Nachhaltige Chemie mithilfe von Künstlicher Intelligenz
• Der Freiburger Chemiker Dr. Tobias Schnitzer erhält 1,5 Millionen Euro
von der Vector Stiftung zur Entwicklung nachhaltiger
Amidierungsreaktionen.
• Diese verzichten auf toxische Reagenzien und sind hoch energieeffizient.
Schnitzer setzt in seiner Forschung auch auf Künstliche Intelligenz.
• Amidierungen spielen eine große Rolle in der chemischen Industrie – das
neue Verfahren könnte einen wichtigen Beitrag zu umweltfreundlicherer
Produktion leisten.
Amidierungen sind die häufigsten Reaktionen in der chemischen Industrie.
Sie sind für eine Vielzahl industrieller Produktionsprozesse unverzichtbar
– ihre ökologische Bilanz ist aber hoch problematisch: Sie erzeugen große
Mengen giftiger Abfälle und sind energieintensiv. Ein Team um Dr. Tobias
Schnitzer, Forschungsgruppenleiter am Institut für Organische Chemie der
Universität Freiburg, nutzt Künstliche Intelligenz (KI), um innovative,
boronsäurekatalytische Amidierungen zu entwickeln, die auf toxische
Reagenzien verzichten, nachhaltige Lösungsmittel verwenden und mit
geringem Energieeinsatz auskommen. Das Forschungsvorhaben wird von der
Vector Stiftung mit 1,5 Millionen Euro über sechs Jahre gefördert. „Unser
Ziel ist die KI-gerichtete Entwicklung eines Amidierungsverfahrens, bei
dem Wasser als einziges Nebenprodukt anfällt, das kostengünstig ist und
die Ressourceneffizienz in der chemischen Industrie deutlich verbessern
kann“, sagt Schnitzer.
Entwicklung von Katalysatoren für die Amidierung
Rund 16 Prozent aller Reaktionen in der chemischen Industrie sind
Amidierungen. Sie sind wichtig für die Herstellung von Pharmazeutika,
Agrochemikalien und Polymeren und spielen eine zentrale Rolle in
Feinchemikalien wie Farbstoffen, Duftstoffen und Additiven. Klassische
Amidierungsverfahren nutzen Chlorierungs- und Kupplungsreagenzien, die
toxisch, explosiv oder korrosiv sind und große Mengen gefährlicher
Nebenprodukte erzeugen. Sie verwenden außerdem giftige und schwer
abbaubare Lösungsmittel.
Das Freiburger Forschungsprojekt entwickelt neuartige
Boronsäurekatalysatoren für effiziente und nachhaltige Amidierungen.
Ausgangspunkt ist eine umfangreiche und strukturell diverse
Katalysatorenbibliothek, die im Hochdurchsatz hinsichtlich ihrer
katalytischen Aktivität untersucht wird. Die experimentell ermittelte
Reaktivität jedes einzelnen Katalysators dient anschließend als
Datengrundlage für die Entwicklung eines KI-basierten Vorhersagemodells.
Dieses Modell ermöglicht es, die Eigenschaften und Aktivitäten von
Hunderttausenden weiterer Katalysatoren vorherzusagen – ohne deren
tatsächliche Synthese oder experimentelle Prüfung. Das spart bereits im
Entwicklungsprozess Zeit, Energie und chemische Ressourcen.
Wirtschaftliche grüne Chemie
Ziel der Forschung ist es, hochaktive Katalysatoren zu identifizieren, die
erstmals Amidierungen jeglicher Startmaterialien bei Raumtemperatur in
nachhaltigen, biobasierten Lösungsmitteln ermöglichen. Damit soll ein
energie- und kosteneffizientes Verfahren mit minimalem Abfallaufkommen für
eine der bedeutendsten chemischen Reaktionen realisiert werden.
Die geförderte Forschungsarbeit leiste damit auch einen quantifizierbaren
Beitrag, die globalen Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen zu
erreichen, sagt Schnitzer: „Unser Projekt zeigt, dass grüne Chemie machbar
und wirtschaftlich relevant ist. Ich wünsche mir zudem, dass wir mit
unserer Arbeit dazu beitragen können, das Image der Chemie zu verändern –
weg von der ‚dreckigen und stinkenden‘ Wissenschaft hin zu einer sauberen
und nachhaltigen Disziplin, die Innovationen liefert und Teil der Lösung
für globale Herausforderungen ist.“
Die Vector Stiftung
Die Vector Stiftung wurde 2011 als unternehmensverbundene Stiftung
gegründet. 170 Projekte fördert die Vector Stiftung durchschnittlich mit
jährlich etwa zwölf Millionen Euro. Seit 2011 hat sie mehr als 100
Millionen Euro für ihre gemeinnützige Arbeit eingesetzt. Die Vector
Stiftung ist auf den Gebieten Forschung, Bildung und Soziales Engagement
in Baden-Württemberg tätig. Der Förderschwerpunkt liegt auf
naturwissenschaftlich-technisc
(Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik) sowie in der
Bekämpfung von Wohnungs- und Jugendarbeitslosigkeit.
Zur Person
Dr. Tobias Schnitzer leitet seit 2023 die Forschungsgruppe „Target-
selective Catalysis“ am Institut für Organische Chemie der Universität
Freiburg. Er erhielt unter anderem ein Liebig-Stipendium des Fonds der
Chemischen Industrie sowie den Eugen-Graetz-Preis der Universität Freiburg
und ist Mitglied des Eliteprogramms für Postdoktorand*innen der Baden-
Württemberg-Stiftung.
