Rotaxangeschützte Polyine und Kumulene: Erzeugung von stabilisierten, molekularen Drähten

• Antragsteller: Professor Dr. Rik Tykwinski
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 244751608

Oligomere aus sp-hybridisierten Kohlenstoffatomen, besonders Polyine und Kumulene, sind in Folge ihres einmaligen, eindimensionalen Aufbaus von fundamentaler Bedeutung. Sie sind auch der Schlüssel für die Vorhersage der Eigenschaften des Kolhlenstoffallortopes Carbyne. Polyine lassen sich als ideale Kandidaten für molekulare Drähte verwenden, sie zeigen auch eindrucksvolle Eigenschaften im Bereich der nichtlinearen Optik (NLO) und sind unschätzbar wichtige Bausteine für die Synthese von kohlenstoffreichen Verbindungen. Umgekehrt ist das Potential von Kumulenen als konjugierte Materialien weitgehend unerforscht, infolge der wenigen bekannten Derivate. Die Synthese von Polyinen und Kumulenen greift auf eine geringe Zahl von Reaktionen zurück, von denen nur wenige für erweiterte Polyine und Kumulene verwendbar sind. Des weiteren verursacht die Instabilität/Reaktivität von Polyinen und Kumulenen weitere Probleme. Dies findet sich auch in der Tatsache wieder, dass bisher nur wenige wirkliche Anwendungen für diese Moleküle existieren. Die Forschung, die in diesem Antrag vorgestellt wird, zielt auf die Lösung dieser Probleme ab, was durch die Erzeugung von mechanisch stabilisierten Derivaten erreicht werden soll, so z. B. Rotaxane. Diese Rotaxane sollen Verbindungen für grundlegende Forschung liefern, aber auch die Möglichkeit sie in nanoskopischen Anordnungen einzusetzen. Der Arbeitsplan setzt sich aus drei Arbeitsbereichen (AB) zusammen.AB 1 wird sich mit der Optimierung der Synthese von rotaxan-geschützten Polyinen beschäftigen. Im Anschluss streben wir es an, die Bedingungen für die Synthese von stabilisierten Polyinen zu bewerten und zu verfeinern, und diese mit ihren ungeschützten Analoga zu vergleichen. Die erfolgreichen Ergebnisse wären der Schlüssel zu Polyinen von beispielloser Länge, die zur Untersuchung der Eigenschaften von Carbyne dienen könnten. AB 2 wird Endgruppen erforschen, die für diese Polyine verwendet werden können. Hierbei liegt das Hauptaugenmerk auf der Erzeugung von funktionalisierten rotaxan-geschützten Polyinen. Die erwünschten Endgruppen sollen es ermöglichen diese molekularen Drähte an Metall- oder Graphenelektroden anzubringen. Alternativ sollen Donor- und Akzeptorgruppen (D-A) angebracht werden, was zu polarisierten push-pull Polyinen führen soll. Diese D-A Polyine sollen mit bekannten D-A- Polyenen verglichen werden, um so die Effizienz der Dreifachbindungen zur Ladungsübertragung abzuschätzen, sowie die Bildung von verbesserten NLO Materialien. Abschließend sollen die so erhaltenen Ergebnisse verwendet werden, um rotaxan-geschützte Kumulene zu erzeugen (AB 3). Bisher sind [7]Kumulene und längere Derivate weder in Lösung noch als Feststoff stabil genug, um sie eingehend zu untersuchen. Die Verbindungen, die bei dem hier vorgestellten Projekt erhalten werden, werden die Gelegenheit eröffnen erstmals die Eigenschaften von längeren Mitgliedern dieser Klasse von sp-Kolenstoffoligomeren zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen