09.07.2014

Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg

Hochreaktiver Goldcarbenkomplex mit leuchtend smaragdgrüner Farbe

Mit einem chemischen „Trick“ ist es Wissenschaftlern der Universität Heidelberg gelungen, einen stabilen Goldcarbenkomplex zu isolieren. Damit hat das Team um den Chemiker Prof. Dr. Bernd F. Straub die Grundlage dafür geschaffen, die ansonsten instabile Doppelbindung zwischen Kohlenstoff und Gold erstmals direkt untersuchen zu können. Die hochreaktiven Goldcarben-Teilchen spielen nach Angaben von Prof. Straub eine wichtige Rolle in wegweisenden Katalyseprozessen mit hohen Reaktionsgeschwindigkeiten. Die Ergebnisse der Forschungsarbeiten wurden in der deutschsprachigen und in der internationalen Ausgabe der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“ veröffentlicht.

Mit Hilfe von Katalysatoren lassen sich chemische Reaktionen beschleunigen und aus den Grundstoffen der Natur Werkstoffe und Materialien sowie Arzneistoffe herstellen. Dabei werden auch chemische Verbindungen mit Gold intensiv und, so Prof. Straub, erfolgreich in Prozessen der Katalyse untersucht. „Seit mehr als zehn Jahren schlagen Experten in zahlreichen wissenschaftlichen Arbeiten Goldcarbene als kurzlebige Schlüsselverbindungen in Katalysereaktionen vor“, erläutert der Heidelberger Wissenschaftler. Mit ihrer hohen Reaktivität entziehen sie sich jedoch detaillierten Untersuchungen: Kaum wird ein Goldcarben-Fragment bestehend aus den Elementen Gold und Kohlenstoff – mit den Symbolen „Au“ für Aurum und „C“ für Carbon – gebildet, reagiert es gleich weiter.

Um erstmals eine stabile Verbindung zu schaffen und die Goldcarben-Teilchen für die Forschung zu isolieren, wurden beide Elemente wie ein „hungriger Tiger mit einem Köder in einen Käfig gelockt“, so Matthias Hussong, der im Team von Prof. Straub an seiner Dissertation arbeitet. Die Forscher haben dazu Gold und Kohlenstoff zunächst von ihrer Umgebung abgeschirmt, indem sie um diese herum reaktionsträge und raumfüllende chemische Gruppen platzierten. Anschließend wurden die beiden Elemente in einem sorgfältig geplanten Schritt aneinander gebunden – damit war das Au=C-Fragment im Goldcarbenkomplex „gefangen“.

Der so isolierten Verbindung konnten die Chemiker zu einer „erstaunlichen Stabilität verhelfen“, wie Prof. Straub sagt – und sie damit zugleich buchstäblich sichtbar machen. „Fast alle Goldkomplexe sind farblos, das ,stabile‘ Goldcarben dagegen weist eine intensive smaragdgrüne Farbe auf“, erklärt der Wissenschaftler, der eine Forschungsgruppe am Organisch-Chemischen Institut der Universität Heidelberg leitet. Dabei haben die weiteren Heidelberger Untersuchungen gezeigt, dass Gold in seinen Verbindungen mehr ist als ein sogenanntes „weiches Proton“, wie das chemische Verhalten von Gold bislang beschrieben wurde.

Wird das Goldfragment durch ein „echtes“ Proton – den Kern des leichtesten Elements Wasserstoff – ersetzt, zeigt dieses analoge protonierte Carben eine purpurrote Farbe. „Damit verhält sich das Gold im Goldcarbenkomplex im Wortsinne ,augenscheinlich‘ anders als ein Proton“, so Prof. Straub. Mit seinem Team arbeitet er nun daran, das Verständnis der Goldkatalyse weiter zu vertiefen und dieses Wissen für Katalyseprozesse mit höherer Effizienz nutzbar zu machen.

Literatur:
Hussong, M. W., Rominger, F., Krämer, P. und Straub, B. F.: Isolierung eines nicht-Heteroatom-stabilisierten Goldcarbens. Angew. Chem. (online veröffentlicht am 20. Juni 2014), doi: 10.1002/ange.201404032, Hussong, M. W., Rominger, F., Krämer, P. and Straub, B. F.: Isolation of a Non-Heteroatom-Stabilized Gold–Carbene Complex. Angew. Chem. Int. Ed. (published online 20 June 2014), doi: 10.1002/anie.201404032