Wissenschaftler aus Regensburg und Moskau reduzieren die Komplexität von Kreuzkupplungsreaktionen von einem Multi-Parameter-System auf nur zwei Reaktionsparameter und leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung energieeffizienter, effektiver und nachhaltiger chemischer Reaktionen.
Die Anwendungen reichen von der Wirkstoff- und Naturstoffsynthese bis hin zur Materialwissenschaft. Denn auf all diesen Gebieten stellen Kreuzkupplungsreaktionen ein wertvolles Werkzeug bei der Synthese der betreffenden organischen Moleküle dar. Es handelt sich um Reaktionen, bei denen zwei Fragmente miteinander verbunden werden. Trotz vieler bekannter Methoden blieben das Auffinden der richtigen Bedingungen und ihre Optimierung für neue Reaktionen eine Herausforderung. Das Reaktionsergebnis wird von vielen „Stellschrauben“ beeinflusst, unter ihnen die Anwesenheit oder Abwesenheit von Liganden, Katalysatorvorläufern, Basen und anderen Additiven.
Künstliche Intelligenz liegt zwar als vielversprechender Ansatz für die Optimierung der Reaktionsbedingungen für solche Multi-Parameter-Systeme nahe. Das Training von entsprechenden Modellen mit realen experimentellen Daten ist aber mit erheblichem Aufwand verbunden.
Forscher der Universität Regensburg haben jetzt in Zusammenarbeit mit dem Zelinisky Institut in Moskau einen innovativen Ansatz für Kreuzkupplungsreaktionen präsentiert. Sie reduzierten die Reaktionsparameter auf ein Minimum, indem sie lediglich zwei Reaktionspartner, ein einfaches Nickelsalz und einen Farbstoff, unter Belichtung mit sichtbarem Licht reagieren liessen – ohne zusätzliche Additive zur Stabilisierung des Nickelkatalysators.
Das neue Reaktionsprinzip wird als adaptive dynamische homogene Katalyse oder kurz AD-HoC bezeichnet. Die systematische Klassifizierung von Reaktionspartnern war dabei ein Durchbruch. Eine besondere Analysemethode der russischen Kooperationspartner – die in-situ-Massenspektrometrie – half, die dynamische Natur der katalytischen Systeme zu verstehen. In weiteren Arbeiten soll nun das Konzept auf andere Metallionen, wie Kupfer, Kobalt oder Eisen, und andere Reaktionstypen, wie die Aktivierung von Kohlenstoff-Wasserstoff Bindungen, erweitert werden.
