redokskatalyse

Redoxkatalyse bezeichnet eine Form der Katalyse, bei der der Katalysator durch wiederholte Veränderungen seiner Oxidationsstufe an der Reaktion beteiligt wird. Im typischen Redoxzyklus durchläuft der Katalysator eine Abfolge von Oxidations- und Reduktionsschritten, während Substrate aktiviert und Produkte gebildet werden. Die Regeneration des aktiven Katalysators erfolgt durch äußere Oxidations- oder Reduktionsmittel, elektrochemische oder photochemische Prozesse oder durch interne Redoxreaktionen im System.

Mechanistisch zeichnen sich Redoxkatalysen durch Zwischenstufen wie Radikale oder hochreaktive Metallwechsel aus, die durch kontrollierte Elektronenübertragung gesteuert werden. In der Metallkatalyse wechseln Übergangsmetallzentren wie Fe, Cu, Ni oder Pd zwischen mehreren Oxidationsstufen (z. B. II/III, I/II), um Bindungen zu aktivieren oder Reaktionen zu erleichtern. Organische Systeme können redoxaktive Liganden nutzen, die als Elektronenträger fungieren und so den Zyklus unterstützen.

Anwendungsfelder umfassen die organische Synthese, insbesondere Oxidationen, Reduktionen, C–C- und C–heteroatom-Bindungsbildungen sowie Transfersituationen, in denen Substrate durch Redoxprozesse aktiviert werden. In der Elektro- und Photokatalyse dienen Redoxprozesse der Elektronentransfer-Bereitstellung oder der Regeneration des Katalysators durch Lichtenergie oder Strom. In der Energie- und Umweltchemie kommen Redoxkatalysatoren bei Wasserspaltung, CO2-Reduktion oder Biomasse-Verarbeitung zum Einsatz.

Zu den Vorteilen gehören oft ein breites Reaktionsspektrum, potenziell milderes Reaktionsmilieu und verbesserte Selektivität. Herausforderungen umfassen Radikalbildung, die Notwendigkeit der Regeneration des Katalysators und die Entwicklung robuster, kostengünstiger Systeme.