Die Entwicklung selektiver PNP-Ligand-stabilisierter Co-Komplexkatalysatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Rhett Kempe
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 361806216

Der nachhaltige Umgang mit den Ressourcen unseres Planeten ist eine zentrale Herausforderung der Menschheit. Die Chemie mit ihrem großen Bedarf an vielfältigen Ressourcen und belastet mit negativen Konnotationen hat hier die Chance, eine Vorreiterrolle zu spielen; einerseits weil chemische Kernkompetenz notwendig ist und andererseits, um die Akzeptanz in der Gesellschaft zu verbessern und mehr junge Menschen für unsere Wissenschaft zu begeistern. Edelmetalle sind selten und teuer und werden vielfältig genutzt, beispielsweise als Katalysatoren. Viele 3d-Metalle (Übergangsmetalle der vierten Periode) kommen deutlich häufiger vor und sind sehr preiswert. Ein Ersatz von Edelmetallen durch häufig vorkommende und preiswerte 3d-Metalle in diversen chemischen Anwendungen bedient die oben diskutierte Wissenschaftsphilosophie. Ziel des vorliegenden Projektantrages ist die Entwicklung neuer Kobalt-Komplexkatalysatoren für katalytische Reaktionen, die bisher von teuren und seltenen Edelmetallen vermittelt wurden. In Vorarbeiten, kürzlich publiziert im JACS (2x) und der Angew. Chemie (1x), konnten wir neuartige hochaktive Kobaltkatalysatoren für wichtige katalytische Reaktionen entwickeln. Die Bearbeitung der folgenden, miteinander eng verzahnten Teilprojekte ist geplant.Hydrierung: In den Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass Kobaltkatalysatoren eine interessant Alternative zu Edelmetallkatalysatoren in der Hydrierung von C=O-Bindungen sein können. Gegenwärtig verstehen wir noch nicht wie der Katalysezyklus abläuft und wie die Aktivierung der Substrate am Kobaltkomplex erfolgt. Wir planen deshalb mechanistische Studien, die dann ein rationaleres Katalysatordesign erlauben sollen. Die breite Anwendbarkeit unseres Kobalt-Katalysatorsystems in der Hydrierung von Ketonen legt die Entwicklung verwandter chiraler Katalysatoren nahe, die von uns geplant ist. Alkylierungsreaktionen mit Alkoholen: In den publizierten Vorarbeiten konnten wir ein gewisses Potential unserer Kobalt-Katalysatorklasse in Alkylierungsreaktionen unter Verwendung von Alkoholen als Alkylierungsreagenzien aufzeigen. Wir planen deshalb Untersuchungen zur Alkylierung von Ketonen, von Methylazaarenen und der von Alkoholen. Solche Reaktionen verlaufen effizienter in Gegenwart von Basen, was eine einfache Katalysatoraktivierung zur Folge hat.Neue Reaktionen: Eine der interessantesten Fragestellung in der 3d-Metall-Katalyse ist die nach neuen katalytischen Reaktionen, welche durch Edelmetalle nicht vermittelbar erscheinen. In publizierten Vorarbeiten konnten wir Selektivitätsprofile entdecken, die für Edelmetallkatalysatoren nicht beobachtet werden können. Hier bietet sich die Entwicklung neuer Reaktionen an, die auf derartigen Selektivitätsprofilen basiert. Weiterhin interessieren wir uns für eine neuartige C-C-Verknüpfungsreaktionen. Nichtpublizierte Vorarbeiten deuten ein Potential unsere Co-Katalysatoren in solch einer Reaktion an.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen