Auch neue experimentelle Methoden werden die Katalyse entscheidend voranbringen: Ultrakurzzeitlaser emittieren Lichtpulse, die kürzer dauern als eine Atombewegung. Damit lassen sich katalytische Vorgänge in Echtzeit verfolgen. Mit diesen und anderen spektroskopischen Techniken gelingt es, flüchtige Übergangszustände auf dem Weg von den Reaktionspartnern zu den Produkten zu identifizieren. Das ist bei der Suche nach effizienteren Katalysatoren von großem Nutzen. Hinzu kommt die zunehmende Automatisierung: Bei der »kombinatorischen Synthese« beispielsweise testen Laborroboter die Aktivität vieler unterschiedlicher Katalysatoren, was die Trefferquote drastisch erhöht.

Bild vergrößern

Bild 1 | Nachahmung der Natur im Labor. Gerichtete Evolution von Biokatalysatoren im Reagenzglas

Bild 1 | Nachahmung der Natur im Labor. Gerichtete Evolution von Biokatalysatoren im Reagenzglas

©

©

Eine große Inspirationsquelle für die Katalyseforschung stellt die Biologie dar³. Die Natur reguliert biochemische Vorgänge mittels katalytischer Netzwerke, die verschiedene Reaktionspfade nach Bedarf an- oder abschalten. Technische Katalysatoren zu solch komplexen Systemen zu vereinen, ist noch immer schwierig. Eine Möglichkeit, die Natur nachzuahmen, besteht in der gerichteten Evolution von Biokatalysatoren im Reagenzglas (Bild 1)⁴. Durch wiederholte Zyklen von Mutation, Screening und Selektion lassen sich aus DNA-Sequenzen, die für ein Enzym kodieren, Biokatalysatoren gewinnen, die bestimmte Aufgaben wie die selektive Oxidation von Kohlenwasserstoffketten erfüllen.

Eine Alternative zu natürlichen katalytischen Systemen eröffnet das junge Gebiet der Organokatalyse⁵. Die Rolle langer Proteinketten übernehmen dabei kleine organische Moleküle, welche die aktiven Zentren und das Netz der Wasserstoff­brücken in Enzymen nachahmen. Biokatalysatoren haben jedoch noch weitere ­Fähigkeiten wie das molekulare An- und Abschalten. Ob kleine organische Moleküle auch dazu im Stande sein werden, bleibt abzuwarten.