Wolfram in der Natur
Das Enzym Acetylen-Hydratase katalysiert die Hydratisierung von Acetylen zu Acetaldehyd. Diese ungewöhnliche Reaktion wird von einem Wolframatom im aktiven Zentrum des Enzyms katalysiert, das damit das schwerste Element mit einer bekannten biologischen Funktion ist. Es ist unklar, warum die Natur Wolfram als Biometall für das aktive Zentrum der Acetylen-Hydratase wählt. Um diese „exotische“ Wahl der Natur zu verstehen, nähern wir uns dieser biologischen Frage aus einer anorganischen Perspektive. Unser Fokus liegt auf der Entwicklung von Modellen der Acetylen-Hydratase, um die Koordination von Acetylen an das Wolframzentrum zu verstehen. Außerdem untersuchen wir Reaktionen mit Nukleophilen um Katalysatoren für die Alkinhydratation entwickeln.
Biologischer Sauerstoffatom-Transfer
Die Übertragung eines Sauerstoffatoms auf ein Substrat gehört zu den fundamentalsten Reaktionen in der Chemie und sie wird in der Natur häufig durch molybdänabhängige Metalloenzyme katalysiert. Die Untersuchung der Enzymaktivität liefert daher nicht nur tiefgreifendes Verständnis der biologischen Reaktion, sondern, durch Entwicklung von dem Enzym ähnlichen Mo-Komplexen, auch umweltfreundliche Redoxkatalysatoren. Wir stellen Mo- und W-Verbindungen in hohen Oxidationsstufen her und setzen sie als Katalysatoren für verschiedene Reaktionen ein, darunter Oxyanionreduktion und Sauerstoffaktivierung.
Oxyanionreduktion von Nitrat / Perchlorat
Die molybdänabhängigen Enzyme Nitrat- und Perchlorat-Reduktase nehmen am metabolischen Abbau dieser beiden eigentlich stabilen Anionen teil. Die Nitratreduktion hin zum Distickstoff N2 als finalem Produkt ist dabei ein wichtiger Bestandteil des globalen Stickstoffzyklus. Die Stabilität der hohen Oxidationsstufen des Mo ist dabei ausschlagegebend für seine katalytische Aktivität.
Das Element Rhenium wird von der Natur nicht in Metalloenzymen verwendet, da seine natürliche Häufigkeit zu gering ist. Aber aufgrund von Schrägbeziehungen im Periodensystem zeigt Re ähnliche chemische Eigenschaften wie Mo, und manchmal auch höhere katalytische Aktivitäten. Daher untersuchen wir die katalytische Reduktion von Nitrat und Perchlorat auch mit Re Verbindungen, um ein tieferes Verständnis dieser chemisch schwierigen Reaktionen zu erlangen sowie eventuelle Anwendungen für den Alltag zu entwickeln.
Zinkkomplexe für die Reduktion von Kohlendioxid
Für die Untersuchung des zinkhaltigen Enzyms Carboanhydrase stellen wir Zinkkomplexe her, die Kohlendioxid (CO₂) in reduzierte Moleküle umwandeln können. Neben dem besseren Verständnis der Funktionsweise des Enzyms, ist die Entwicklung von Katalysatoren, die zur Reduktion des CO2-Gehalts führen, von wesentlicher globaler Bedeutung.