Bioanorganik und Metallorganik zusammenführen: NHC-koordinierte Eisen-Oxo- und Eisen-Peroxo-Komplexe für die katalytische C-H-Aktivierung und -Funktionalisierung

• Antragsteller: Professor Dr. Franc Meyer
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445916766

Eisenhaltige Enzyme ermöglichen es Lebewesen, Luftsauerstoff zur selektiven Oxidation organischer Substrate zu verwenden. Schlüsselintermediate dieser biochemischen Transformationen sind hochvalente Oxoeisen- sowie Eisen-Superoxo- und -Peroxo-Spezies, deren Identifizierung und Charakterisierung aufgrund ihrer hohen Reaktivität jedoch schwierig ist. Synthetische Eisenkomplexe, die als Modelle für die eisenabhängigen Aktivzentren der Metalloenzyme dienen, haben wesentlich zum Verständnis der enzymatischen Katalysezyklen beigetragen und Zusammenhänge zwischen elektronischen Strukturen und Reaktivitäten der reaktiven Intermediate aufgezeigt. Darüber hinaus versprechen bioinspirierte, homogene Eisenkatalysatoren effiziente Substratumwandlungen ähnlich denen der natürlichen Vorbilder, vor allem die selektive Oxygenierung von C-H-Gruppen.Dieses Projekt zielt auf die Zusammenführung von Konzepten aus der bioanorganischen und metallorganischen Chemie ab, indem biorelevante Eisenoxo-, -peroxo- und -superoxo-Spezies in makrozyklischen Ligandengerüsten stabilisiert werden, die N-heterocyclische Carbene (NHs) als Donoren enthalten. In Vorarbeiten wurde gezeigt, dass solche NHC-Liganden den Oxoeisen-Intermediaten besondere elektronische Strukturen und Eigenschaften verleihen. In enger Zusammenarbeit mit mehreren Partnergruppen innerhalb der Forschungsgruppe planen wir, für einer Reihe solcher Eisenkomplexe mit Tetra-NHC- und NHC/N-Donor-Hybridliganden – insbesondere für die Oxoeisen(IV)-Spezies – Korrelationen zwischen ihren elektronischen Strukturen und ihrer Wasserstoffatomabstraktions- und Sauerstoffatomtransfer-Reaktivität aufzuklären. Darüber hinaus werden wir die Zugänglichkeit und Reaktivität neuartiger Oxoeisen(V)-Oxidantien unter Verwendung der NHC-basierten Ligandenplattformen untersuchen und die Ligandengerüste mit funktionellen Gruppen zur Optimierung von Löslichkeiten oder zur Verankerung auf festen Trägern ausstatten. Es wird erwartet, dass diese einzigartige Klasse von Eisenkomplexen somit zu nutzbaren und robusten Katalysatoren für die oxidative C-H-Funktionalisierung weiterentwickelt werden kann.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5215: Bioinspirierte Oxidationskatalyse mit Eisenkomplexen