Frustrierte Lewis-Paare mit Silicium, Germanium und Zinn als Lewis-saure Funktionen

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert W. Mitzel
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320753677

Das Konzept frustrierter Lewis-Säure/Base-Paare (FLP) beruht auf der Wechselwirkung zwischen Lewis-Säuren und -Basen, die an der Ausbildung eines klassischen Addukts gehindert sind. Das daher rührende unverbrauchte Reaktionspotenzial kann genutzt werden, um kleine Moleküle zu binden, zu spalten und zu aktivieren. Oft genutzt ist z. B. die heterolytische Spaltung von Wasserstoff oder die Aktivierung von Kohlendioxid und anderer Treibhausgase. Dadurch sind neuartige Reaktionen und katalytische Prozesse möglich geworden. Die meisten der bekannten FLP beruhen auf den Elementen Bor und Phosphor, d. h. Boranen und Phosphanen als Säuren bzw. Basen. Andere Elemente [Säuren: Al, Zn, P(V), Si+, Basen: N, O] wurden weitaus seltener eingesetzt. Mit der Darstellung eines ersten ungeladenen, intramolekularen Silicium-Phosphor-FLP, (C2F5)3SiCH2P(t Bu)2, konnten wir jüngst unsere langjährige Expertise auf dem Gebiet geminaler Donor-Akzeptor-Verbindungen erfolgreich in die modernen Entwicklungen der FLP-Chemie einbringen. Die Molekülchemie des Siliciums ist wegen ihrer immensen industriellen Bedeutung sehr gut erschlossen und diesen Vorteil wollen wir nun für die FLP-Chemie nutzbar zu machen.In diesem Projekt sollen daher neuartige intramolekulare FLP des Typs (RF)3SiCH2P(R)2 erzeugt werden, wobei RF elektronegative (z. B. fluorierte) Alkyl- oder Aryl-Reste (z. B. C6F5, C5NF4, etc.) und R Alkyl- bzw. Aminreste (t-Bu, CH(SiMe3)2, NR'2, etc.) darstellen. Die Länge und Art der Kette zwischen Si- und P-Atom soll variiert werden. Neben Silicium sollen auch Germanium und Zinn zum Einsatz kommen, um im Sinne des HASB-Konzeptes weichere Bindungspartner zur Aktivierung von Kleinmolekülen anzubieten, die somit schwächer gebunden und im Sinne katalytischer Prozesse leichter ablösbar wären. Das Konzept, neutrale Si-FLP zu entwickeln, soll parallel auf intermolekulare System, also solchen mit getrennten Säure- und Basemolekülen, übertragen werden. Die Säureseite bilden Verbindungen wie (RF)4Si, auf der Basenseite sollen u. a. auch Superbasen, wie Phosphatrane zum Einsatz kommen. Die erhaltenen FLP-Systeme sollen auf ihre Aktivität zur Bindung, Aktivierung und ihre katalytischen Eignung (z. B. Hydrierung von ungesättigten Substraten) hin untersucht werden. Experimente mit para-Wasserstoff werden zur mechanistischen Aufklärung beitragen. Punktuell werden Untersuchen der Molekülstruktur in der Gasphase mit Elektronenbeugung und der experimentellen Elektronendichte mittels hochaufgelöster Röntgenbeugung zum Einsatz kommen, um die Bindungssituation genauer zu beleuchten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen