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News: Ordentlichkeit zahlt sich aus

Katalysatoren sind die Schrittmacher der chemischen Industrie; sie beschleunigen Reaktionen, die für die Herstellung einer Unmenge von Produkten wichtig sind, z.B. von Medikamenten, Synthetikfasern und Plastik. Nun haben Forscher am Weizmann Institute of Science herausgefunden, daß die Leistung eines Katalysators drastisch verbessert werden kann, indem man die räumliche Orientierung seiner Moleküle verändert.
Verwendet man die Katalysatoren in einer Lösung, gehen sie mit den Molekülen in ihrer Umgebung eine Wechselbeziehung ein, und es entsteht ein zufälliges, freischwebendes „Chaos“. Die Weizmann-Studie, veröffentlicht in Science (Ausgabe vom 21. Dezember 1997), zeigt, daß sich der katalytische Wirkungsgrad um den Faktor 140 erhöht, wenn alle Moleküle eines löslichen Katalysators „fein säuberlich angeordnet“ sind, so daß sie eng zusammen liegen und in eine bestimmte Richtung zeigen.

Die Wissenschaftler arbeiteten mit einem löslichen Rhodium-Komplex-Katalysator. Die chemische Industrie verwendet ähnliche lösliche Katalysatoren auf Metallbasis, sogenannte homogene Katalysatoren, bei der Erzeugung von jährlich Millionen Tonnen von Chemikalien. Die Forscher verglichen die Leistung des Katalysators, während seine Moleküle auf zwei unterschiedliche Arten angeordnet waren. Im ersten Fall schwebten die Katalysator-Moleküle ungeordnet in der Lösung; im zweiten Fall waren sie in „ordentlichen“ Reihen auf einer Glasplatte angeordnet. Ein vergleichendes Experiment dieser Art wurde hier zum ersten Male durchgeführt.

Die „ordentliche“ Version des Katalysators war nicht nur effizienter; sie war auch selektiver, so daß die Kontrolle chemischer Reaktionen erleichtert wurde. Als sie in eine Lösung von Aceton und Butanon gegeben wurde katalysierte sie nur die Reaktion des Aceton mit Wasserstoff katalysiert, um dadurch Isopropanol zu erzeugen. Das in der chemischen Zusammensetzung sehr ähnliche Butanon wurde ignoriert. Im Gegensatz dazu unterschied sein „unordentliches“ Gegenstück nicht zwischen Aceton und Butanon und katalysierte die Reaktionen mit beiden.

Nach Aussage von David Milstein, Professor für Organische Chemie am Weizmann Institute in Rehovot (Israel), entstehen die Unterschiede wahrscheinlich dadurch, daß die Moleküle des einheitlich orientierten Katalysators miteinander kooperieren. Die Forscher des Weizmann Institutes versuchen derzeit ihre Ergebnisse zu erklären und dehnen ihre Studien auf andere katalytische Reaktionen aus.

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