Leibniz-Institut für Katalyse e.V. LIKAT Rostock Zweijahresbericht - 2013 I 2014 biennial report
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Leibniz-Institut für Katalyse e.V.
LIKAT Rostock
Zweijahresbericht
biennial report
I
2013 2014
Zweijahresbericht
biennial report
I
2013 2014
Leibniz-Institut für Katalyse e.V.
LIKAT Rostock
Inhaltsverzeichnis – Contents
Vorwort – Foreword 7
Forschungsprofil – Research Profile 9
Historie – History 11
01 Forschungsbereiche – Research Areas
Angewandte nachhaltige Katalyseprozesse 01. 1 Angewandte Homogenkatalyse – Applied Homogeneous Catalysis 12
Applied Sustainable Catalytic Processes Organische Großchemikalien – Organic Bulk Chemicals 16
Übergangsmetallkatalysierte Synthesen von Feinchemikalien – Transition Metal-Catalyzed Syntheses of Fine Chemicals 18
Katalyse für Energietechnologien – Catalysis for Energy 20
Redoxreaktionen – Redoxreactions 22
Theorie der Katalyse – Theory of Catalysis 24
Organokatalyse – Organocatalysis 26
01. 2 Heterogen-katalytische Verfahren – Heterogeneous Catalytic Processes 28
Flüssigphasenoxidationen – Liquid Phase Oxidations 32
Technologieorientierte Verfahren – Technology Oriented Processes 34
Gasphasenoxidation – Gas Phase Oxidations 36
02
Innovative Methoden und Technologien in der Katalyse 02. 1 Katalytische in situ-Studien – Catalytic in situ Studies 38
Innovative Methods and Technologies in Catalysis Optische Spektroskopie und Thermoanalyse – Optical Spectroscopy and Thermoanalytical Methods 42
Magnetische Resonanz- und Röntgenmethoden – Magnetic Resonance and X-Ray Methods 44
02. 2 Katalyse mit erneuerbaren Rohstoffen – Catalysis with Renewable Resources 46
Mikroverfahrenstechnik – Micro Reaction Engineering 50
Anorganische Funktionsmaterialien – Inorganic Functional Materials 52
Katalyse mit erneuerbaren Rohstoffen & Plattformchemikalien – Catalysis with renewables & platform chemicals 54
02. 3 Katalysatorentwicklung und Reaktionstechnik – Catalyst Discovery and Reaction Engineering 56
Hochdurchsatztechnologie – High-Throughput Technologies 60
Reaktionstechnik – Reaction Engineering 62
Reaktionsmechanismen – Reaction Mechanisms 64
03
Spezielle (metall)organische Synthesen und Katalysen 03. 1 Koordinationschemische Katalyse – Coordination Chemistry and Catalysis 66
Special (metal)organic Syntheses and Catalyses Katalyse früher Übergangsmetalle – Catalysis of Early Transition Metals 70
Katalytische Cycloadditionen – Catalytic Cycloadditions 72
Selektive Oligomerisierungen – Selective Oligomerizations 74
Koordinationschemische Wasserspaltung – Organometallic Water Splitting 76
03. 2 Asymmetrische Katalyse – Asymmetric Catalysis 78
Kinetik von Selektionsprozessen – Kinetic of Selection Processes 82
Asymmetrische Hydrierungen – Asymmetric Hydrogenations 84
Hydroformylierungen – Hydroformylations 86
Faktoranalyse und Reinkomponentenzerlegung – Factor analysis and pure component decompositions 88
„Uni in Leibniz“ Verfahrensentwicklung chemokatalytischer Reaktionen – Process Design for Chemocatalytic Reactions 90
Associated Groups (University of Rostock) Organische Synthese – Organic Synthesis 94
Materialdesign – Material Design 98
Schwingungsspektroskopie – Vibrational Spectroscopy 102
Servicebereich Analytik – Analytical Services 106
Publikationen 2013 110
Publikationen 2014 116
LIKAT im Überblick / Haushalt / Personalentwicklung 123
Personalia 128
News 130
Organigramm 135
Vorwort Foreword
Um Katalyseforschung auf hohem wissenschaft- In order to engage in catalysis research at a high
lichem Niveau zu betreiben und international scientific level and to be competitive internatio-
konkurrenzfähig zu sein, ist eine Bündelung nally, a grouping together of existing research
vorhandener Forschungsressourcen geboten. resources is required. It is with this in mind that
In diesem Sinne werden zwei industriell wichti- two industrially important areas of catalysis –
ge Gebiete der Katalyse – die homogene und homogeneous and heterogeneous catalysis res-
die heterogene Katalyse – am Leibniz-Institut pectively – are being researched at the Leibniz
für Katalyse e.V. an der Universität Rostock Institute for Catalysis (LIKAT Rostock), making use
(LIKAT) unter Ausnutzung aller sich ergeben- of every synergy effect that emerges. At present,
der Synergieeffekte erforscht. Das LIKAT bietet LIKAT provides research opportunities to around
gegenwärtig ca. 300 Mitarbeitern und Gästen 300 staff members and guests.
Forschungsmöglichkeiten. In extending the research profile at LIKAT Ros-
Mit der Erweiterung des Forschungsprofils am tock, financial contributors have followed the re-
Katalyseinstitut in Rostock sind die Zuwendungs- commendations made by the Scientific Advisory
geber den Empfehlungen des Wissenschaftsra- Council; in terms of physical space, they have
tes gefolgt und haben schnell eine den Notwen- quickly found a solution adapted to the need to
digkeiten angepasste räumliche Lösung – einen integrate all specialist competences – namely by
ersten und auch zweiten Erweiterungsbau am creating a first and a second extension to the
Standort in Rostock – für die Integration aller Rostock site. After a construction phase lasting
Kompetenzen geschaffen. Nach etwa dreijähri- around three years, there is a further laboratory
ger Bauphase steht ein weiteres, nach technisch and office building available in Rostock's Süd-
neuestem Stand eingerichtetes Labor- und Bü- stadt southern district, equipped according to the
rogebäude in der Rostocker Südstadt zur Ver- technical state of the art. In the summer of 2014,
fügung. Mit Bezug des dritten Bauabschnittes im when LIKAT took up occupancy of the third sec-
Sommer 2014 mit ca. 1900 m2 Hauptnutzfläche tion of the construction development - one ma-
werden allen LIKAT Mitarbeiterinnen und Mit- king available around 1900 m2 of main usable
arbeitern moderne Arbeitsbedingungen auf floor space – it meant that modern working con-
dem Rostocker Südstadt-Campus geboten. Alle ditions were provided to all LIKAT staff members
bisherigen Außenstellen konnten einer anderen on Rostock’s Südstadt Campus. All external sites
Nutzung übergeben werden. used to date have been able to be redesignated
Das LIKAT nimmt einen Platz an der Schnitt- to other purposes.
stelle von Grundlagen und Anwendungen ein. LIKAT is positioned at the interface where basic
In Ergänzung zu Universitäten und der Max- research meets applications. Supplementing the
Planck-Gesellschaft definiert das Institut seinen work of universities and of the Max Planck So-
Aufgabenschwerpunkt somit im Umfeld anwen- ciety, the institute defines the point of emphasis
dungsnaher Grundlagenforschung und beför- in its assignments as being the basic-research
dert industrielle Umsetzungen. Strategisch sollen environment close to specific applications, foste-
die Entwicklung einer relevanten Katalysefor- ring industrial conversions that put the knowledge
schung für zukunftsorientierte Wirtschaftsbe- gained into practical use. In strategic terms, the
reiche mitbestimmt und neue Katalyse-Anwen- aim is, firstly, to contribute in co-determining the
dungen in diesen Bereichen gefördert werden. path of development taken by relevant catalysis
In diesem Kontext sind speziell neue Erkennt- research for business areas with future growth
nisse und Verfahren im Life-Science-Bereich, in prospects, and secondly it is to promote cata-
nachhaltigen chemischen Produktionsprozessen lysis applications in these areas. In this context,
sowie im Materialien- und Energiesektor von new insights and procedures are of interest in the
Interesse. Ein konkretes Ziel der Wissenschaft- life sciences, in sustainable chemical-based pro-
lerinnen und Wissenschaftler des Instituts ist es, duction processes and in the sectors of materials
jedes Jahr den Transfer von mindestens einem and energy. Each year, it is a specific goal of the
Katalysator bzw. einem katalytischen Prozess in institute's scientists to achieve the transfer of at
den indus-triellen Pilotmaßstab zu realisieren. least one catalyst, or respectively of one catalytic
Zur Vermeidung von Einseitigkeiten und zur process, to the industrial pilot-production stage.
Erhöhung von Chancen bei der Verwirklichung The institute aims both to avoid a one-sidedness
dieser hochgesteckten Ziele existieren im Institut of focus and also to increase the chances of at-
neben wichtigen längerfristigen Rahmenverträ- taining its stated ambitious goals - this is why,
gen mit mehreren industriellen Partnern auch alongside important longer-term framework ag-
jährlich 30-40 Kooperationsprojekte mit Unter- reements with several industrial partners, there
nehmen aus unterschiedlichsten Bereichen der are also 30-40 cooperation projects in progress
Privatwirtschaft. annually at the institute, with companies from the
Für die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des most diverse areas of private business.
„Inmitten der Schwierigkeiten liegt die Möglichkeit“ Leibniz-Instituts für Katalyse steht als übergrei- The overarching goal at the forefront of the re-
fendes Ziel die Beantwortung anspruchsvoller search work by the employees of the Leibniz Ins-
‘In the middle of difficulty lies opportunity‘ wissenschaftlicher Fragen und gesellschaftlich titute for Catalysis is to find answers, both to chal-
relevanter Probleme im Vordergrund ihrer For- lenging scientific questions and also to problems
Albert Einstein schungstätigkeit. relevant to society. 6I7
Forschungsprofil Research Profile
Katalyse ist die Wissenschaft von der Beschleuni- Catalysis is the science of the acceleration of
gung chemischer Elementarprozesse. Durch die chemical elementary processes. By using high-
Anwendung leistungsfähiger Katalysatoren lau- performance catalysts, chemical reactions take
fen chemische Reaktionen unter Erhöhung der place in a way which spares resources, increa-
Ausbeute, Vermeidung von Nebenprodukten sing the yield, avoiding by-products and redu-
und Senkung des spezifischen Energiebedarfs cing the specific energy requirement. It is only
ressourcenschonend ab. Die globale Forderung possible to meet the global demand for an ef-
nach einer effizienten Nutzung aller Ressourcen ficient use of all resources by making use of ef-
ist nur mit einer effizienten Katalyseforschung ficient catalysis research. Already, four out of five
möglich. Schon gegenwärtig durchlaufen vier chemical products undergo a cycle of catalysis
von fünf chemischen Produkten bei ihrer Her- during their manufacture. Thus catalysis acts as
stellung einen Katalysezyklus. So stellt die Kata- a science spanning across a range of disciplines,
lyse eine Querschnittswissenschaft dar, die dazu contributing to the process of finding solutions for
beiträgt, Lösungen für die wesentlichen Heraus- the fundamental challenges of the 21st century.
forderungen des 21. Jahrhunderts zu finden. Zu For this science to develop further, there is a need
ihrer Weiterentwicklung ist das interdisziplinäre for an interdisciplinary collaboration between in-
Zusammenwirken der Anorganischen, Organi- organic, organic and technical chemistry, the na-
schen und Technischen Chemie, der Nanowis- nosciences, physical chemistry and process tech-
senschaften, der Physikalischen Chemie und der nology. To an increasing degree, applications of
Verfahrenstechnik notwendig. In zunehmendem catalysis – apart from their use in chemistry – are
Maße findet man katalytische Anwendungen also to be found in the life sciences and in the
neben dem Einsatz in der Chemie auch in den sourcing of energy, as well as in the protection of
Lebenswissenschaften und zur Energieversor- the environment.
gung sowie beim Klima- und Umweltschutz. The main objectives of LIKAT's scientific projects
Hauptziele der wissenschaftlichen Arbeiten des range from the acquisition of new knowledge in
LIKAT sind die Gewinnung neuer Erkenntnisse catalysis research (and its applications) to tech-
in der Katalyseforschung und deren Anwen- nical utilisation of such new knowledge. The stra-
dung bis hin zu technischen Umsetzungen. Die tegic goals of LIKAT are to define and shape the
Entwicklung einer relevanten Katalyseforschung development of relevant catalysis research for
für zukunftsorientierte Wirtschaftsbereiche zu areas of economic activity which hold potenti-
bestimmen und neue Katalyse-Anwendungen in al for the future, and also to put into effect new
diesen Bereichen zu realisieren, sind die strate- catalysis-based applications in these areas.
gischen Ziele des LIKAT. The Leibniz Institute for Catalysis is the largest
Das Leibniz-Institut für Katalyse ist das größte publicly-funded research institute in Europe in the
öffentlich geförderte europäische Forschungs- area of applied catalysis. Its areas of expertise
institut im Bereich der angewandten Katalyse. are arranged both according to the various me-
Seine Expertisen sind sowohl methodisch als thods employed and according to the materials
auch stofflich ausgerichtet. Folgende Programm- being studied. The following points of emphasis
schwerpunkte bestimmen die Forschungstätigkeit in the programme define the institute's research
am Institut: activity:
• Angewandte nachhaltige Katalyseprozesse • Applied sustainable processes of catalysis
• Innovative Methoden und Technologien der • Innovative methods and technologies for
Katalyse catalysis
• Spezielle (metall)organische Synthesen und • Special (metal)organic syntheses and cata-
Katalysen lyses
8I9
Historie History
Über 60 Jahre Katalyse-„Know How“ bildet die Over 60 years of catalysis ‘know how‘ forms the
Basis des Leibniz-Instituts für Katalyse e.V. an basis of the Leibniz Institute for Catalysis at the
der Universität Rostock (LIKAT). Im Jahr 1952 University of Rostock (LIKAT). In 1952, the Ros-
gründeten die Rostocker Professoren Günther tock Professors Günther Rienäcker (Inorganic
Rienäcker (Anorganische Chemie) und Wolf- Chemistry) and Wolfgang Langenbeck (Organic
gang Langenbeck (Organische Chemie) mit Chemistry) founded the Research Institute for Ca-
dem Institut für Katalyseforschung in Rostock talysis in Rostock, the first institute in Europe de-
das erste ausschließlich der Katalyse gewidmete voted exclusively to catalysis research. In 1959,
Forschungsinstitut in Europa. 1959 trennten sich these two areas of catalysis research parted
die Wege der verschiedenen Bereiche der Kata- ways for what would be nearly 50 years. Homo-
lyseforschung für annähernd 50 Jahre. Die ho- geneous, i.e., organometallic, catalysis remained
mogene – metallorganisch geprägte – Katalyse with Wolfgang Langenbeck in Rostock and led
verblieb mit Wolfgang Langenbeck in Rostock to the creation of the Institute for Organic Ca-
und bildete das Institut für Organische Katalyse- talysis Research. Heterogeneous catalysis moved
forschung. Die heterogene Katalyse mit Günther with Günther Rienäcker to Berlin and became the
Rienäcker zog nach Berlin um und wurde zum focus of the Institute of Inorganic Catalysis Re-
Institut für Anorganische Katalyseforschung. search. Both institutes were later part of the Ger-
Beide Institute wurden später Teil der Deutschen man Academy of Sciences in Berlin (Academy of
Akademie der Wissenschaften zu Berlin (AdW), Sciences), which was dissolved in 1991 as a result
die 1991 als Folge der Wiedervereinigung auf- of the country's reunification.
gelöst wurde. With the creation of the Center for Heterogene-
Mit der Schaffung des Zentrums für Heteroge- ous Catalysis in 1992 in Berlin, catalysis research
ne Katalyse wurde die Katalyseforschung 1992 was once again institutionalized. Two years later
in Berlin neu institutionalisiert. Zwei Jahre spä- this center joined with three other chemistry cen-
ter ging aus diesem Zentrum und drei weiteren ters as the Institute for Applied Chemistry Berlin-
Chemiezentren das Institut für Angewandte Adlershof (ACA).
