natur als spezielle makromolekulare Verbindungen (Enzyme) oder als kleinere chemische Verbindungen, wie sie häufig für die Herstellung von Fein- und Spezialchemikalien eingesetzt werden.Ziel meines Forschungsvorhabens als Postdoktorand am Molecular Design Institute der New York University war es, Strategien zur Effizienzsteigerung „kleinerer“ synthetischer Katalysatoren zu entwickeln. Nach einem biomimetischen Ansatz wurden katalytisch aktive Verbindungen, die für die Herstellung pharmakologischer Wirkstoffe eingesetzt werden können, in ein Trägermaterial eingebettet, welches mithilfe neuer Polymerisationsverfahren auf die jeweilige Reaktion maßgeschneidert hergestellt wurde. Die so entstandenen Enzym-ähnlichen Strukturen zeigen beispielsweise eine höhere katalytische Aktivität oder erlauben die direkte Verknüpfung mehrerer chemischer Reaktionen in einer Kaskade, deren Durchführung sonst nur mit aufwändigen Zwischenschritten möglich ist.Auf der Grundlage der genutzten Strategien zum Design von Katalysatorumgebungen und Trägersystemen könnten in Zukunft Herstellprozesse ökologisch und ökonomisch verbessert oder erst möglich gemacht werden, indem z. B. geringere Mengen der teuren und toxikologisch teilweise problematischen Katalysatormaterialien eingesetzt werden, diese einfacher wiederverwendet werden können oder die Prozesse durch Reduktion des Aufreinigungsaufwandes vereinfacht werden.