Als Katalysatoren werden im Allgemeinen Stoffe bezeichnet, die die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöhen. Zu den wohl bekanntesten, natürlich vorkommenden Katalysatoren zählen Riesenmoleküle, auch Enzyme genannt, die den Stoffwechsel in Lebewesen überhaupt erst ermöglichen. Den Einfallsreichtum der Natur zu Nutze zu machen, ist das Ziel vieler Wissenschaftler, die sich mit Enzymen beschäftigen. Der Umgang mit diesen Riesenmolekülen erweist sich jedoch als schwierig. Ein verbreiteter Ansatz, um die Arbeit zu erleichtern, schlägt vor nur den chemisch reaktiven Teil von Enzymen zu nutzen. Da allerdings meist die gesamte Molekülstruktur zur Aktivität des Enzyms beiträgt, stellt eine entsprechende Nachahmung der Natur eine Herausforderung in der Forschung dar.
Eine internationale Gruppe mit Forschungsteams aus Deutschland, Italien und der Universität Graz verfolgt in ihrem Lösungsansatz nun die Vereinigung aus Biologie und Festkörperphysik. Ihre Arbeit, die vor kurzem in der Fachzeitschrift Angewandte Chemie veröffentlicht wurde, konzentriert sich auf Tetrapyrrol-Verbindungen, deren Metallzentren häufig für enzymatische Reaktionen verantwortlich sind. Um die Natur nachzuahmen, haben die Forscher das Metallzentrum durch Wechselwirkung mit einer Kupfer-Oberfläche in einen ungewöhnlichen und enzymatisch ähnlich reaktiven Zustand gebracht. Mit Hilfe einer weitreichenden Palette an experimentellen und theoretischen Methoden untersucht die Studie im Speziellen die Reaktion von Stickstoffmonoxid (NO) an einem Nickel-Komplexes.
Neben der hohen Reaktivität von Stickoxid-Gasen erschweren vor allem Verunreinigungen und mögliche Zwischenprodukte die Interpretation der Ergebnisse. Die Arbeit nimmt sich dieser Schwierigkeiten an und erklärt mit Hilfe von quantenmechanischen Berechnungen die Komplexität solcher Messungen. Die Ergebnisse bedeuten einen weiteren Schritt in Richtung der Anwendung von biomimetischen Einzelatom-Katalysatoren auf Oberflächen.
Originalpublikation: Stredansky et al. Angew. Chem. Int. Ed. (2022) http://doi.org/10.1002/anie.202201916
