Hydrosilylierung unter kontinuierlichen Bedingungen Mithilfe von SILP/scCO2 Systemen – eine innovative Herangehensweise für die Reduktion und Funktionalisierung von Alkine, Imine und Carbonylverbindungen

• Antragsteller: Dr. Giancarlo Franciò; Professor Dr. Walter Leitner
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426583288

Ziel des Projekts ist Methoden zur kontinuierlichen katalytischen Hydrosilylierung von C≡C, C=O und C=N-Verbindungen zu entwerfen, bewerten und demonstrieren. Zu diesem Zweck werden Katalysatorsysteme bestehend aus molekulare Katalysatoren oder katalytisch aktiven Nanopartikel stabilisiert und immobilisiert in einer geträgerten Ionischen Flüssigkeit (SILP) oder auf Phosphotungstic Säure (PTA)/Aluminiumoxid (Alox) Träger entwickelt. Stereoselektive Hydrosilylierungsreaktionen Mithilfe molekularen Katalysatoren mit chiralen Liganden sind auch vorgesehen. Im SILP-scCO2 Ansatz dient Überkritisches Kohlendioxid (scCO2) als mobile Phase, die die Substrate in die Katalysator-SILP-Matrix transportiert und gleichzeitig die Produkte zur Isolierung extrahiert. Diese Methode nutzt die Gasähnlich-Eigenschaften von scCO2 für den Transport und die Flüssigkeitsähnlich-Eigenschaften für das Löseverhalten. Dank der hohen Löslichkeit von siliciumorganischen Verbindungen in komprimiertem CO2 und die vernachlässigbare Löslichkeit der SILP Materialien im gleichen Medium ist dieser Ansatz besonders geeignet für die vorgesehene Anwendung. Im Falle des PTA/Alox-Ansatzes, werden, je nach Eigenschaften der Substrate/Produkte, unverdünnte Reagenzien, scCO2 oder herkömmliche Lösungsmitteln eingesetzt, um den Fluss zu realisieren. Diese Studie soll Grundlagenwissen über das Zusammenspiel von Katalyse mit speziellen Flüssigkeiten und trägt somit zu allgemeinen Fortschritten für das Verständnis, Kontrolle und Beherrschung der drei miteinander stark gekoppelt fundamentalen Ebenen von kontinuierlichen Prozessen, und zwar:- Molekulare Skala: wie wechselwirken die katalytisch aktive molekulare Metallkomplexe oder Nanopartikeln mit der Immobilisierungsmatrix und wie wird deren Leistung kurz- und langfristig unter Reaktionsbedingungen beeinflusst?- Mesoskala: Wie kann man die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Katalysators, Substrate und Produkte mit der stationären und mobilen Phase und, generell, mit der ausgearbeiteten Strategie zur Integration von Reaktion und Trennung im Einklang bringen?- Makroskoskala: wie sollte eine kompakte Setup für Reaktionen unter kontinuierlichen Bedingungen gebaut werden, das zur Umsetzung des Konzepts der ausgearbeiteten Reaktion/Trennung und Reaktion und die online-Verfolgung ermöglicht?Die Ausnutzung dieser drei Ebenen mit einem Fokus auf gegenseitige Kompatibilität wird zu einem neuen nachhaltigen Ansatz für katalytische siliziumorganische Chemie führen, der wiederum zu hoher Produktivität und verbesserte oder sogar neuartige Selektivitäten ermöglichen wird. Die Kombination von kontinuierlich-betriebene Reaktionen mit scCO2 als ungiftiges Transportmedium und eine wirksame Katalysatorimmobilisierung wird eine metallfreie und lösemittelfreie Produktisolierung gewährleisten können, und somit zusätzliche Zeit- oder Material-intensive Aufarbeitung überflüssig machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jedrzej Walkowiak