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K. Kirchner:
"A New Generation of Iron-based Hydrogenation Catalysts";
Bericht für FWF (Endbericht); Berichts-Nr. P24583-N28, 2016; 16 S.

In Summe lieferte dieses Projekt fundamental neue Erkenntnisse im Bereich "Nachhaltigkeit durch Katalyse mittels unedlen Metallen", und führte zur Entdeckung neuer effizienter eisenkatalysierter Reaktionen, welche bisher nur mit Edelmetallen möglich waren, umweltfreundlich und nachhaltig sind.
Im Hinblick auf Wirtschaft, Umwelt, und Nachhaltigkeit hinsichtlich Energie werden, ist ein großer Bedarf an der Entdeckung von neuen katalytisch ablaufenden Reaktionen. Wir sind an der katalytischen Reduktion (Hydrierung) von Mehrfachbindungen mittels molekularem Wasserstoff interessiert. Solche Reaktionen spielen eine sehr wichtige Rolle zur Herstellung von Aromastoffen, Parfüms, oder Feinchemikalien, und werden hervorragend durch viele Edelmetalle, wie Ruthenium, Rhodium oder Iridium katalysiert. Allerdings ist es sinnvoll Edelmetalle in diesen Reaktionen aufgrund ihrer limitierten Verfügbarkeit, ihres hohen Preises und ihrer Toxizität durch ökonomischere und umweltfreundlichere Alternativen zu ersetzen. Deshalb war das Hauptziel dieses Projektes neue Verbindungen basierend auf unedlen Metallen zu entwickeln und diese dann als Katalysatoren zu verwenden. Eisen ist in diesem Zusammenhang von besonderem Interesse, da es das häufigste Übergangsmetall in der Erdkruste, praktisch unbegrenzt vorhanden und nicht giftig ist.
Im Zuge dieses Projektes wurden viele neue Eisenverbindungen hergestellt und auch erfolgreich als Katalysatoren, etwa in der Hydrierung von wichtigen Substanzklassen, wie Aldehyde und Ketone zu Alkoholen, eingesetzt. Besonders hervorzuheben ist auch und die effiziente Hydrierung von CO2, einem unerwünschten Treibhausgas, zu Ameisensäure. Es wurde auch versucht, das Know-how der Eisenchemie auf andere Metalle auszudehnen, wie etwa auch Kobalt, Nickel, Vanadium, und Molybdän. Die Ergebnisse dieses Projektes sind in 11 Publikationen in renommierten und begutachteten wissenschaftlichen Journalen veröffentlicht.

In sum, this project generated a fundamental understanding of new concepts in the area of Sustainability through Base Metal Catalysis. This led to the development of efficient iron-based catalysis in reactions formerly restricted to noble metals, and resulted in the development of new, environmentally benign catalytic processes.
Driven by both public demand and government regulations, pharmaceutical and fine chemical manufacturers are increasingly seeking to replace stoichiometric reagents as well as precious metal based catalysts. This modifications used in synthetic transformations will develop greener, safer, and more cost-effective chemical processes. A process we were interested in was and still is the catalytic hydrogenation of multiple bonds via molecular hydrogen. This plays a significant role in modern synthetic organic chemistry for the production of flavors, fragrances and pharmaceuticals and is excellently performed by many transition metal complexes containing noble metals such as ruthenium, rhodium, or iridium. The limited availability of precious metals, their high cost, and their toxicity diminish their attractiveness in the long run. Thus, more economical and environmentally friendly alternatives have to be found which are in line with green chemistry guidelines. In this context, it is important to mention that iron is the most abundant transition metal in the earth crust, ubiquitously available, and non-toxic.
This project aimed at the discovery, development, and implementation of new catalytic methodologies based on iron catalysts which open the door to the sustainable production of pharmaceuticals and fine chemicals (Sustainability through Base Metal Catalysis). In the course of this project, we were able to develop well-defined iron-based catalysts for the hydrogenation of aldehydes and ketones to alcohols, which displayed comparable or even higher activity than precious metals. Moreover, these catalysts were also very active for the hydrogenation of CO2, a greenhouse gas, to yield formic acid. In addition, we also started to develop related chemistry with other base metals such as cobalt, nickel, vanadium, and molybdenum. The outcome of this project is documented in 11 scientific publications in highly ranked peer-reviewed journals.

http://publik.tuwien.ac.at/files/publik_256558.pdf