SFB 706:  Katalytische Selektivoxidationen von C-H-Bindungen mit molekularem Sauerstoff

• Fachliche Zuordnung: Chemie ; Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 15581711

Oxidationen von Kohlenwasserstoffen gehören zu den zentralen Reaktionen bei Laborsynthesen, technischen Prozessen und Umsetzungen im Stoffwechsel lebender Zellen. Obwohl molekularer Sauerstoff an vielen dieser Prozesse beteiligt ist, konnte das enorme Potenzial dieses leicht verfügbaren, nicht toxischen und nachhaltigen Oxidationsmittels bisher nur unzureichend genutzt werden. Ursachen hierfür sind die Reaktionsträgheit von Luftsauerstoff und die mangelhafte Selektivität bei Umsetzungen mit organischen Substraten. Das Ziel des Sonderforschungsbereichs besteht darin, molekularen Sauerstoff als Reagens für selektive Oxidationen von organischen Substraten nutzbar zu machen. Die Aktivierung von Luftsauerstoff und die Oxidation der C-H-Bindung sollen an katalytisch aktiven Metallzentren mit wohldefinierter Umgebung stattfinden. Dazu sollen Metalle in eingeschränkten Geometrien (Zeolithe, Molekularsiebe), Metallkomplexe in Lösung und Metallionen als Bestandteile aktiver Zentren von Enzymen, Enzym/Protein-Komplexen und ganzen Zellen eingesetzt werden.
Die Untersuchungen sollen in drei Teilbereichen auf Oxidationen (A) von Alkanen zu Alkoholen und Ketonen, (B) von 1,3-Dicarbonylverbindungen zu 2-Hydroxy-1,3-dicarbonylverbindungen bzw. von Alkenen zu Allylalkoholen sowie auf die oxidative Kopplung von Phenolderivaten und (C) auf die Oxidation von Aromaten zu Phenolderivaten fokussiert werden, weil es hier noch großen Handlungsbedarf bei der präparativen Methodik bzw. beim mechanistischen Verständnis gibt.
Zudem liefern die ausgewählten Reaktionstypen wichtige Bausteine für die Synthese von pharmazeutischen Wirkstoffen, Naturstoffen mit interessanten biologischen Eigenschaften, Feinchemikalien und technischen Produkten.
Durch geeignete spektroskopische und theoretische Methoden soll ein molekulares Bild der Katalyse erhalten werden, das ein Design von verbesserten Katalysatoren ermöglicht. Das Fernziel ist, den ubiquitären Rohstoff Luftsauerstoff zu einem breit und gezielt einsetzbaren Oxidationsmittel zu machen.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Abgeschlossene Projekte

• A01 - Selektivoxidation von n-Alkanen an edelmetallhaltigen Gästen in Zeolithen als Wirten (Teilprojektleiter Bertagnolli, Helmut ;  Weitkamp, Jens )
• A02 - Neuartige oktaedrische Redoxmolekularsiebe für die heterogen katalysierte Selektivoxidation von Cyclohexan (Teilprojektleiter Gläser, Roger ;  Hasse, Hans ;  Schleid, Thomas )
• A03 - Untersuchung des aktiven Eisenzentrums bei katalytischen Oxidationen mittels in situ-Mößbauer-Spektroskopie und nuklear-inelastischer Streuung (Teilprojektleiterin Asthalter, Tanja )
• A04 - Biokatalytische Oxidation von cyclischen und acyclischen Alkanen durch bakterielle Cytochrom P450-Monooxygenasen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Gläser, Roger ;  Pleiss, Jürgen ;  Urlacher, Vlada )
• A06 - Entwicklung aerober, artifizieller oder biomimetrischer, selektiver Reoxidationscyclen für die biologische und chemische Alkanoxidation (Teilprojektleiter Plietker, Bernd )
• A07 - Darstellung hochoxidierter Ruthenium-Katalysatoren für die aerobe stereo- und chemoselektive Oxidation nicht-aktivierter Alkane (Teilprojektleiter Plietker, Bernd )
• B01 - Luftsauerstoff als Oxidationsmittel für die Ce-katalysierte Hydroxylierung von 1,3-Dicarbonylverbindungen: mechanistische Untersuchungen und synthetische Anwendungen (Teilprojektleiter Bertagnolli, Helmut ;  Christoffers, Jens ;  Niemeyer, Mark )
• B02 - Enantioselektive aerobe katalytische Allyloxidation unter Verwendung von bakteriellen Monooxygenasen und Übergangsmetallkomplexen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Laschat, Sabine ;  Pleiss, Jürgen ;  Traa, Yvonne ;  Urlacher, Vlada )
• B03 - Metabolic Engineering rekombinanter Escherichia coli-Zellen zur Gewinnung von Antioxidantien: Astaxanthin und Vitamin E (Teilprojektleiter Reuss, Matthias ;  Sprenger, Georg )
• B04 - Enzymkatalysierte oxidative Phenolkupplungen durch Laccasen und Kombinationen aus Laccase und dirigierenden Proteinen (Teilprojektleiter Beifuss, Uwe ;  Pleiss, Jürgen ;  Schaller, Andreas ;  Schmid, Rolf )
• C01 - Wechselwirkung und Elementarprozesse der Benzoloxidation in Zeolithen - ein molekulares Bild (Teilprojektleiter Roduner, Emil )
• C02 - Ab initio Methoden zur theoretischen Beschreibung von katalytischen Oxidationsreaktionen mit molekularem Sauerstoff (Teilprojektleiter Werner, Hans-Joachim )
• C03 - Zwischenstufen der kupferinduzierten C-H-Aktivierung mittels O2 (Teilprojektleiter Kaim, Wolfgang )
• C04 - Berechnung von Reaktionspfaden und Charakterisierung reaktiver Zwischenstufen in katalytischen Oxidationen (Teilprojektleiter Rauhut, Guntram ;  Stoll, Hermann )
• C05 - Übergangsmetall-katalysierte oxidative Funktionalisierung von Aromaten und Alkanen (Teilprojektleiter Hashmi, A. Stephen K. )
• Z - Zentrales Verwaltungsprojekt (Teilprojektleiterin Laschat, Sabine )

• Antragstellende Institution: Universität Stuttgart
• Beteiligte Hochschule: Universität Hohenheim
• Sprecherin: Professorin Dr. Sabine Laschat