Erstes isoliertes Nitren: Revolutionäre Entdeckung an der Universität Bremen
14.08.2024 – 11:18
Erstes isoliertes Nitren: Revolutionäre Entdeckung an der Universität Bremen
Wissenschaftler der Universität Bremen haben zum ersten Mal erfolgreich ein Nitren isoliert, eine chemische Verbindung, die bisher als nicht isolierbar galt. Diese bahnbrechende Entdeckung, die sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Katalyseforschung von großer Bedeutung ist, wurde in der renommierten Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.
„Unsere Entdeckung ist ein großer Erfolg für die Grundlagenforschung. Die Lehrbücher der Chemie müssen umgeschrieben werden“, erklärt Professor Jens Beckmann, Leiter des Forschungsteams. „Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, diese hochreaktiven Verbindungen im Labor zu zähmen. Dies wird nicht nur unser Verständnis der Chemie verbessern, sondern hat auch das Potenzial, neue innovative Katalysatorsysteme zu entwickeln.“
Lebensdauer lag ursprünglich im Nanosekundenbereich
Die Isolation von Nitrenen war bisher nicht möglich, weil diese Verbindungen sehr schnell mit anderen Stoffen reagieren und normalerweise nur für winzige Bruchteile von Sekunden stabil bleiben. Der Durchbruch gelang, indem die Wissenschaftler eine Art Schutzschild um das reaktive Stickstoffatom bauten, das es vor anderen Stoffen in der Umgebung schützt. „Bildlich gesprochen, haben wir zwei Wände um das reaktive Stickstoff-Atom aufgebaut, die es abschirmen“, erklärt Professor Beckmann. Chemiker nennen diesen Schutzmechanismus kinetische Stabilisierung.
Um die genaue Struktur des isolierten Nitrens zu bestimmen, verwendeten die Forscher eine spezielle Methode namens Röntgenstrukturanalyse. Dabei stellte sich heraus, dass das Stickstoffatom in diesem Fall nur mit einem einzigen Kohlenstoffatom verbunden ist, während Stickstoff normalerweise drei Verbindungen eingeht. „Die Röntgenstrukturanalyse hat uns erstaunliche Einblicke gegeben“, so Beckmann. „Das Stickstoffatom in unserem Nitren ist nur an ein einziges Kohlenstoffatom gebunden, was äußerst ungewöhnlich ist und zu einem sogenannten elektronischen Triplett-Grundzustand führt. Diese einzigartige Struktur verleiht dem Nitren besondere magnetische Eigenschaften, die als Paramagnetismus bekannt sind.“
Entdeckung könnte zu neuen Entwicklungen in der Katalysatorforschung führen
Die Bedeutung dieser Entdeckung geht weit über die Grundlagenforschung hinaus. Stabile Nitrene könnten als neuartige Liganden in homogenen Katalysatoren, etwa in der chemischen Industrie, eingesetzt werden, um chemische Reaktionen effizienter zu gestalten und Energie zu sparen.
Der Schlüssel zum Erfolg war die interdisziplinäre Forschung an der Universität Bremen, wie Beckmann betont. „Der Ursprung liegt zwar in der Chemie, aber erst die Zusammenarbeit mit den Geo- und Materialwissenschaften hat es uns ermöglicht, die magnetischen Eigenschaften zu verstehen und letztendlich diese revolutionäre Entdeckung zu machen.“ Die Autoren der Studie sind neben Professor Beckmann: Marvin Janssen, Thomas Frederichs, Marian Olaru, Enno Lork, Emanuel Hupf.
Weitere Informationen:
https://www.uni-bremen.de/beckmann
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp4963
Fragen beantwortet:
Prof. Dr. Jens Beckmann
Universität Bremen
Fachbereich 02 Biologie / Chemie
Tel.: +49 421/218-63160
E-Mail: j.beckmann@uni-bremen.de
Universität Bremen Hochschulkommunikation und -marketing Telefon: +49 421 218-60150 E-Mail: presse@uni-bremen.de Über die Universität Bremen: Leistungsstark, reformbereit und kooperativ – das ist die Universität Bremen. Gesellschaftliche Verantwortung ist ihr Leitprinzip seit ihrer Gründung 1971. Sie steht für die weltweit notwendigen sozialen und ökologischen Veränderungen ein, für Demokratie, Vielfalt und Gerechtigkeit. In Forschung, Lehre, Verwaltung und Technik sind der Universität Bremen die UN-Nachhaltigkeitsziele und Klimagerechtigkeit ein besonderes Anliegen. Mit ihrem breiten Fächerspektrum von rund 100 Studiengängen verbindet sie außergewöhnliche Leistungsstärke und großes Innovationspotential mit ausgeprägter Interdisziplinarität. Sie steht nachdrücklich für den Ansatz des Forschenden Lernens und Studierens. Als eine ambitionierte europäische Forschungsuniversität pflegt die Universität Bremen enge Kooperationen mit Universitäten und Forschungseinrichtungen weltweit. In der Region ist sie Teil der U Bremen Research Alliance und Transferpartnerin für viele Akteure. Als Teil der Europäischen Universitätsallianz YUFE - Young Universities for the Future of Europe leisten die 23.000 Menschen der Universität Bremen einen Beitrag für die Weiterentwicklung der Gesellschaft und gestalten aktiv wissenschaftliche Kooperationen weltweit.