Stark polarisierte Olefine als Katalysatoren für die Homo- und Copolymerisation von “unpolymerisierbarem” gamma-Butyrolacton

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Naumann
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411719654

Um gamma-Butyrolacton (GBL) als Baustein für polymere Materialien zu erschließen, sollen in diesem Projekt praktikable und effiziente (Co)Polymerisationsprozesse entwickelt werden. Das fünfgliedrige GBL wurde bisher als Rohmaterial für Polymere weitgehend ignoriert, hauptsächlich aufgrund unvorteilhafter thermodynamischer Aspekte; bis vor kurzem konnten trotz harscher Reaktionsbedingungen nur Oligomere in niedriger Ausbeute dargestellt werden. Neueste Forschungsarbeiten beschreiben Poly(GBL) jedoch als vielseitiges, vollständig recyclebares Material, wobei das Monomer, GBL, nicht nur bestens verfügbar und preisgünstig ist, sondern auch aus nachhaltigen Quellen gewonnen werden kann. Um dieses bisher weitgehend ungenutzte Potential vollumfänglich abzurufen, muss die bisherige Polymerisationskatalyse für GBL jedoch auf vielen Ebenen verbessert werden. Um dies zu ermöglichen, wird in diesem Projekt eine Klasse spezieller Olefine – sogenannte N-heterozyklische Olefine (NHOe) – als neuartiges Werkzeug eingesetzt werden. Die chemische Struktur dieser Olefine umgeht Schwierigkeiten, die typischerweise bei der Synthese von poly(GBL) anfallen. Darüber hinaus erlauben sie die Anwendung innovativer, für GBL bisher noch nicht genutzter Polymerisationswege, nämlich die zwitterionische und die anionische Polymerisation durch kooperative Lewis Paare. Während ein besseres Verständnis der Homopolymerisation von GBL dringend benötigt wird, werden die thermodynamischen Erschwernisse jedoch stets bestehen bleiben. Diese äußern sich hauptsächlich in einer stark eingeschränkten Bandbreite möglicher Reaktionsbedingungen, die zudem ökonomisch unattraktiv sind. Eine vielversprechende Alternative ist hier die Copolymersiation, bei der einige dieser Einschränkungen wegfallen und die einen weiteren Schwerpunkt dieses Projektes darstellt. Zwei komplementäre Strategien sollen hierbei untersucht werden. Zum einen ist dies die streng alternierende Copolymerisation mit 3,4-Dihydrocumarin. Die zweite Herangehensweise konzentriert sich auf omega-Pentadekalacton beziehungsweise 1,2-Butylenoxid als Comonomere für GBL. Ein neuartiges Konzept, die Monomer-selektive Aktivierung von Lactonen durch Lewis Paare (NHO/Metallhalogenid), ermöglicht eine direkte Manipulation der Copolymerisationsparameter. Eine systematische Untersuchung soll die entsprechenden Copolyester und Copoly(ester-ether) liefern und gleichzeitig Einblicke in die selektive Aktivierung von GBL erlauben.Insgesamt kann die vorgeschlagene NHO-vermittelte Katalyse Zugang zu Polymeren gewähren, die bisher nicht oder nur unzulänglich darstellbar sind, beispielsweise GBL-basierte Poly(ester-ether) oder Poly(GBL) mit definierten Endgruppen, kontrollierter Topologie und vorhersagbarem Molekulargewicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen