Aldehyde sind essenzielle Verbindungen in der chemischen Industrie. Sie finden Verwendung in der Herstellung von Medikamenten, Vitaminen und Duftstoffen. Die selektive Oxidation von Alkoholen zu Aldehyden ohne Nebenreaktionen ist daher von großer Bedeutung. Bei vielen herkömmlichen Methoden kommt es häufig zur Überoxidation, wobei sich unerwünschte Nebenprodukte wie Carbonsäuren und Ester bilden. Traditionelle Verfahren zur Oxidation von Alkoholen erfordern zudem oft den Einsatz von Lösungsmitteln und umweltschädlichen Chemikalien. Sie erzeugen nicht nur gefährliche Abfälle, sondern bringen auch erhebliche Gesundheitsrisiken für die Anwendenden mit sich. Zusätzlich werden häufig hohe Temperaturen und Drücke verwendet, die zu einer Zersetzung temperaturempfindlicher Substrate führen können.
Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum um Prof. Dr. Lars Borchardt nutzt stattdessen die Mechanochemie. Dabei kommen Kugelmühlen – üblicherweise für das Zerkleinern von Materialien verwendet– zur Durchführung von chemischen Reaktionen zum Einsatz. Der entscheidende Durchbruch liegt in der Verwendung von Mahlgefäßen, die mit einer nur wenige Nanometer dünnen Schicht aus Gold beschichtet sind. „Da wir herausgefunden haben, dass die Reaktion ausschließlich auf der Goldoberfläche stattfindet, konnten wir uns durch das einfache Beschichten des Mahlgefäßes auf geringste Mengen des wertvollen Metalls beschränken“, erklärt Maximilian Wohlgemuth, Erstautor der Originalpublikation zur Forschungsarbeit. „Die Gefäße sind noch dazu über mehrere Reaktionen hinweg wiederverwendbar.“
Die katalytische Reaktion läuft direkt in der Kugelmühle ab, ohne den Einsatz schädlicher Lösungsmittel und unter milden Bedingungen, was die Integrität der Substrate bewahrt, und die Energieeffizienz erhöht. „Unsere Methode erzeugt deutlich weniger Abfall und verzichtet auf die aufwendige Herstellung molekularer Goldverbindungen oder Goldnanopartikel“, fasst Wohlgemuth zusammen. Das macht den Prozess nicht nur nachhaltiger, sondern auch kosteneffizienter.
Die Arbeiten wurden gefördert durch den Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union („Mechanocat“, Fördervereinbarung Nr. 948521).
Autor(en): spa
