Magnetokatalyse: Ein nachhaltiger Ansatz für die Amidhydrierung

Ein Durchbruch des Bordet-Teams im Bereich der nachhaltigen Katalyse ermöglicht effiziente chemische Reaktionen unter milden Bedingungen.

Grafik, die den in dieser Arbeit vorgeschlagene Ansatz abbildet. Erschienen in <i>Nature Communications</i> 16, 3464 (2025).

Die Umwandlung von Amiden in Amine ist ein wichtiger Prozess bei der Herstellung von Arzneimitteln und Feinchemikalien. Diese Reaktion stellt jedoch aufgrund der Stabilität der Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindung (C=O) in Amiden seit langem eine große Herausforderung dar. Obwohl die Verwendung von Wasserstoffgas (H₂) für diese Umwandlung als umweltfreundlicher und nachhaltiger Ansatz gilt, sind dafür oft hohe Drücke und spezielle Geräte erforderlich, was den praktischen Einsatz einschränkt.

Das ACS Green Chemistry Institute Pharmaceutical Roundtable (GCIPR) hat das Potenzial dieser Umwandlung erkannt und die Amidhydrierung als einen der wünschenswertesten Prozesse für die Förderung einer nachhaltigen chemischen Synthese identifiziert. Die Verbesserung der Zugänglichkeit und Effizienz dieser Reaktion ist daher seit langem ein Ziel der akademischen und industriellen Forschung.

Nun haben Forscher des MPI CEC eine neuartige Lösung gefunden. In einer neuen Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, zeigt das Team um Dr. Alexis Bordet – innerhalb der Abteilung für Molekulare Katalyse unter der Leitung von Prof. Walter Leitner – dass Magnetokatalyse diese anspruchsvolle Reaktion nicht nur möglich macht, sondern auch unter wesentlich milderen Bedingungen effizienter gestaltet.

Eine Schlüsselrolle bei dieser Entdeckung spielten Dr. Sheng-Hsiang Lin und Sihana Ahmedi, die sich die Erstautorenschaft der Veröffentlichung teilen. Dr. Lin, mittlerweile Alumnus des Instituts, und Sihana Ahmedi, derzeitige Doktorandin im Team von Bordet, leiteten die experimentellen Arbeiten und waren maßgeblich an der Konzeption, Durchführung und Auswertung der Studie beteiligt. Ihre Beiträge waren entscheidend für den Nachweis der Wirksamkeit der magnetischen Induktion als Werkzeug zur Ermöglichung der Hydrierung unter milden Bedingungen – und ebnen damit den Weg für weitere Innovationen im Bereich der adaptiven und nachhaltigen Katalyse.

Der als magnetisch induzierte Katalyse bekannte Ansatz verwendet Eisencarbid-Nanopartikel (ICNPs), die neben einem herkömmlichen Katalysator auf Platinbasis platziert werden. Wenn sie einem wechselnden Magnetfeld ausgesetzt werden, erzeugen diese Nanopartikel genau dort Wärme, wo sie benötigt wird. Diese gezielte Energie hilft, den Platin-Katalysator zu aktivieren, wodurch die Hydrierung einer Vielzahl von Amiden selbst bei Umgebungsdruck möglich ist. Beeindruckenderweise wurden die Experimente mit gewöhnlichen Glasgeräten und nicht mit speziellen Hochdruckreaktoren durchgeführt.

Das neue katalytische System zeigte auch unter schwankender Stromversorgung eine hohe Widerstandsfähigkeit, was darauf hindeutet, dass es mit intermittierenden erneuerbaren Energiequellen wie Solar- oder Windenergie betrieben werden könnte – was seine Nachhaltigkeit weiter erhöht.

Diese Arbeit eröffnet nicht nur neue Möglichkeiten für eine umweltfreundlichere Umwandlung von Amiden in Amine, sondern auch für die Anwendung der magnetischen Induktion bei anderen Reaktionen, die derzeit unter rauen Bedingungen stattfinden müssen. Durch die Kombination von Anpassungsfähigkeit, Effizienz und Umweltverantwortung stellt diese Innovation einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der nachhaltigen chemischen Synthese dar.

Originalartikel:
S.-H. Lin, S. Ahmedi, A. Kretschmer, C. Campalani, Y. Kayser, L. Kang, S. DeBeer, W. Leitner, A. Bordet. Low Pressure Amide Hydrogenation Enabled by Magnetocatalysis. Nat. Comm. 2025, 16, 3464. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58713-6

Weitere Informationen zu adaptiven katalytischen Systemen und zur Verwendung von magnetischer Induktion in der Katalyse:

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