Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Ringöffnungspolymerisation von nachwachsenden cyclischen Estern durch N-Donor-Zinkkomplexe

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sonja Herres-Pawlis
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 174939012

Die Nutzung von polymeren Werkstoffen ermöglicht unseren modernen Lebensstil. Aufgrund des unvermeidlichen Versiegens und explodierender Kosten für fossile Ressourcen sowie wachsender Mülldeponien wird der Bedarf für ökologische Polymere immer größer. Unsere Gesellschaft benötigt neue und innovative Materialien, die mithilfe von vielseitigen und nachhaltigen Katalysatoren produziert werden können. Unser Ziel ist der ultimative Katalysator, der die beiden komplementären Polymerisationsmethoden der Ringöffnungspolymerisation (ROP) und der Atomtransfer-Radikalpolymerisation (ATRP) kombiniert. Beide Polymerisationsmethoden sind essentielle Techniken für die nachhaltige Synthese moderner Block-Copolymere als intelligente Hochleistungsmaterialien. Diese innovative Vereinigung wurde bisher nicht realisiert, obwohl sie dringend benötigt wird für die allgemeine Substitution petrochemischer Kunststoffe. Der neue Katalysator soll auf Eisen basieren, da dieses Element eine genügend große Lewis-Acidität (für die ROP) und Ein-Elektronen-Redoxchemie (für ATRP) bietet, wobei es gleichzeitig nachhaltig, biokompatibel und verfügbar ist. Bis jetzt gibt es eine signifikante Verständnislücke bei den Mechanismen mit Eisenkomplexen.In diesem Projekt wollen wir einen Eisen(II)-basierten Hochleistungs-ATRP-Katalysator und einen Eisen(III)-basierten Hochleistungs-ROP-Katalysator entwickeln - beide kombiniert in einem einzigen System. Das Monomer-Spektrum für beide Methoden wird in Richtung neuer nachwachsender Monomere erweitert. Wir werden uns zuerst beiden Methoden einzeln widmen, um ein grundlegendes Verständnis zu erreichen. Die Katalysator-Entwicklung folgt intelligenten Design-Prinzipien mit theoretischem Feedback aus der ersten Katalysatorgeneration. Anschließend gestalten wir einen bifunktionellen Katalysator, bei dem die Redoxkontrolle zwischen den beiden Oxidationszuständen die Schaltung zwischen den beiden Polymerisationsmethoden erlaubt. Langfristig werden Multi-Komponenten-Blockcopolymere aufgebaut für moderne Polymerarchitekturen. Insgesamt wollen wir durch ein umfassendes Design den ultimativen nachhaltigen Polymerisationskatalysator als multifunktionelles Redox-kontrolliertes Werkzeug zugänglich machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen