Die Photokatalyse etabliert sich als eines der führenden Felder in der Chemie, wo bedeutende Erkenntnisse erzielt werden. Am Leibniz-Institut für Katalyse in Rostock leitet Dr. Jola Pospech ein Team, das innovative Ansätze für etablierte Reaktionswege erschließt. Ein zentrales Beispiel stellt die Hydrofunktionalisierung dar, die zu wertvollen Produkten wie bioaktiven Aminen führt. Diese Verbindungen kommen natürlich in Neurotransmittern vor und spielen eine Schlüsselrolle in der Entwicklung neuer Wirkstoffe. In Lehre und Forschung setzt Pospech auf anschauliche Darstellungen, um Studierenden die Prinzipien der Photokatalyse näherzubringen.

Im Labor dient oft einfaches Schwarzlicht als Lichtquelle, das aus UV-A-LEDs besteht und in Bereichen wie Zahnmedizin oder Unterhaltung verbreitet ist. Dieses Licht weist die passende Wellenlänge auf, um chemische Prozesse auszulösen. Es trifft auf die Elektronen der beteiligten Substanzen, insbesondere des Katalysators, und versetzt diesen in einen angeregten Zustand. Dadurch kann der Katalysator Elektronen abgeben oder aufnehmen, was die Ausgangsstoffe aktiviert und neue Verbindungen ermöglicht. Im Kern geht es um den Austausch oder die gemeinsame Nutzung von Elektronen zwischen den Reaktionspartnern.

Ein zentraler Aspekt ist die Photoredoxkatalyse, die Oxidation und Reduktion kombiniert. Bei der Oxidation gibt der Katalysator ein Elektron ab und nimmt es später wieder auf, während bei der Reduktion der umgekehrte Prozess stattfindet. Diese Dynamik lässt sich mit einem Wechselspiel vergleichen, bei dem ein Energieschub durch Photonen eine vorübergehende Verschiebung ermöglicht, die neue Interaktionen erlaubt. Nach Abschluss der Reaktion kehrt der Ausgangszustand zurück, und der Zyklus kann neu beginnen.

Traditionell basiert Chemie auf Erhitzung der Reaktionsgefäße, um Aktivierungsbarrieren zu überwinden. Mit Licht gelingt dies jedoch schneller und mit höherer Energieeffizienz. Moderne LED-Technologien erlauben eine präzise Anpassung der Wellenlänge an das Absorptionsverhalten des Katalysators. Die Hydrofunktionalisierung verläuft dabei besonders atomökonomisch, da alle Atome der Ausgangsstoffe ohne Abfallprodukte genutzt werden. Dies führt zu bioaktiven Aminen, die für pharmazeutische Anwendungen essenziell sind.

Bisherige Methoden greifen oft auf seltene und kostspielige Metalle als Katalysatoren zurück, ergänzt durch zahlreiche Zwischenschritte, Hilfskatalysatoren und zusätzliche Reagenzien, die lediglich Elektronen spenden. Das Team in Rostock hat stattdessen organische Photoredox-Katalysatoren auf Basis von Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff entwickelt. Diese sind kostengünstig herstellbar, lassen sich durch UV-Licht effizient aktivieren und erfüllen mehrere Funktionen gleichzeitig. Dadurch entfallen Hilfskomponenten und zusätzliche Reagenzien.

Aktuell arbeitet die Gruppe daran, diesen Katalysatoren durch den Einbau von Aminosäuren eine selektive Eigenschaft zu verleihen. Aminosäuren bieten definierte räumliche Strukturen, die eine stereospezifische Kontrolle ermöglichen. So soll es möglich werden, Moleküle in ihrer rechten oder linken Form lichtgesteuert herzustellen, was für die Synthese chiraler Verbindungen von Vorteil ist.

Experten schätzen, dass solche Fortschritte aus der Grundlagenforschung langfristig industriell umgesetzt werden. Viele große Chemieunternehmen unterhalten bereits eigene Abteilungen für Photokatalyse und Elektrochemie, um diese Techniken zu integrieren. Das Leibniz-Institut positioniert sich damit an der Spitze aktueller Entwicklungen in der Katalyse.

VORSCHAU: Der Deutsche Kongress für Laboratoriumsmedizin (DKLM) 2025 verspricht spannende Einblicke in die Schnittstelle von Wissenschaft und klinischer Praxis. Unter dem Leitmotiv „Science for Precision Medicine“ laden die Deutsche Gesellschaft für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin (DGKL) sowie der Dachverband für Technologen/-innen und Analytiker/-innen in der Medizin Deutschland e.V (DVTA) Fachleute aus Forschung, Klinik und Industrie ein, sich am 23. und 24. Oktober im Congress Center Leipzig (CCL) zu treffen. Der zweitägige Event richtet sich an Laborärzte, Biomedizinische Analytiker und Entscheidungsträger, um aktuelle Fortschritte in der Diagnostik zu diskutieren und Netzwerke zu stärken. Bereits am 22. Oktober findet die feierliche Eröffnung des Kongresses mit der Verleihung der MedLabAwards im Salles de Pologne statt.

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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