Aktuelles: Ungleiche Zwillinge

Chemische Bindungen sind der Ursprung der Struktur und des Verhaltens aller Materie, in der Atome sich untereinander elektrostatisch anziehen. Sie sind für die meisten im Alltag beobachtbaren Ph?nomene wie etwa die Elastizit?t eines Gummibandes, den Siedepunkt von Wasser oder das Leuchten eines Glühwürmchens verantwortlich. 

Aus Sicht der Chemie besteht vor allem ein Interesse darin, die Zusammenh?nge zwischen der Struktur und dem Verhalten von Stoffen genau zu verstehen und dieses Wissen für die Steuerung chemischer Prozesse zu nutzen. Auf mikroskopischer Ebene bedeutet dies, die Verteilung von Elektronen zwischen Atomen – den Grundbausteinen der Materie – im Verlauf einer Reaktion m?glichst pr?zise zu beeinflussen. Genau in diesem Zusammenhang machte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Julia Rehbein, Prof. Patrick Nürnberger und Prof. Alexander Breder (Universit?t Regensburg, Fakult?t für Chemie und Pharmazie), in Zusammenarbeit mit Forschenden der Universit?ten Wien und Leipzig, eine neuartige Entdeckung. 

In chemischen Reaktionen werden bestehende Bindungen zwischen Atomen gebrochen und neu verknüpft. Hierbei kann im Wesentlichen zwischen zwei Formen der sogenannten unimolekularen Bindungsspaltung – also nur das einzelne Molekül betreffend – unterschieden werden. Zum einen kann der Bindungsbruch so erfolgen, dass die beteiligten Elektronen h?lftig auf die zuvor gebundenen Atome verteilt werden – auch Homolyse genannt. Zum anderen k?nnen auch alle Bindungselektronen einem einzigen Bindungspartner zugeteilt werden, sodass der andere ?leer“ ausgeht - auch Heterolyse genannt. Bislang wurden unimolekulare Heterolysen üblicherweise an polaren Bindungen durchgeführt. Hierunter werden Bindungen verstanden, in denen ein Bindungspartner von Haus aus an den Bindungselektronen ?st?rker zieht“ als der andere. 
Unpolare Bindungen hingegen durchlaufen lediglich eine homolytische Spaltung. 百利宫_百利宫娱乐平台￥官网er vermeintlich unscheinbare Sachverhalt hat gravierende Folgen, da deshalb für unimolekulare heterolytische Reaktionen – die zum Teil in der gro?technischen Produktion von Hochleistungsmaterialien oder der Darstellung von Medikamenten eine zentrale Rolle spielen – prim?r polare Ausgangsstoffe genutzt werden. 百利宫_百利宫娱乐平台￥官网e Startmaterialien sind zwar deutlich reaktiver, aber oftmals aufwendiger in der Handhabung und nicht selten mit einer problematischeren Umweltbilanz behaftet. 

Wie nun gezeigt werden konnte, ist es aber auch m?glich, unpolare Bindungen indirekt heterolytisch zu spalten. Hierzu werden die Moleküle in einer genau abgestimmten Weise durch Licht und W?rme sequenziell so aktiviert, dass in der Folge ein Paar elektrisch gegens?tzlich geladener Teilchen entsteht – ein Prozess, der von den Forschenden als Polung bezeichnet wird. Die Ergebnisse der insgesamt dreij?hrigen Studie wurden nun im international renommierten Fachmagazin Nature ver?ffentlicht. ?Die Bedeutung der gewonnenen Erkenntnisse ist von transdisziplin?rer Tragweite, da sich durch sie v?llig neue M?glichkeiten für die Durchführung und Erforschung chemischer Reaktionen ergeben“, so die Einsch?tzung der Forschenden. M?glicherweise k?nne künftig auch auf die Nutzung von ?kologisch ungünstigen Chemikalien etwa bei der Erzeugung von Industrieprodukten zunehmend verzichtet werden, was zu entscheidenden Vorteilen in Wirtschaft und Technologie führen k?nnte.

Originalpublikation

"Unimolecular net heterolysis of symmetric and homopolar σ-bonds", Nature 2024.

DOI: 10.1038/s41586-024-07622-7 (externer Link, ?ffnet neues Fenster)