In einem im Journal of the American Chemical Society veröffentlichten Artikel erklären die Wissenschaftler, dass ihre vorgeschlagene Technik es ihnen ermöglicht, eine sogenannte Kreuzkupplungsreaktion durchzuführen, bei der zwei Moleküle durch eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung verbunden werden. Dies ist einer der am weitesten verbreiteten Reaktionstypen und für die Herstellung der meisten heute verwendeten chemischen Produkte unerlässlich.
Die Verwendung von Kupfer als Katalysator für Kreuzkupplungsreaktionen sei ein Durchbruch in Sachen Nachhaltigkeit, sagten die Forscher, da solche Reaktionen typischerweise auf der Verwendung von Edelmetallen wie Palladium beruhen.
Das neue Verfahren wird auch deshalb als vorteilhaft angesehen, weil das Kupfer im molekularen Katalysator selbst blaues Licht absorbiert, anstatt eine separate lichtabsorbierende Verbindung außerhalb des Katalysators zu erfordern. Das macht die Synthese nicht nur billiger und einfacher, sondern auch besser kontrollierbar, weil es weniger bewegliche Teile gibt.
Blaues Licht spielt eine Schlüsselrolle bei der Aktivierung kupferbasierter Katalysatoren. Theoretische Berechnungen zeigen, dass diese Lichteinwirkung dazu führt, dass sich Elektronen von den metallischen Kupferatomen zu einer verbundenen Untereinheit des molekularen Katalysators bewegen. Dieser angeregte Zustand trennt die Ladung und macht den Katalysator reaktiver, sodass Forscher ihn für Kreuzkupplungsreaktionen zur Bildung von Acylgruppen verwenden können, die für die Synthese von Arzneimitteln und optoelektronischen Materialien nützlich sind.
Ein Schlüsselaspekt dieser Methode ist die asymmetrische Bildung von Acylgruppen. Das bedeutet, dass selektiv eine der beiden möglichen Spiegelversionen des Produktmoleküls hergestellt wird, eine sehr erwünschte Eigenschaft für die Entwicklung neuer Medikamente.
Die Umsetzung dieses neuen Ansatzes verspricht sowohl Kosteneinsparungen als auch mehr Nachhaltigkeit bei der Herstellung einer Vielzahl von Verbindungen mit potenziellen Anwendungen in Medizin und Elektronik.
Yusuke Masuda, Hauptautor der Studie, sagte in einer Medienmitteilung: „Diese Synthesemethode ist ein Durchbruch, weil sie zwei leicht verfügbare Substanzen, blaues LED-Licht und Kupfer, kombiniert, um eine Kopplungsreaktion zu erreichen, die es vorher nicht gab nützliche Verbindungen aus den reichlich vorhandenen Ressourcen der Erde sind für eine nachhaltige menschliche Entwicklung von entscheidender Bedeutung. Ich gehe davon aus, dass dieser Fortschritt ein Meilenstein in der Entwicklung nachhaltiger molekularer Synthesemethoden sein wird.
