Photochemie

Chemische Reaktionen lassen sich mit Licht schalten

Chemische Reaktionen lassen sich durch die Bestrahlung mit Licht in Gang setzen. Eine internationale Forschergruppe unter Führung des KIT nutzt diesen Effekt, um chemische Reaktionsprozesse durch Licht gezielt an- oder auszuschalten.

Wie sich mit Licht chemische Prozesse schalten lassen, haben Wissenschaftler des KIT gemeinsam mit internationalen Kollegen grundlegend untersucht. (Graphik: KIT)

So lassen sich aus denselben Ausgangsstoffen wechselweise verschiedene Zielprodukte in einem einzigen Reaktionsgefäß herstellen – einfach durch das Ein- und Ausschalten von Licht. Ihre Vesuche mit Polymeren stellen sie nun im Journal of the American Chemical Society vor.

„Der Clou der Methode liegt in ihrer Einfachheit“, sagt Prof. Christopher Barner-Kowollik vom Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP) am KIT. „Herkömmlicherweise lassen sich chemische Reaktionen thermisch oder durch Licht auslösen, jetzt können wir wählen und damit steuern, welche Bindung die reagierenden Stoffe eingehen“, erklärt der Chemiker, der zusammen mit Dr. James Blinco von der Queensland University of Technology die internationale Forschergruppe geleitet hat.

Das simple Prinzip: Stoff A reagiert unter Lichtausschluss mit Stoff B, unter Lichtbestrahlung jedoch mit Stoff C. Gibt man alle drei Ausgangsstoffe in ein einziges Reaktionsgefäß, lässt sich die Reaktion je nach gewünschtem Zielprodukt durch das Vorhandensein oder Fehlen von Licht beeinflussen. „Wir zeigen, dass sich die chemische Reaktionsrichtung ganz einfach durch Licht beeinflussen lässt“, sagt Barner-Kowollik. Die Auswahl des Bindungspartners werde lediglich durch das äußere Lichtfeld bestimmt, ohne dass weitere Reagenzien hinzugegeben werden müssen, betont der Wissenschaftler, der sich als Inhaber des Lehrstuhls für Präparative Makromolekulare Chemie am KIT mit Synthesen von makromolekularen chemischen Verbindungen befasst.

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Das jetzt im US-Fachmagazin Journal of the American Chemical Society unter dem Titel „A Light-Activated Reaction Manifold“ erstmals vorgestellte Verfahren wurde am Beispiel der Bildung kleiner Moleküle sowie von Polymeren untersucht. In der industriellen Anwendung könnten durch die neue Methode der lichtgesteuerten Abfolge von Reaktionen verschiedene Produkte auf einfache Weise innerhalb eines Produktionsprozesses gewonnen werden. Denkbar sei es auch, eine funktionelle Oberfläche mit verschiedenen Eigenschaften zu versehen, indem man bei ihrer Herstellung nur bestimmte Bereiche durch Einwirkung von Licht reagieren lässt, erläutert Barner-Kowollik.

An der Forschung sind neben Mitarbeitern des ITCP und des Instituts für Biologische Grenzflächen am KIT Wissenschaftler der Universität Gent in Belgien sowie der australischen Queensland University of Technology (QUT) beteiligt, an der Barner-Kowollik ebenfalls eine Professur innehat. „Transnationale Forschung erfordert ein hohes Maß an Koordination, aber man kann viel erreichen, wenn man Expertise über Ländergrenzen hinweg weltweit verbindet“, betont der Wissenschaftler des KIT. Finanziell gefördert wurde die Forschung an lichtgesteuerten chemischen Reaktionen unter anderem vom Fonds der Chemischen Industrie, der Helmholtz-Gemeinschaft und der QUT.

Mehr Informationen:    

Publikation:

Kai Hiltebrandt, Katharina Elies, Dagmar R. D’hooge, James P. Blinco, and Christopher Barner-Kowollik: A Light-Activated Reaction Manifold. Journal of the American Chemical Society (2016). DOI: 10.1002/chemv.201600047, http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.6b01805.

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