ERC Starting Grant für Projekt zur Erforschung asymmetrischer Organokatalysatoren

13. September 2016

Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert das Projekt „Fundamentals of ASymmeTric Organo-CATalysis“ (FASTO-CAT) von Dr. Johannes Hunger mit einem ERC Starting Grant in Höhe von rund 1,9 Millionen Euro. Der Projektleiter am Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) untersucht in seinem Forschungsvorhaben die Grundlagen der asymmetrischen Organokatalyse – einer neuartigen, umweltfreundlichen Katalysemethode. Um die Funktionsweise solcher Katalysatoren aufzuklären, konzentriert sich Hunger auf die Katalysator-Substrat-Bindung. Diese stellt die entscheidende Zwischenstufe der Organokatalyse dar. Dazu untersucht der Wissenschaftler mittels verschiedener spektroskopischer Methoden die Schlüsselelemente für die Stereokontrolle. Mit den gewonnenen Erkenntnissen lassen sich neue Katalysewege entwickeln sowie bestehende Katalysewege optimieren.

Schematische Darstellung des Projekts FASTO-CAT:  Das aktive Zentrum des Katalysators (gelb) kontrolliert die Reaktion der Substratmoleküle (links) zu den chiralen Molekülen (rechts). Wie die Geometrie der Moleküle bei einer chemischen Reaktion beeinflusst werden kann, wird mit kurzen Laserpulsen (rot) getestet.

Im Gegensatz zur konventionellen asymmetrischen Katalyse, die auf Übergangsmetallkomplexen basiert, stellt die asymmetrische Organokatalyse eine metallfreie Alternative dar. Sie erreicht zudem eine hohe Stereokontrolle und ist somit besonders für biologisch relevante Moleküle von Bedeutung, deren Chiralität äußerst wichtig für verschiedene Funktionen ist, wie die medizinische Wirkung eines Medikaments. Trotz des Erfolgs dieser organisch-chemischen Synthese bleibt die Identität der Zwischenstufen unter realen Katalysebedingungen immer noch unbekannt. Da diese Zwischenstufen allerdings erst die Chiralität hervorrufen und der Stereokontrolle somit zugrunde liegen, möchte Hunger mit dem Projekt FASTO-CAT die Zwischenstufen experimentell untersuchen und deren Strukturen offenlegen.

Methodisch greift der Wissenschaftler dabei auf mehrere spektroskopische Verfahren zurück: Anhand der zweidimensionalen Infrarotspektroskopie können Veränderungen in der Umgebung des Katalystors in Echtzeit erfasst werden. Diese lassen sich als Veränderung der Molekülschwingungen detektieren. Mit der dielektrischen Relaxationsspektroskopie und der NMR-Spektroskopie (Kernspinresonanzspektroskopie) analysiert der Wissenschaftler zudem die Ladung der Moleküle sowie die Bindungen zu den Substraten. Durch diese Kombination von Methoden lassen sich die Wechselwirkungen zwischen den Katalysatoren und Substraten auf der Zeitskala zwischen Femtosekunden und Sekunden klären. Im nächsten Schritt setzt Hunger diese Informationen zur Enantiomerenausbeute im Katalyseprozess in Bezug. Denn daraus lassen sich die Schlüsselelemente der Stereokontrolle identifizieren und somit die grundlegenden Parameter für optimale Katalysebedingungen ausmachen.

Das Ziel einer verbesserten Katalyse, beziehungsweise die Möglichkeit, neue Katalysewege vorherzusagen, eröffnet verschiedene Anwendungszwecke, unter anderem in der Medizin bei der Wirkstoffsynthese. Ein Beispiel ist die Aussicht, Malariamittel in Zukunft zielgenauer und effizienter herzustellen.

Zur Person

Dr. Johannes Hunger

Johannes Hunger ist seit 2012 Projektleiter am MPI-P. Er studierte Chemie an der Universität Regensburg, wo er 2010 auf dem Gebiet der Dynamik von Elektrolyten promovierte und anschließend eine Postdoc-Station am FOM Institute for Atomic and Molecular Physics in Amsterdam absolvierte.

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