Chemie Berlin-Adlershof (ACA) hervor. The Rostock Catalysis Institute became a national
Das Rostocker Katalyseinstitut wurde nach research institute of Mecklenburg-Western Pome-
Schließung der AdW ein Landesforschungsins- rania after the closure of the Academy of Scien-
titut von Mecklenburg-Vorpommern. Von 1992 ces. From 1992 to 1997, the Max Planck Society,
– 1997 trug die Max-Planck-Gesellschaft durch through the establishment of two working groups,
die Einrichtung zweier Arbeitsgruppen – „Kom- ‘Complex Catalysis‘ and ‘Asymmetric Catalysis‘,
plexkatalyse“ und „Asymmetrische Katalyse“ – contributed significantly to the stabilization and
im Rostocker Institut erheblich zur Stabilisierung modernization of the Rostock Institute. Since mid-
und Modernisierung der Einrichtung bei. Seit 1998, Professor Matthias Beller has directed the
Mitte 1998 leitet Professor Matthias Beller das Institute of Catalysis in Rostock. After a very po-
Rostocker Katalyseinstitut. Nach einer sehr posi- sitive evaluation of the institute's research by the
tiven Evaluierung der Forschungsarbeiten durch German Council of Science and Humanities (WR
den Wissenschaftsrat war die Aufnahme des In- - Wissenschaftsrat), its acceptance as a member
stituts für Organische Katalyseforschung (IfOK) of the Leibniz Association, as the Institute of Or-
in die Leibniz-Gemeinschaft zum 01. Januar ganic Catalysis Research (IfOK), on 01 January
2003 Ausdruck einer erfolgreichen Entwicklung. 2003, was successfully completed.
Am 06. Dezember 2005 erfolgte die Eintragung On 06 December 2005, with the registration of
des Leibniz-Instituts für Katalyse e.V. an der Uni- the Leibniz Institute for Catalysis at the University
versität Rostock (LIKAT Rostock) beim Amtsge- of Rostock (LIKAT Rostock) at the District Court of
richt Rostock, die Fusion von IfOK und ACA wur- Rostock, the merger of the IfOK and the ACA (re-
de (rückwirkend ab 01. Juli 2005) rechtskräftig. troactively from July 01, 2005) was legally reco-
Als An-Institut der Universität Rostock hat das gnized. As an affiliated institute of the University
LIKAT die Rechtsform eines eingetragenen Ver- of Rostock, LIKAT has the legal form of a regis-
eins mit den Organen Mitgliederversammlung, tered association and as such includes a general
Kuratorium und Wissenschaftlicher Beirat. membership meeting, a Board of Trustees, and a
Obwohl das Institut seit der Gründung im Jahre Scientific Advisory Council.
1952 durch Langenbeck und Rienäcker vielfäl- Although LIKAT has gone through many instituti-
tige institutionelle Veränderungen durchlaufen onal changes since its founding in 1952 by Lan-
hat, besteht der Hauptanspruch der beiden genbeck and Rienäcker, the main objective of the
Gründer bis heute, den Transfer von Ergebnis- two founders, to promote the transfer of relevant
sen der Grundlagenforschung zu chemischen basic research results for use in the development
Produkten oder Prozessen mit Anwendungsrele- of chemical products or processes, has been pre-
vanz zu betreiben. served.
10 I 11
Forschungsbereich – Research Area 01. 1
Angewandte Homogenkatalyse
Applied Homogeneous Catalysis
Prof. Dr. Matthias Beller
Bereichsleiter, Direktor
Tel.: +49 381 1281-113
Fax: +49 381 1281-5000
matthias.beller@catalysis.de
Der Forschungsbereich An Overview of the
im Überblick Department´s Activities
Im Bereich werden grundlegende Aspekte der homogenen Ka- This department examines fundamental aspects of homogene-
talyse mit Übergangsmetallkomplexen, der angewandten or- ous catalysis with transition-metal complexes, applied organic
ganischen Synthese, vermehrt auch der heterogenen Katalyse synthesis, increasingly heterogeneous catalysis, and, in part, che-
sowie partiell der technischen Chemie untersucht. Wesentliche mical engineering. Essential goals of the research work under-
Ziele der Forschungsarbeiten sind die Entwicklung neuer, um- taken are to develop new environmentally benign catalysts and
weltfreundlicher Katalysatoren und Synthesemethoden sowie methods of synthesis, as well as applying them in the chemical
deren Anwendung in der chemischen und pharmazeutischen In- and pharmaceutical industries. An important aspect of this is the
dustrie. Dabei ist der Transfer der Ergebnisse von Modellstudien transfer of the results from model studies and mechanistic investi-
und mechanistischen Untersuchungen zu konkreten chemischen gations to specific chemical products or processes.
Produkten oder Prozessen ein wichtiger Aspekt. The points of emphasis in the research are the topics ‘catalysis for
Inhaltliche Schwerpunkte der Forschung sind die Themen „Kata- fine chemicals‘, ‘sustainable redox catalysis‘ and ‘applications of
lyse für Feinchemikalien“, „Nachhaltige Redox-Katalyse“, „Kata- catalysis for energy technologies‘, as well as ‘catalytic processes
lyseanwendungen für Energietechnologien“ sowie „Katalytische for organic bulk chemicals‘. The first sub-area carries out catalytic
Prozesse für organische Bulkchemikalien“. Im ersten Teilbereich functionalisation from aryl halides to aromatic amines, arylated
werden katalytische Funktionalisierungen von Arylhalogeniden olefins, benzaldehydes, benzoic acid derivatives, benzonitriles
zu aromatischen Aminen, arylierten Olefinen, Benzaldehyden, and similar products. The metal complexes and ligands deve-
Benzoesäurederivaten, Benzonitrilen und ähnlichen Produkten loped in this area of research (e.g. palladacycles, adamantyl-
durchgeführt. Die im Forschungsbereich entwickelten Metall- phosphanes, aryl / heteroarylphosphanes) now constitute ‘state-
Komplexe und Liganden (z.B. Palladacyclen, Adamantylphos- of-the-art catalysts‘ in many instances: they are used successfully
phane, Arylheteroarylphosphane) stellen heute in vielen Fällen by other research groups worldwide for the most diverse range
„State-of-the-Art-Katalysatoren“ dar, die weltweit von anderen of coupling reactions, and are also already being put into use on
Forschungsgruppen für verschiedenste Kupplungsreaktionen technical projects. Aside from specific developments related to
mit Erfolg angewendet wurden und auch bereits technisch ein- catalysts, in recent years there have also been developments with
gesetzt werden. Neben konkreten Katalysatorentwicklungen regard to methods employed. As an example, several new kinds
wurden in den letzten Jahren auch methodische Entwicklungen of carbonylating coupling reactions could be developed, which
vorangetrieben. So konnten beispielsweise mehrere neuartige efficiently generate fine-chemical structures.
carbonylierende Kupplungsreaktionen entwickelt werden, die In terms of quantity, it is redox reactions catalysed by a me-
effizient interessante Feinchemikalienstrukturen generieren. tal complex which constitute the most significant homogeneous
Metallkomplexkatalysierte Redox-Reaktionen stellen mengen- catalysis reactions in the chemical industry. Within the context
mäßig die bedeutendsten homogenkatalytischen Reaktionen in of developing sustainable chemical processes, the primary goal
der chemischen Industrie dar. Im Rahmen der Entwicklung nach- of the efforts in this area of research is to make use of environ-
haltiger chemischer Verfahren („sustainable development“) ist mentally benign and cost-competitive means of reduction and
der Einsatz von umweltfreundlichen und kostengünstigen Reduk- oxidation. In the last two years, projects have been concentra-
tions- und Oxidationsmitteln primäres Ziel der Forschungsbe- ting on the development of catalytic reductions with hydrogen
mühungen des Bereiches. Die Arbeiten der letzten beiden Jahre and transfer-hydrogenation reactants, in addition to silanes and
konzentrieren sich auf die Entwicklung von katalytischen Reduk- iron-based catalysts. Thus, it proved possible to bring about new
tionen mit Wasserstoff, Transferhydrierreagenzien sowie Sila- chemoselective catalytic reductions of amides. It is worth noting
nen und eisenbasierten Katalysatoren. So konnten bspw. neue that, in these reactions, a large number of other reducible func-
chemoselektive katalytische Reduktionen von Amiden realisiert tional groups is tolerated without problems. At present, there are
werden. Bemerkenswerterweise wird bei diesen Reaktionen eine projects in progress which are undertaking catalytic reductions
Vielzahl anderer reduzierbarer funktioneller Gruppen problem- of nitric acid derivatives and carboxylic acid derivatives with
los toleriert. Aktuell werden katalytische Reduktionen von Nitro- homogeneous and heterogeneous iron, cobalt and ruthenium
und Carbonsäurederivaten mit homogenen und heterogenen catalysts, respectively. Within this process, both new molecularly 12 I 13
Eisen-, Cobalt- und Ruthenium-Katalysatoren betrieben. Dabei defined and also nano-range heterogeneous catalysts are being
Angewandte Homogenkatalyse – Applied Homogeneous Catalysis
Literatur (Auswahl)
[1] E. Alberico, P. Sponholz, C. Cordes, M. Nielsen, H.-J. Drexler, W. Baumann, H. Junge, M. Beller ANGEWANDTE CHEMIE –
INTERNATIONAL EDITION 2013, 52, 14162-14166. Selective Hydrogen Production from Methanol with a Defined
Iron Pincer Catalyst under Mild Conditions.
[2] I. Fleischer, K. M. Dyballa, R. Jennerjahn, R. Jackstell, R. Franke, A. Spannenberg, M. Beller ANGEWANDTE CHEMIE –
INTERNATIONAL EDITION 2013, 52, 2949-2953. From Olefins to Alcohols: Efficient and Regioselective Ruthenium-
werden sowohl neue molekular-definierte als auch nano-skalige developed. In addition to the reduction processes, catalytic oxi- Catalyzed Domino Hydroformylation/ Reduction Sequence.
heterogene Katalysatoren entwickelt. In Ergänzung der Reduk- dations are being carried out with iron and ruthenium complexes. [3] S. Fleischer, S. Zhou, K. Junge, M. Beller ANGEWANDTE CHEMIE – INTERNATIONAL EDITION 2013, 52, 5120-5124.
tionsprozesse werden katalytische Oxidationen mit Eisen- und Within the context of using catalytic reactions for energy tech- General and Highly Efficient Iron-Catalyzed Hydrogenation of Aldehydes, Ketones, and α,β-Unsaturated Aldehydes.
Ruthenium-Komplexen durchgeführt. nologies, more intensive research work is focusing, in particular, [4] R. V. Jagadeesh, A.-E. Surkus , H. Junge, M. M. Pohl, J. Radnik, J. Rabeah, H. Huan, V. Schuenemann, A. Brueckner, M. Beller
Im Rahmen der Nutzung von katalytischen Reaktionen für on photocatalytic water splitting and the generation of hydrogen SCIENCE 2013, 342, 1073-1076. Nanoscale Fe2O3-Based Catalysts for Selective Hydrogenation of Nitroarenes to Anilines.
Energietechnologien werden besonders die photokatalytische through replenishable raw materials and formic acid. A point of [5] Y. Li, X. Fang, K. Junge, M. Beller ANGEWANDTE CHEMIE – INTERNATIONAL EDITION 2013, 52, 9568-9571.
Wasserspaltung und die Erzeugung von Wasserstoff aus nach- emphasis within this is the development of efficient ‘non-precious A General Catalytic Methylation of Amines Using Carbon Dioxide.
wachsenden Rohstoffen und Ameisensäure intensiver beforscht. metal catalysts‘ for proton reductions. The scope of cooperations [6] S. P. Luo, E. Mejia, A. Friedrich, A. Pazidis, H. Junge, A. E. Surkus, R. Jackstell, S. Denurra, S. Gladiali, S. Lochbrunner, M.
Einen Schwerpunkt stellt dabei die Entwicklung effizienter undertaken as part of the ‘Light2Hydrogen‘ project also includes Beller ANGEWANDTE CHEMIE – INTERNATIONAL EDITION 2013, 52, 419 - 423. Photocatalytic Water Reduction with
„Nicht-Edelmetall-Katalysatoren“ für Protonenreduktionen dar. fundamental mechanistic studies performed on photocatalytic Copper-Based Photosensitizers: A Noble-Metal-Free System.
In Kooperationen im Projekt „Light2Hydrogen“ werden auch systems for water splitting. [7] M. Nielsen, E. Alberico, W. Baumann, H. J. Drexler, H. Junge, S. Gladiali, M. Beller NATURE 2013, 495, 85-89.
grundlegende mechanistische Untersuchungen zu photokataly- In cooperation with industrial partners, the group ‘catalytic pro- Low-Temperature Aqeous-Phase Methanol Dehydrogenation to Hydrogen and Carbon Dioxide.
tischen Wasserspaltungssystemen durchgeführt. cesses for organic bulk chemicals ‘ is developing improved pro- [8] A. Tlili, J. Schranck, J. Pospech, H. Neumann, M. Beller ANGEWANDTE CHEMIE – INTERNATIONAL EDITION 2013, 52,
In der Gruppe „Organische Großchemikalien“ werden in Ko- cesses for functionalisations of olefinic compounds, manufactured 6293-6297. Ruthenium-Catalyzed Carbonylative C-C Coupling in Water by Directed C-H Bond Activation.
operation mit industriellen Partnern verbesserte Prozesse für in large scale technical processes, and also for the refining of [9] F. A. Westerhaus, R. V. Jagadeesh, G. Wienhoefer, M. M. Pohl, J. Radnik, A. E. Surkus, J. Rabeah, K. Junge, H. Junge,
Funktionalisierungen von großtechnisch hergestellten Olefin- carbon dioxide. Recent studies were able to demonstrate that it M. Nielsen, A. Brueckner, M. Beller NATURE CHEMISTRY 2013, 5, 537-543. Heterogenized Cobalt Oxide Catalysts
mischungen und für die Veredelung von Kohlendioxid entwi- is possible to put technical olefinic compounds into effect selec- for Nitroarene Reduction by Pyrolysis of Molecularly Defined Complexes.
ckelt. In jüngsten Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass tively so as to convert them into the desired target product by [10] C. Bornschein, S. Werkmeister, B. Wendt, H. Jiao, E. Alberico, W. Baumann, H. Junge, K. Junge, M. Beller NATURE
es möglich ist, technische Olefinmischungen mit verschiedenen using various catalysts based on rhodium, iridium, ruthenium or COMMUNICATIONS 2014, 5, 4111. Mild and selective hydrogenation of aromatic and aliphatic (di)nitriles with a
Katalysatoren auf Basis von Rhodium, Iridium, Ruthenium oder palladium. well-defined iron pincer complex.
Palladium selektiv zum gewünschten Zielprodukt umzusetzen. In 2014, the work of colleagues from our research team resulted [11] X. Fang, H. Li, R. Jackstell, M. Beller JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 2014, 136, 16039-16043.
