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Warum Luft oftmals das bessere Oxidationsmittel ist und welche Prozesse Lichtblitze auslösen können

Prof. Dr. Alexander Breder und Prof. Dr. Patrick Nürnberger halten ihre Antrittsvorlesungen


29. Oktober 2019

Gleich zwei Professoren der Chemie haben vor Kurzem mit ihrer Antrittsvorlesung ihr Berufungsverfahren abgeschlossen und einen Ein- und Ausblick in ihre Forschung gegeben: Prof. Dr. Alexander Breder und Prof. Dr. Patrick Nürnberger.

Bevor Prof. Dr. Alexander Breder zum eigentlichen Thema kam, erzählte er, wie er 2015 im Rahmen der Chemiedozententagung eine Stadtführung in Regensburg mitmachte, bei der er an der steinernen Maus vorbeikam. Der Touristenführer erklärte, wer diese Maus berühre, käme zurück nach Regensburg. „Ich habe nichts zu verlieren“, dachte sich Prof. Breder damals, berührte die Maus – und kehrte etwa drei Jahre später nach Regensburg zurück, um am Institut für Organische Chemie seiner Forschung nachzugehen. Das Thema von Prof. Breders Antrittsvorlesung lautete „Once in a Blue Moon – Photocatalysis of Selenium-π-Acids“. Eines der Kernziele von Prof. Breders Forschung ist die Nutzung von Alkenen – also Kohlenwasserstoffen, in deren Struktur Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen auftreten – als vielseitige und sehr leicht zugängliche Bausteine für die Synthese von Spezialchemikalien, wie beispielsweise Arznei- oder Naturstoffen. Um dieses Ziel möglichst effizient zu erreichen, werden sogenannte homogene Katalysatoren verwendet. Hierbei handelt es sich um kleine Moleküle, die in gelöster Form eine beschleunigende Wirkung auf chemische Prozesse ausüben ohne dabei selbst verbraucht zu werden.

Die untersuchten Reaktionen sind sogenannte Oxidationsreaktionen, bei denen in herkömmlichen Verfahren oftmals Reagenzien verwendet werden müssen, die die Bildung von schwer entsorgbaren Schadstoffen nach sich ziehen. Deshalb will das Team um Prof. Breder es ermöglichen, die Umgebungsluft als alleiniges Oxidationsmittel zu nutzen. Dieses Vorgehen bietet zwei entscheidende Vorteile: Zum einen ist Luft ein kostenloses und nachwachsendes Reaktionsmittel. Zum anderen entsteht als ökologisch vollkommen unbedenkliches Nebenprodukt der Oxidation von Alkenen mit Luft lediglich Wasser. Zudem nutzen die Forscher sichtbares Licht als leicht verfügbare und kostengünstige Energiequelle, um die Zielreaktionen mittels eines weiteren Katalysators (Photoredoxkatalysatoren) voranzutreiben. Auf diese Weise können die Wissenschaftler chemische Verbindungen nicht nur umweltfreundlicher synthetisieren, sondern ermöglichen zum Teil auch neue Synthesewege, die zuvor überhaupt nicht möglich waren.

Prof. Dr. Patrick Nürnberger stellte in seiner Antrittsvorlesung „Caught in a Glimpse – Photoreactions Observed in Real Time“ das Forschungsgebiet seiner Arbeitsgruppe am Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, die ultraschnelle Photochemie, vor. Chemische Reaktionen können durch Licht ausgelöst werden. Hierbei kann eine Sequenz von Prozessen mit kurzlebigen Zwischenprodukten einsetzen. Um den Reaktionsmechanismus zu verstehen wird spektroskopisch bestimmt, wann genau diese Zwischenprodukte auftauchen und wie sie weiter reagieren. Hierzu werden Lichtblitze – also Laserpulse mit einer Dauer im Femtosekundenbereich – eingesetzt, sowohl um die Photoreaktion zu starten, als auch um die Folgeprozesse zu entschlüsseln. Neben den charakteristischen Zeitskalen, auf denen die Reaktionen ablaufen, kann man so die Schritte der Photoreaktion einzeln mitverfolgen und sie somit quasi in Echtzeit beobachten. Ein besonderes Augenmerk liegt bei der Forschung in der Physikalischen Chemie an der Universität Regensburg auf der Identifizierung von Einflüssen, um auf den Verlauf der Photoreaktion einzuwirken, sei es über die Variation der Lösungsmittelumgebung, spezifischer Wechselwirkungen mit anderen Molekülen, oder der Eigenschaften des verwendeten Lichtes.

Ziel der Grundlagenforschung ist es, den Ablauf von lichtinduzierten Reaktionen besser zu verstehen und somit auch neue Wege zu finden, einen gewünschten Reaktionsausgang herbeiführen zu können. Zum Schluss erzählte Prof. Nürnberger von seiner frühesten Verbindung zur Universität Regensburg, die in die Anfangszeit der UR zurückreicht. Dafür zeigte er das Bild eines mehr als 50 Jahre alten Studentenausweises. Dieser war bereits digital und mit Foto versehen. Der Besitzer des Ausweises ist zu der Antrittsvorlesung an die Universität Regensburg zurückgekehrt. Der Grund:  50 Jahre nach seinem Studium arbeitet nun sein Sohn, Prof. Dr. Patrick Nürnberger, an der Universität Regensburg.


Weiterführender Link: Fakultät für Chemie und Pharmazie

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