Metathese (Chemie)

Unter der Metathese versteht man eine chemische Reaktion zwischen zwei Verbindungen, bei der eine Gruppe zwischen beiden Reaktionspartnern ausgetauscht wird. Hierbei kann es sich sowohl um eine ionisch als auch kovalent gebundene Gruppe handeln. Der Name bedeutet Platzwechsel oder Umstellung.

$\mathrm{A{-}B\ +\ C{-}D\longrightarrow A{-}D\ +\ B{-}C}$

Anorganische Metathesereaktion

In der anorganischen Metathesereaktion tauschen die Kationen und Anionen zweier Salze wechselseitig aus. Meist laufen diese Reaktionen in Lösungen ab. Triebkräfte dieser Reaktion können die Bildung stabilerer Salze sowie die Entfernung eines Produkts aus dem Gleichgewicht der Reaktion sein.

Silberchlorid ist in wässriger Lösung nahezu unlöslich. Aus diesem Grund fällt es aus einer Lösung eines Chloridsalzes in Wasser bei Zugabe einer Silbersalzlösung als schwach gelblicher Bodenkörper aus.

$\mathrm{AgNO_3 \ _{(aq)}\ +\ NaCl \ _{(aq)}\longrightarrow AgCl \ _{(s)}\ +\ NaNO_3 \ _{(aq)}}$

Beim Versetzen einer Natriumchloridlösung mit Silbernitratlösung fällt Silberchlorid aus.

Organische Metathesereaktion

Bei diesem Reaktionstyp werden formal Substituenten an Doppel- bzw. Dreifachbindungen ausgetauscht. Die Reaktion vollzieht sich in Anwesenheit von katalytisch aktiven Übergangsmetallverbindungen. Eine sehr allgemeine, formale Darstellung einer Metathese gibt diese Formel wieder:

A-B + C-D → A-D + C-B

Die Reaktion ist bereits seit den 1970er-Jahren bekannt und wurde in großem Maßstab in industriellen Prozessen (z. B. Shell Higher Olefin Process) angewendet. Der Mechanismus wurde durch Yves Chauvin geklärt.

Es ist Robert Grubbs, der den luftstabilen Grubbs-Katalysator entwickelte, und Richard R. Schrock zu verdanken, dass seit den 1990er-Jahren Katalysatoren zur Verfügung stehen, die eine Anwendung auch in der Synthese komplexer organischer Moleküle erlauben. Die Metathese ist so zu einer wichtigen Ergänzung des Handwerkzeugs des präparativen organischen Chemikers geworden und stellt eine der bedeutendsten Neuerungen der letzten Jahre dar.

Eine bedeutsame Anwendung der Metathese ist die so genannte Ringschlussmetathese (RCM, von ring closing metathesis), die eine Synthese verschiedenster Substanzklassen ermöglicht, wie z. B. von Naturstoffen, Geruchsstoffen, Antibiotika, Hormonen, Pheromonen, Herbiziden usw.

Robert Grubbs und Richard R. Schrock wurde im Jahr 2005 für ihre wegweisenden Arbeiten zur Chemie der reaktiven Metallcarben-Komplexe und deren Anwendung in der katalytischen Olefin-Metathese gemeinsam mit dem Theoretiker Yves Chauvin der Nobelpreis für Chemie zuerkannt. Sie haben die Synthese von Olefinen aus einfachen ungesättigten Kohlenwasserstoffen unter Mitwirkung eines Katalysators in erheblichem Maße mitentwickelt.

Siehe auch

• Naturstoffsynthese

Literatur

• R. H. Grubbs (Ed.): Handbook of Metathesis, Wiley-VCH, Weinheim, 2003, 3 Bände, ISBN 3-527-30616-1.

Weblinks

• Max Planck-Gesellschaft: Die Metathese von Alkenen