Elektronenreiche Phosphane, schaltbare Lewis-(Super)säuren und kooperative Metallkomplexe: Neue Wege für die Aktivierung von CO2, N2, H2, N2O und SO2 und deren stoffliche Nutzung als Synthesebausteine

• Antragsteller: Professor Dr. Fabian Dielmann
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324098411

Die Aktivierung kleiner Moleküle wie CO2, N2, H2, N2O und SO2 für energieeffiziente chemische Transformationen steht im Mittelpunkt weltweiter aktueller Forschungsaktivitäten. Ziel des vorliegenden Projektes ist die Entwicklung neuer Methoden zur effizienten Nutzung dieser Moleküle in der Synthesechemie, oder ihre Umwandlung in Kraftstoffe als Speicher für chemische Energie. Die Ausgangslage zu diesem Forschungsvorhaben ergibt sich aus unseren Vorarbeiten zu elektronenreichen Phosphanen PR3. Durch Anbringen starker Donorsubstituenten R (R = Imidazolin-2-ylidenamino) am Phosphoratom wurden ausgesprochen elektronenreiche Phosphane erhalten, die sich als Hilfsliganden in der homogenen Katalyse und zur reversiblen Komplexierung von CO2 als nützlich erwiesen haben. Darauf aufbauend sollen im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens neue Donorsubstituenten R mit optimierten Eigenschaften (Photoschaltbarkeit, Hydrolysestabilität, variable sterische und elektronische Eigenschaften) synthetisiert werden, welche die Grundbausteine für die folgenden drei Teilprojekte darstellen: Teilprojekt 1 befasst sich mit der Aktivierung von CO2 und SO2 mit neutralen, starken Lewis-Basen. Hierzu werden Phosphane, Phosphanoxide und Guanidinbasen mit variablen elektronischen und sterischen Eigenschaften entwickelt, die unbeständige Addukte mit CO2 und SO2 bilden. Ziel ist, die Lewis-Basen-katalysierte Funktionalisierung von CO2 und die kontrollierte Freisetzung von Schwefelmonoxid aus SO2 unter milden Bedingungen zu erreichen. In Teilprojekt 2 wird die Aktivierung von H2, N2O, CO2 und N2 durch neuartigen Lewis-(Super)säuren mit schaltbarer Lewis-Acidität untersucht. Dafür sollen sterisch abgeschirmte, trigonal-planare Phosphor- und Borkationen synthetisiert werden, deren Lewis-Acidität lichtinduziert oder durch Protonierung steigerbar ist. Ziel ist, die Aktivierung von N2O, CO2 und SO2 mit Lewis-Supersäuren zu ermöglichen, wodurch deren Reaktion mit schwach nukleophilen Substraten wie Alkenen, Alkinen oder Aromaten realisiert wird. Die Reaktionsprodukte sollen nach Schalten der Lewis-Acidität wieder freigesetzt werden. Teilprojekt 3 verfolgt die kooperative Aktivierung von N2 und H2 an Cu-, Au-, Ru- und Fe-Komplexen. Durch gezieltes Ligandendesign sowie die Erzeugung polymetallischer Strukturen sollen einerseits N2-Komplexe der Münzmetalle isoliert werden, und andererseits die homogenkatalytische Hydrierung von N2 zu NH3 mit Ru- und Fe-Pincerkomplexe realisiert werden.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: GC-FID/MS-System
• Gerätegruppe: 1700 Massenspektrometer