2014 sind unter Mitwirkung von Mitarbeitern des Bereichs 124 in 124 scientific publications. According to statistics from Wiley- Selective Palladium-Catalyzed Aminocarbonylation of 1,3-Dienes: Atom-Efficient Synthesis of ß,γ-Unsaturated Amides.
wissenschaftliche Veröffentlichungen erschienen. Nach einer VCH for 2014, the research group ranks among the 25 interna- [12] R. V. Jagadeesh, H. Junge, M. Beller NATURE COMMUNICATIONS 2014, 5, 4123. Green synthesis of nitriles using
Statistik von Wiley-VCH aus dem Jahr 2014 zählt die For- tional groups whose work is most frequently published in the two non-noble metal oxides-based nanocatalysts.
schungsgruppe zu den 25 internationalen Gruppen, die am leading European chemistry journals (‘Angewandte Chemie‘ and [13] Y. Li, T. Yan, K. Junge, M. Beller ANGEWANDTE CHEMIE – INTERNATIONAL EDITION 2014, 53, 10476-10480. Catalytic
häufigsten in den beiden führenden europäischen Chemiejour- ‘Chemistry – A European Journal‘). Methylation of C-H Bonds Using CO2 and H2.
nalen („Angewandte Chemie“ und „Chemistry – A European Taking certain work undertaken in the ‘Applied Homogeneous [14] Q. Liu, L. Wu, S. Guelak, N. Rockstroh, R. Jackstell, M. Beller ANGEWANDTE CHEMIE – INTERNATIONAL EDITION
Journal“) publizieren. Catalysis‘ department as their basis, several catalysts or res- 2014, 53, 7085-7088. Towards a Sustainable Synthesis of Formate Salts: Combined Catalytic Methanol Dehydrogenation
Aufbauend auf Arbeiten aus dem Bereich „Angewandte Ho- pectively procedures were transferred into industrial scale use: and Bicarbonate Hydrogenation.
mogenkatalyse“ wurden mehrere Katalysatoren bzw. Verfah- palladium catalyst systems developed in the last few years are [15] I. Sorribes, K. Junge, M. Beller JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY 2014, 136, 14314-14319. Direct
ren in die Industrie überführt: So werden in den letzten Jah- in operation on an industrial scale (at Evonik-Degussa AG, in Catalytic N-Alkylation of Amines with Carboxylic Acids.
ren entwickelte Palladium-Katalysatorsysteme in der Industrie their Hanau and Marl sites). Apart from this, another original [16] T. Stemmler, F. A. Westerhaus, A.-E. Surkus, M.-M. Pohl, K. Junge, M. Beller GREEN CHEMISTRY 2014, 16, 4535-4540.
(Evonik-Degussa AG, Hanau und Marl) im industriellen Maß- development of our department – namely a number of phospha- General and selective reductive amination of carbonyl compounds using a core-shell structured Co3O4/NGr@C catalyst.
stab genutzt. Daneben werden eine Reihe originär entwickel- ne ligands in so-called catalysis kits for the activation of aryl-X [17] S. Werkmeister, K. Junge, B. Wendt, E. Alberico, H. Jiao, W. Baumann, H. Junge, F. Gallou, M. Beller ANGEWANDTE CHE-
ter Phosphan-Liganden in sogenannten Katalysator-Kits für die compounds – is being sold by the companies Strem and Aldrich. MIE – INTERNATIONAL EDITION 2014, 53, 8722-8726. Hydrogenation of Esters to Alcohols with a Well-Defined Iron Complex.
Aktivierung von Aryl-X-Verbindungen von den Firmen Strem In addition, the company Solvias is marketing the ligands on a [18] L. Wu, Q. Liu, I. Fleischer, R. Jackstell, M. Beller NATURE COMMUNICATIONS 2014, 5, 3091. Ruthenium-catalysed alkoxy-
und Aldrich vertrieben. Darüber hinaus vermarktet Solvias die multi-kilogram scale. carbonylation of alkenes with carbon dioxide. 14 I 15
Liganden im multi-kg-Maßstab.
Angewandte Homogenkatalyse – Applied Homogeneous Catalysis 01. 1
Dr. Ralf Jackstell Kooperationspartner
Themenleiter Prof. R. Franke, Evonik PI, AI
Dr. J. Julis, Evonik, Creavis
Tel.: +49 381 1281-128 Prof. A. Jess, Universität Bayreuth
Fax: +49 381 1281-51128 Prof. A. Behr, Universität Dortmund
ralf.jackstell@catalysis.de
Organische Großchemikalien
Organic Bulk Chemicals
Wir fokussieren sowohl von den Ausgangsmaterialien als auch We focus both on the starting materials and the products to sub-
von den Produkten auf Stoffe, die im großen Maßstab verfüg- stances that are available on a large scale or are needed. In
bar sind bzw. benötigt werden. Außerdem werden alternative addition, alternative feedstocks such as Alkanes [1], biomass [2],
Feedstocks wie z.B. Alkane [1], Biomasse [2], Kohlendioxid [3, 4, 5] und carbon dioxide [3, 4, 5] and CO alternatives [6] studied as potential
CO-Alternativen [6] als potentielle Ausgangsstoffe untersucht. starting materials. Precious metal-based and non-precious ho-
Sowohl edelmetallgestützte als auch edelmetallfreie homogen- mogeneous catalytic reactions include here the key technologies.
katalytische Reaktionen zählen hier zu den modernen Schlüs- Therefore, the design, synthesis and testing of new homogeneous
seltechnologien. Deshalb gehört die Entwicklung, Synthese und catalysts for various reactions is part to our main task box. In ad-
Testung neuer homogener Katalysatoren für unterschiedliche dition, our focus of substitution of expensive precious metals such
Reaktionen zu unserem Hauptaufgabenfeld. Außerdem gilt un- as rhodium is considered by alternative cheaper metals such as
ser Focus der Substitution teurer Edelmetalle wie Rhodium durch ruthenium to our field of activity. Photoreactor
alternative billigere Metalle wie Ruthenium. for alkanede-
hydrogenation
rutheniumcatalysed transformations to bulk chemicals
Literatur
Unsere Forschungen richten sich deshalb z. B. auf hochselektive Our research goes therefore for example into the direction of
Carbonylierungsreaktionen von Olefinen. Hierzu zählen unter highly selective carbonylation reactions of various olefins. These [1] A. D. Chowdhury, N. Weding, J. Julis, R. Franke, R. Jackstell, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 6477-6481.
anderem rutheniumkatalysierte Hydroformylierungen und Hyd- include ruthenium-catalyzed hydroformylation and hydroamino- [2] A. D. Chowdhury, R. Jackstell, M. Beller, ChemCatChem. 2014, 6, 3360-3365.
roaminomethylierungen [7, 8, 9] sowie Alkoxycarbonylierungen [10]. methylations [7, 8, 9] and alkoxy-carbonylation reactions [10]. [3] Q. Liu, L. Wu, I. Fleischer, D. Selent, R. Franke R. Jackstell, M. Beller, Chem. Eur. J. 2014, 6888-6894.
[4] Q. Liu, L. Wu, S. Gülak, N. Rockstroh, R. Jackstell, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 7085-7088.
Längerkettige Aldehyde, Alkohole, Amine und Ester sind hier Higher aldehydes, alcohols, amines and esters are here the tar- [5] L. Wu, Q. Liu, I. Fleischer, R. Jackstell, M. Beller, Nat. Commun. 2014, 5, 3091.
die Zielprodukte. Deren Anwendung liegt hauptsächlich in der get products. Their application is mainly in the synthesis of plasti- [6] Q. Liu, K. Yuan, P.-B. Arockiam, R. Franke, H. Doucet, R. Jackstell, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2015,
Synthese von Weichmachern für Kunststoffe und Polymerbau- cizers for plastics and polymer blocks. Permanent task is to con- 54, 4493-4497.
steinen. tinue the development of new, patent-free of ligands [11]. Looking [7] L. Wu, I. Fleischer, R. Jackstell, I. Profir, R. Franke, M. Beller, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 14306-14312.
for alternative products, our interest is currently on the synthesis [8] L. Wu, I. Fleischer, R. Jackstell, M. Beller, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3989-3996.
Permanente Aufgabenstellung ist weiterhin die Entwicklung of alternative plasticizers. To this end, we investigate highly selec- [9] I. Fleischer, K. Dyballa, R. Jennerjahn, R. Jackstell, R. Franke, A. Spannenberg, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2013,
neuer, patentfreier Ligandklassen [11]. Auf der Suche nach alter- tive palladium-catalyzed alkoxycarbonylations of 1,3-dienes [12]. 52, 2949-2953.
nativen Produkten richtet sich unser Interesse aktuell auch auf [10] Q. Liu, L. Wu, R. Jackstell, M. Beller, ChemCatChem. 2014, 6, 2805-2809.
die Synthese alternativer Weichmacher. Hierzu untersuchen wir [11] A. Pews-Davtyan, X. Fang, R. Jackstell, A. Spannenberg, W. Baumann, R. Franke, M. Beller, Chem. As. J. 2014,
hochselektive palladiumkatalysierte Alkoxycarbonylierungen 9, 1168-1174.
von 1,3-Dienen [12]. [12] X. Fang, H. Li, R. Jackstell, M. Beller, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 9030-9034. 16 I 17
Angewandte Homogenkatalyse – Applied Homogeneous Catalysis 01. 1
Dr. Helfried Neumann
Themenleiter
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helfried.neumann@catalysis.de
Übergangsmetallkatalysierte Synthesen von Feinchemikalien
Transition Metal-Catalyzed Synthesis of Fine Chemicals
Zielsetzung Purpose
Die homogene Katalyse ist für die Synthese von Feinchemikali- The homogeneous catalysis became to an important tool for the
en, Arzneimitteln, Agrochemikalien und speziellen Materialien synthesis of drugs, agro chemicals and new materials. Besides
ein wichtiges Werkzeug geworden. Neben der Bedeutung von the meaning of palladium-catalyzed coupling reactions with are-
palladiumkatalysierten Kupplungsreaktionen mit halogenier- ne halides, ruthenium-catalyzed CH activation of arenes play an
ten Aromaten, nehmen auch rutheniumkatalysierte CH-Akti- increasing role. One goal is the development of new reactions
vierungsreaktionen eine wichtige Rolle ein. Ein Ziel ist es, hier exploiting the atom economy of this synthetic approach.
neue Systeme zu entwickeln, die den Vorteil der Atomökonomie Another ruthenium-catalyzed class of reaction is based on the
ausnützen können. Eine weitere ebenfalls rutheniumkatalysierte ‘hydrogen borrowing‘ concept. By dehydrogenation alcohols are
Reaktion liegt dem „hydrogen borrowing“ Konzept zu Grun- converted to carbonyl compounds, which react in situ to new
de. Hier werden aus Alkoholen durch Dehydrierung Ketone products. A goal is to apply the ‘hydrogen borrowing‘ concept
erzeugt, die in situ zu vielfältigen neuen Produkten reagieren to other OH generating compounds. Since metathesis catalysts
können. Ziel ist es, dieses Konzept auf unterschiedliche OH are sometimes tricky to synthesize we aim to find ruthenium pre-
generierenden Verbindungen anzuwenden. Metathesekataly- cursors which generate metathesis active species in situ. Car- Ergebnisse Results
satoren sind oft schwer herzustellen. Mit einfach zugänglichen bonylation reactions performed by CO-Surrogates are also an Wir konnten zeigen, dass sich das „hydrogen borrowing“ Kon- We could demonstrate, that the ‘hydrogen borrowing‘ concept
Rutheniumprecursoren wollen wir metatheseaktive Intermediate important approach to avoid the usage of CO gas. Last but not zept auch auf Epoxide anwenden lässt. Ein Anilin öffnet ein can be transferred also to epoxides. An aniline opens the epoxi-
in situ generieren. Eine weitere Zielsetzung ist es, Carbonylie- least the synthesis of new efficient ligands remains a basic goal. Epoxid zum Alkohol und ermöglicht den für die Reaktion cha- de to an alcohol and now the dehydrogenation step is possible
rungsreaktionen mit CO-Surrogaten wie Formaldehyd oder rakteristischen Dehydrierungsschritt zum Keton, das sich zum to generate a ketone, which was cyclized to indoles. [1] Similarly,
Ameisensäure durchzuführen, um externes CO Gas zu vermei- Indol cyclisieren lässt. [1] Das gleiche Reaktionsprinzip kann auch the same concept can be applied to form pyrrols. [3] A water
den. Die Synthese neuer Liganden spielt bei allen Reaktionen auf die Darstellung von Pyrrolen angewendet werden. [3] Eine mediated ruthenium catalyzed carbonylation allows an access to
eine herausragende Rolle. rutheniumkatalysierte Carbonylierung durch CH Aktivierung benzophenones by CH activation. [2] At the first time ring closing
ermöglicht den Aufbau von Benzophenonen im wässrigen Re- metatheses was performed by a ruthenium precursor from type
aktionsmedium. [2] Erstmals konnten wir in einer Ringschlussme- [p-cymene)Ru(Me2IMes)Cl2. The metatheses active species is for-
tathesereaktion einen Rutheniumprecuror vom Typ [p-cymene) med in situ in the presence of the alkene substrate and additives.
[4]
Ru(Me2IMes)Cl2 einsetzen. Die metatheseaktive Spezie wird mit A contribution to the complex catalysis was made by the syn-
Hilfe des Alkensubstrates und Zusätzen in situ generiert. [4] Einen thesis of ruthenium acylphosphine complexes, which can be hy-
Beitrag zur Komplexkatalyse konnten wir mit der Synthese von drogenated to ruthenium phosphine complexes. [5] Formaldehyde
Rutheniumacylphosphinkomplexen leisten, die sich zu den ent- as CO-surrogate was successful in the reductive carbonylation
sprechenden Rutheniumphosphinkomplexen selektiv hydrieren of arylbromides. Also alkoxy- und Suzuki carbonylations can be
lassen. [5] Formaldehyd als CO-Surrogat konnte erfolgreich in carried out using formaldehyde as CO source. [6] The catalyst
der reduktiven Carbonylierung von Arylbromiden eingesetzt system Pd(OAc)2 / BuPAd2 is universal in coupling reactions and
werden. Auch Alkoxy- und Suzukicarbonylierungen lassen sich was also successful in the synthesis of quinazolinones. [7, 8]
mit dem neuen Syntheseansatz durchführen. [6] Das in Kupp-
lungsreaktionen universelle Katalysatorsystem Pd(OAc)2/BuPAd2
konnte für die Darstellung von Quinazolinonen erfolgreich ein-
gesetzt werden. [7, 8]
Literatur
[1] M. Peña-López, H. Neumann, M. Beller, Chem. Eur. J. 2014, 20, 1818–1824.
[2] A. Tlili, J. Schranck, J. Pospech, H. Neumann, M. Beller, Angew. Chem. 2013, 52, 6293-6297.
[3] M. Zhang, H. Neumann, M. Beller, Angew. Chem. 2013, 52, 597-601.
[4] C. Lübbe, A. Dumrath, H. Neumann, M. Beller, R. Kadyrov, ChemCatChem 2014, 6, 105-108.
[5] S. Gowrisankar, H. Neumann, A. Spannenberg, M. Beller, Organometallics 2014, 33, 94–99.
[6] K. Natte, A. Dumrath, H. Neumann, M. Beller, Angew. Chem. 2014, 53, 10090–10094.
[7] L. He, H. Li, H. Neumann, M. Beller, X.-F. Wu, Angew. Chem. 2014, 53, 1420–1424.
[8] J. Chen, K. Natte, A. Spannenberg, H. Neumann, P. Langer, M. Beller, X.-F. Wu, Angew. Chem. 2014,
53, 7579–7583. 18 I 19Angewandte Homogenkatalyse – Applied Homogeneous Catalysis 01. 1
Dr. Henrik Junge
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Katalyse für Energietechnologien
Catalysis for Energy
Katalyse für Energietechnologien Catalysis for energy
Die ausreichende und nachhaltige Energieversorgung zählt zu The sufficient and sustainable supply of energy is one of the cen- Wasserstoffspeicherung in kleinen energiereichen Hydrogen storage in small energy rich
den größten Herausforderungen dieses Jahrhunderts. Aus die- tral challenges of the next decades. In this respect improvements organischen Molekülen organic molecules
sem Grund sind insbesondere Fortschritte in der Wasserstoff- in hydrogen technology, such as the generation of hydrogen from
technologie, wie z.B. die Wasserstofferzeugung aus geeigneten suitable starting materials, its storage and its conversion to elec- Insbesondere die zunehmende Umwandlung überschüssiger The increasing conversion of wind and solar energy into the
Rohstoffen, seine Speicherung und die Umwandlung in elektri- trical energy, are of particular interest. Wind- und Sonnenenergie zu Wasserstoff stellt ständig neue An- secondary energy carrier hydrogen generates new challenges
sche Energie von Interesse. The generation of the secondary energy carrier hydrogen ap- forderungen an dessen effiziente Speicherung. Aufgrund der regarding efficient hydrogen storage. Due to the storage, trans-
Die Erzeugung des sekundären Energieträgers Wasserstoff plying renewable energy is a benign objective. Besides biomass- Kompatibilität mit der vorhandenen Infrastruktur für Lagerung, port and distribution compatibility with present infrastructure,
aus erneuerbaren Energien ist ein notwendiges Ziel. Neben based hydrogen sources, the almost unlimited available energy Transport und Verteilung sind hierzu kleine energiereiche or- especially small energy rich organic molecules like formic acid,
biomassebasierten Wasserstoffquellen wie Alkoholen eröffnet of sunlight especially possesses a large potential for non-fossil- ganische Moleküle wie Ameisensäure, Methanol oder Methan methanol or methane are promising candidates. Thus, in addition
insbesondere die Nutzung der im Überschuss verfügbaren Son- based hydrogen. sehr gut geeignet. Komplementär zur Wasserstofferzeugung to hydrogen generation the direct photocatalytic carbon dioxide
nenenergie ein großes Potential zur nicht fossil-basierten Was- lag daher ein neuer Schwerpunkt der Arbeiten auf der direkten reduction has been a new main topic of research. As a first high-
serstoffproduktion. Hydrogen generation with renewable energy photokatalytischen Reduktion von Kohlendioxid. Als ein erstes light, formic acid could be generated with 80% selectivity by a
Highlight konnte mit einem Ruthenium-basierten Photosensibili- ruthenium-based photosensitizer/catalyst system.
Wasserstofferzeugung mit erneuerbaren Energien In 2013 and 2014 the group ‘Catalysis for Energy‘ was further sator-Katalysatorsystem Ameisensäure mit 80%iger Selektivität
engaged in the field of direct photocatalytic hydrogen genera- erzeugt werden. Development of novel heterogeneous metal
Im Rahmen des BMBF-Programms “Spitzenforschung und In- tion from water with sunlight within the frame of the BMBF pro- oxide-NGr/C catalysts
novation in den neuen Ländern” sowie zweier DFG-Projekte, gramme ‘Spitzenforschung und Innovation in den neuen Ländern‘
darunter ein Schwerpunktprogramm der DFG, beschäftigte sich as well as two DFG projects including a priority programme. In Entwicklung neuartiger heterogener Metall- Within the efforts for fuel cell catalyst development, novel nano-
die Gruppe „Katalyse für Energietechnologien“ intensiv mit der these projects, we cooperated with partner institutions in Ger- oxid-NGr/C Katalysatoren particular iron and cobalt oxide materials with a nitrogen-doped
photokatalytischen Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser un- many, industrial companies and with leading research groups graphene shell on Vulcan have been synthesized. In cooperation
ter Nutzung des Sonnenlichts. In diesen Projekten arbeiteten wir in Switzerland, Italy, Spain, China and Canada. Our efforts fo- Im Rahmen der Entwicklung von Brennstoffzellenkatalysatoren with the group ‘Sustainable Redox Reactions‘, these have been
weiterhin mit Partnerinstituten in Deutschland, Industrieunterneh- cused especially on the application of base metals. Therefore, gelang die Herstellung neuer nanopartikulärer, mit stickstoffdo- tested in hydrogenation and oxidation reactions and showed out-
men sowie führenden Forschungsgruppen der Schweiz, Italiens, one highlight has been represented by the development and tiertem Graphen umhüllter Eisen- und Kobaltoxide auf Vulcan. standing performances [6-8].
Spaniens, Chinas und Kanadas zusammen. improvement of a noble metal Diese wurden in Zusammenarbeit mit der Gruppe „Nachhaltige
Ein besonderer Fokus der Arbeiten lag auf free water reduction cascade Redoxreaktionen“ auch in Hydrier- und Oxidationsreaktionen ge-
der Verwendung edelmetallfreier Kata- containing a copper photo- testet und zeigten hier überraschend gute Ergebnisse [6-8].
lysatorsysteme. Zu den herausragenden sensitizer and iron-carbonyls
Ergebnissen gehört daher die Entwicklung for the light driven reduction
und Verbesserung einer edelmetallfreien of aqueous protons to hydro-
Wasser-Reduktions-Kaskade, bestehend gen [1]. Furthermore, we could
aus einem Cu-Photosensitiser und Eisen- demonstrate the ability of Literatur
Carbonylen zur lichtgetriebenen Wasser- convenient and commercially
stofferzeugung aus Wasser [1]. In weiteren available copper salts to act [1] S.-P. Luo, E. Mejía, A. Friedrich, A. Pazidis, H. Junge, A.-E. Surkus, R. Jackstell, S. Denurra, S. Gladiali,
Arbeiten konnte die Eignung von einfa- as appropriate precursors for S. Lochbrunner, M. Beller, Angew. Chem. 2013, 125, 437; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 419.
chen Kupfersalzen als Vorstufen für aktive efficient and stable water re- [2] H. Junge, Z. Codolà, A. Kammer, N. Rockstroh, M. Karnahl, S.-P. Luo, M.-M. Pohl, J. Radnik, S. Gatla, S. Wohlrab,
und stabile Wasserreduktionskatalysato- duction catalysts. These were J. Lloret, M. Costas, M. Beller, J. Mol. Catal. A: Chem. 2014, 395, 449.
ren nachgewiesen werden. Diese waren still active after 48 days [2]. [3] P. Sponholz, D. Mellmann, C. Cordes, P. G. Alsabeh, B. Li,Y. Li, M. Nielsen, H. Junge, P. Dixneuf, M. Beller,
auch nach mehr als 48 Tagen noch aktiv [2]. Moreover, the efforts regar- ChemSusChem 2014, 7, 2419.
Darüber hinaus wurden die Arbeiten zur Erzeugung von Was- ding hydrogen generation from alcohols have been intensified. [4] M. Nielsen, E. Alberico, W. Baumann, H.-J. Drexler, H. Junge, S. Gladiali, M. Beller, Nature 2013, 495, 85.
serstoff aus Alkoholen intensiviert. Der Einsatz von Pincer-Kom- In this respect, the application of pincer-type complexes as ca- [5] E. Alberico, P. Sponholz, C. Cordes, M. Nielsen, H.-J. Drexler, W. Baumann, H. Junge, M. Beller, Angew. Chem.
plexen als Katalysatoren erlaubte die Wasserstofferzeugung talysts allowed for the hydrogen generation from biorelevant al- 2013, 125, 14412; Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 14162.
aus biorelevanten Alkoholen wie Bioethanol [3] und Bioglycerin. cohols like bioethanol [3] and bioglycerol. An outstanding result [6] F. A. Westerhaus, R. V. Jagadeesh, G. Wienhöfer, M.-M. Pohl, J. Radnik, A. E. Surkus, J. Rabeah, K. Junge, H. Junge,
Ein besonderes Highlight ist die Entwicklung eines Niedrigtem- constitutes the development of a low temperature methanol re- M. Nielsen, A. Brückner, M. Beller, Nature Chem. 2013, 5, 537.
peraturreformings von Methanol. Bereits bei Temperaturen von forming process. A gas mixture containing 75 % hydrogen and [7] R. V. Jagadeesh, A.-E. Surkus, H. Junge, M.-M. Pohl, J. Radnik, J. Rabeah, H. Huan, V. Schünemann, A. Brückner,Angewandte Homogenkatalyse – Applied Homogeneous Catalysis 01. 1
Dr. Kathrin Junge Kooperationspartner
Themenleiterin Prof. Dr. R. Llusar, University of Castellon, Spain
Dr. F. Rampf, Novartis Pharma AG, Basel, Schweiz
Tel.: +49 381 1281-138 Dr. Michelangelo Scalone, Hoffmann - La Roche AG,
Fax: +49 381 1281-51138 Basel, Schweiz
kathrin.junge@catalysis.de Dr. Dorit Wolf, Evonik Industries AG, Hanau-Wolfgang
Nachhaltige Redoxreaktionen
Sustainable Redox Reactions
Das Thema „Nachhaltige Redoxreaktionen“ umfasst die zwei The topic ‘Sustainable Redox Reactions‘ is divided into two main
großen Teilbereiche Oxidations- und Reduktionsreaktionen. Die areas, on the one hand enantio- and chemoselective reductions
Kombination dieser beiden Schwerpunkte bietet die Möglichkeit, and on the other hand oxidation reactions. Combining these two
neu entwickelte Katalysatoren umfassend in den verschiedenen parts offers the chance for an extensive study of hydrogenation and
Katalysereaktionen sowohl auf ihre Hydrier- als auch auf ihre oxidation properties for new developed catalysts. Next to homoge- Abbildung 2. Aufbau des heterogenen Co-Katalysators
Oxidationseigenschaften zu testen. Hierbei finden neben ho- neous ones more and more heterogeneous systems are successfully
mogenen Katalysatoren auch zunehmend heterogene Systeme applied as recently reported for the reduction of nitroarenes. [1, 2] In Kooperationen mit Novartis, Hoffmann - La Roche AG und
Anwendung, wie z.B. in der Reduktion von Nitroaromaten. [1, 2] Evonik bearbeiten wir Katalysen im Bereich der Oxidations- und
The metal catalyzed oxidation reaction is one of the most impor- Reduktionsreaktionen mit konkreten anwendungsorientierten
Die metallkomplexkatalysierten Oxidationsreaktionen stellen tant catalytic reaction in chemical industry. Our ongoing interest Fragestellungen. So konnte basierend auf eigenen Vorarbeiten
mengenmäßig die bedeutendsten katalytischen Reaktionen in is to develop novel catalytic systems which produce industrially eine verbesserte Methode zur Esterreduktion in einem Dodeca-
der chemischen Industrie dar. In unserer Gruppe werden neue interesting chemicals by oxidation methods using cost-effective peptid entwickelt werden, welches ein wichtiges Intermediat für
Katalysatorsysteme für die Oxidationsreaktionen zu technisch and environmental friendly oxidants like oxygen or hydrogen die Synthese des pharmakologisch aktiven Alisporivir darstellt.[8]
interessanten Produkten unter Einsatz kostengünstiger und mög- peroxide. Actually, we are working on heterogeneous cobalt-
lichst umweltfreundlicher Oxidationsmittel wie Sauerstoff oder catalyzed epoxidation of olefins. [3]
Wasserstoffperoxid entwickelt. Aktuell werden katalytische Ep-
oxidationen von Olefinen mit heterogenen Cobalt-Katalysato- In the field of reduction various substrates are investigated in
ren bearbeitet. [3] the hydrogenation using molecular hydrogen, transfer hydroge-
nation and hydrosilylation. Due to eco-
Im Bereich der Reduktionen werden ne- nomic constrains and ecological consi-
ben der Hydrierung mit molekularem derations the exchange of the classical
Wasserstoff auch Hydrosilylierungen catalyst metals rhodium, ruthenium und
und Transferhydrierungen untersucht. iridium by cobalt, iron or zinc is one of
Dabei ist der Ersatz etablierter Kataly- the hot topics in catalysis. The investigati-
satormetalle wie Rhodium, Ruthenium, on of the catalytic potential of these non
Iridium durch billigere, weniger toxi- precious metals is still in its infancy why
sche und besser verfügbare Metalle, the consolidation and extension of this
allen voran Eisen, Cobalt und Zink, knowledge is one of our main tasks. In
eines der hot topics in der Katalyse- cooperation with the group ‘Catalysis for
forschung. Das katalytische Potential Energy‘ the first iron catalysed homoge-
dieser Metalle ist oft sehr unzureichend neous hydrogenation of nitriles to amines Abbildung 3. Eisenkatalysator für Hydrierreaktionen getestet von Dr. Svenja Werkmeister und Abbildung 4. Equipment für Parallelreaktionen
untersucht und bildet daher einen For- has been developed. [4] Next to aromatic Christoph Bornschein im Autoklaven
schungsschwerpunkt in unserem The- and aliphatic amines especially diamines
mengebiet. In Zusammenarbeit mit der such as 1,6-hexamethylendiamine as in-
Gruppe „Katalyse für Energietechnolo- termediate for the synthesis of nylon are Literatur
gien“ wurde der erste Eisenkomplex für available under mild reaction conditions.
die homogene Hydrierung von Nitrilen [1] G. Wienhöfer, M. Baseda-Krüger, C. Ziebart, F. A. Westerhaus, W. Baumann, K. Junge, R. Jackstell, M. Beller,
zu Aminen entwickelt. [4] Unter milden A novel approach was presented invol- Chem. Commun. 2013, 49, 9089-9091. (cover picture)
Reaktionsbedingungen sind neben aro- ving CO2 [5] or carbonic acids [6] as me- [2] F. A. Westerhaus, R. V. Jagadeesh, G. Wienhöfer, M.-M. Pohl, J. Radnik, A.-E. Surkus, J. Rabeah, K. Junge, H. Junge,
matischen und aliphatischen Aminen thylation reagent for amines. This method M. Nielsen, A. Brückner, M. Beller, Nature Chemistry 2013, 5, 537-543.
insbesondere Diamine wie das 1,6-He- could also be adopted for the methylati- [3] D. Banerjee, R. Jagadeesh, K. Junge, M.-M. Pohl, J. Radnik, A. Brückner, M. Beller, Angew. Chem. 2014, 126,
xamethylendiamin als Vorstufe für die Abbildung 1. Cover zur Reduktion von Nitroarenen mittels on of CH-bonds. [7] 4448-4452.
Herstellung von Nylon synthetisierbar. eines homogenen Eisenkatalysators [4] C. Bornschein, S. Werkmeister, B. Wendt, H. Jiao, E. Alberico, W. Baumann, H. Junge, K. Junge, M. Beller,
In cooperation with Novartis, Hoffmann Nature Commun. 2014, 5, 4111.
Neuland wurde mit der katalytischen Nutzung von CO2 [5] bzw. - La Roche AG and Evonik we are working on applied catalysis [5] Y. Li, I. Sorribes, T. Yan, K. Junge, M. Beller, Angew. Chem. 2013, 125, 12378-12382. (VIP-paper)
Carbonsäuren [6] als Methylierungsreagenz für Amine betreten, in the field of hydrogenation and oxidation. Here, based on our [6] I. Sorribes, K. Junge, M. Beller, JACS 2014, 136, 14314–14319.
welche sich schließlich auch auf die Methylierung von CH-Ver- experiences an improved catalytic reduction for the ester group [7] Y. Li, T. Yan, K. Junge, M. Beller, Angew. Chem. 2014, 126, 10644-10648.
bindungen erweitern ließ. [7] of dodecapeptide, which is an important intermediate for the [8] S. Werkmeister, K. Junge, B. Wendt, H. Jiao, W. Baumann, E. Alberico, H. Junge, F. Gallou, M. Beller, Angew. Chem.
synthesis of pharmacological active Alisporivir, has been deve- 2014, 126, 8867-8871. 22 I 23
loped. [8]Sie können auch lesen
