Polydentate Lewis-Säuren mit ausgerichteten Akzeptor-Funktionen

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert W. Mitzel
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248859450

Über die maßgeschneiderte Strukturierung molekularer Materie lässt sich spezifische chemische Funktionalität erzielen. Die Natur zeigt vielfältig, wie definiert platzierte reaktive Funktionen spezifische Reaktivitäten ergeben (Basen, H-Brücken etc.). Dieses Konzept wird auch in der Synthese für Katalysatoren und Rezeptoren vielfältig genutzt. Ungleich den häufig verwendeten Donorfunktionen (Ligandendesign) wurde die definierte Platzierung und Orientierung mehrerer Akzeptor-Funktionen (Lewis-Säuren) nur spärlich realisiert. Dieses Konzept ermöglicht jedoch die Erkennung und Komplexierung von Anionen bzw. Lewis-Basen und damit eine gezielte Änderung ihrer Eigenschaften und Reaktivität. Ziel des Projekts ist daher, multiple Lewis-Säure-Gruppen an molekularen Gerüsten definiert zu positionieren und zur optimalen Bindung Lewis-basischer Substrate auszurichten. Die Herausforderungen lagen dabei bisher in der limitierten Verfügbarkeit geeigneter Gerüste, denn sie müssen frei von Basenfunktionen sein, die anderenfalls in Konkurrenz mit den Substraten treten.Im Vorprojekt haben wir effiziente Zugänge zu starren Gerüst-Moleküle aus Kohlenwasserstoffen oder Organosilanen erarbeitet. Darunter sind: 1,8-funktionalisierte Anthracene, photochemisch gewonnene Anthracen-Dimere mit vier gleichsinnig ausgerichteten Funktionen, photochemisch zu ‘Dimeren’ schaltbare verbrückte Bis(anthracene) mit an- und abschaltbaren Selektivitäten sowie Triptycene mit drei gleichsinnig ausgerichteten Funktionen. Zudem fanden wir eine sehr elegante Synthese eines syn-Anthracen-Dimers mit vier Alkinfunktionen in eine Richtung, deren hohe Selektivität durch einen Wasserstoffbrückengebunden Prä-Komplex während der Dimerisierung verursacht wird. Dadurch ist jetzt klar, welche der zahlreich getesteten Systeme tatsächlich gangbare Wege für die vielstufigen Synthesen gerichteter multidentater Lewis-Säuren bieten, um substantielle Mengen für nachfolgende Experimente zur Erkundung von Anwendungsgebieten bereitzustellen. An einigen Beispielen haben wir gezeigt, wie Akzeptorfunktionen angebracht werden können. Diese sind organometallische Einheiten der Elemente Al, Ga und In (auch Zn und Hg), elektronegativ substituierte Akzeptor-Funk¬tionen von Bor und Silicium, sowie Gold-Funktionen zum Aufbau von Poly-Akzeptoren, die über dispersiv geprägte d10-d10-Wechselwirkungen binden. Im zweiten Projektzeitraum möchten wir nun die Ernte dieser Vorarbeiten und Investitionen einfahren. Wir wollen eine Auswahl verschiedener, neuer, multidentater Lewis-Säuren bereitstellen und ihre chemischen Eigenschaften ausloten, darunter Möglichkeiten zur molekularen Erkennung und Komplexierungseigenschaften von Basen, zur Steigerung der Acidität von Lewis-Säuren durch Bindung an multidentate Akzeptoren (Ziel Super-Lewis-Säuren), zur Erzeugung ungewöhnlicher Komplexe über chelatisierend dispersiv-geprägte Wechselwirkungen und zum Einsatz multidentater Lewis-Säuren in Frustrierten Lewis-Paar-Systemen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen