Forscher entdecken zufällig neue Anwendung fürs altbekannte Phosphor

Man sollte annehmen, dass ein so verbreitetes Element wie Phos­phor quasi komplett erforscht ist. Trotzdem haben Chemiker nun eine ganz neue Anwendung gefunden, bei der der Stoff teure Metalle ersetzen kann.

Ersatz für teure Metalle

Die in Nature veröffentlichte Forschungsarbeit beschreibt einen neuartigen Ansatz auf Basis von Phosphor als Katalysator. Statt auf klassische Übergangsmetalle wie Gold, Palladium oder Iridium zu setzen, nutzt das Team ein lichtempfindliches Molekül, das gemeinsam mit einer einfachen Phosphorverbindung chemische Reaktionen antreibt.

Im Mittelpunkt steht die sogenannte Hydroaminierung: Dabei werden stickstoffhaltige Verbindungen, wie sie in vielen Arzneimitteln vorkommen, an Kohlenstoff-Doppelbindungen angelagert. So entstehen komplexere Molekülstrukturen.


"Kohlenstoff-Stickstoff-Bindungen sind zentral für die Entwicklung und Herstellung von Medikamenten", erklärt die leitende Autorin des Papers, Abigail Doyle. Da fast alle Arzneistoffe Stickstoff enthalten, sei es entscheidend, diesen effizient in Moleküle einzubauen. Bislang geschieht das meist mithilfe kostspieliger Übergangsmetalle, die als besonders reaktionsfreudig gelten und industrielle Prozesse beschleunigen.

Ein bisschen Licht

Phosphor hingegen ist nicht nur biologisch essenziell, sondern auch in der organischen Chemie weitverbreitet. Spezielle Phosphorverbindungen, sogenannte Phosphine, sind zwar seit Langem bekannt, doch das UCLA-Team entdeckte nun eine neue Reaktivitätsform: Unter Lichteinfluss entsteht eine kurzlebige, hochreaktive Phosphor-Spezies, die sich ähnlich verhält wie metallische Katalysatoren. Überraschend war dabei, dass die Reaktion anders verlief als ursprünglich geplant. Es handelt sich also um einen klassischen Zufallsfund im Labor.

Im Unterschied zu klassischen Metallkatalysatoren kann das aktivierte Phosphin sowohl Ein- als auch Zwei-Elektronen-Prozesse durchlaufen. Dadurch eröffnet sich ein neuer Reaktionsweg, der eine größere Vielfalt stickstoffhaltiger Bausteine zulässt.

Langfristig könnte dieser Ansatz die Herstellung bestimmter Medikamente günstiger und flexibler machen. Und vielleicht führt die Entwicklung eines Tages sogar zu Katalysatoren im Auto, die ohne teure Edelmetalle auskommen. Das würde insbesondere auch gegen Diebstahl helfen. Immerhin zielen viele Langfinger heute gar nicht mehr auf das Auto an sich ab, sondern beabsichtigen Katalysatoren mit ihren teuren Metallen auszubauen.


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