Die selektive Reaktion von α-Olefinen mit zwei Ethylenmolekülen

• Antragsteller: Professor Dr. Rhett Kempe
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518769132

Allgemeines. α-Olefine sind wichtige Ausgangsstoffe für die Synthese von Kunststoffen, Medikamenten, Grund- und Feinchemikalien. Die Synthese von α-Olefinen, ausgehend von Ethylen, ein in großen Mengen verfügbarer und preiswerter C2-Baustein, wird jährlich im Megatonnen-Maßstab durchgeführt und repräsentiert eine der wichtigsten Anwendungen der homogenen Katalyse in der chemischen Industrie. Die selektive Synthese von α-Olefinen, ausgehend von Ethylen, ist beschränkt auf nur drei α-Olefine: 1-Buten, 1-Hexen und 1-Octen. Alle drei sind extrem wichtig und erfahren diverse Anwendungen. Andere Syntheseprotokolle können nur Verteilungen von α-Olefinen herstellen, die getrennt werden müssen und das Interesse an einem spezifischen α-Olefin stimmt selten mit dem Anteil in diesen Produktverteilungen überein. Eine breit anwendbare α-Olefin-Verlängerungsreaktion, in der α-Olefine selektiv mit Ethylen reagieren, wäre deshalb sehr wünschenswert. Darüber hinaus ist das Einführen von Verzweigungen attraktiv im Hinblick auf die Synthese von künstlichen Schmiermitteln. Weiterhin werden verzweigte α-Olefine als Monomere für die Synthese transparenter Kunststoffe und als Membranen zur Gasseparation genutzt. Selektiv verzweigte α-Olefine könnten auch von Interesse für eine Funktionalisierungschemie sein, wie beispielsweise die Hydroformylierung, eine Reaktion, die im Megatonnen-Maßstab durchgeführt wird. Vorarbeiten. In publizierten Vorarbeiten, erschienen in „Science“ und „Nature Communication“, wurden neuartige katalytische Synthesen von α-Olefinen vorgestellt. Die Verlängerung und Verzweigung von α-Olefinen ist dabei konzeptionell besonders interessant, weil sie die selektive Synthese einer Vielzahl von α-Olefinen ermöglicht und im Vergleich zu bisher bekannten direkten Synthesen von α-Olefinen aus Ethylen erstmalig einen selektiven Zugang zu verzweigten α-Olefinen gestattet. Ziele und Arbeitsplan. Die zentralen Intentionen unserer geplanten Arbeiten sind: Die von uns gefundene selektive Reaktion von α-Olefinen mit zwei Ethylenmolekülen, also die Ethylen-α-Olefin-Ethylen-Sequenz mechanistisch zu verstehen (Mechanismus) und das Potential der Reaktion zur Synthese von Olefinen zu erschließen (Olefinsynthesen). Hierzu ist die Bearbeitung von sieben Arbeitspaketen geplant, die den beiden zentralen Zielstellungen zuzuordnen sind. Mechanismus. AP 1: Experimentelle Arbeiten zum Verstehen der Insertionssequenz. AP 2: Variation des Zentralmetalls. AP 3: Variation der Liganden. Olefinsynthesen. AP 4: Co-Dimer-Selektivität anderer Ap-Imi-Titan-Komplexe. AP 5: Die Tetramerisation von Ethylen zum verzweigten Octen. AP 6: Polymerisation und Copolymerisation von 4-Ethylhexen. AP 7: Selektive Reaktionen von Dienen mit Ethylen. Der geplante zeitliche Ablauf unserer Arbeiten ist unter 2.3.3 skizziert. Beide Zielstellungen sind eng verzahnt und die konzeptionell neue Qualität an Erkenntnissen kann nur im „Dialog“ erfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen