Fluorfreie Lewis-Säuren: Extreme Lewis-Aciditäten auf Basis sperriger und stark elektronenziehender Carboran-Substituenten

• Antragsteller: Professor Dr. Norbert W. Mitzel
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557181584

Lewis-Säuren (LA) sind fundamental wichtige Bausteine der Chemie. Sie finden breite Anwendung in der Synthese, in der Katalyse, in der molekularen Erkennung und in der supramolekularen Chemie. Im letzten Jahrzehnt sind äußerst starke molekulare Lewis-Säuren entwickelt worden, sogenannte Lewis-Super-Säuren (LSA), die definitonsgemäß acider sind als Antimonpentafluorid. Die meisten LSA beziehen ihre hohe Acidität durch die stark elektronenziehende Wirkung hochfluorierter Substituenten an Hauptgruppenatomen, die prinzipiell zur Ausbildung von Lewis-Acidität befähigt sind. Per- und Polyfluoroalkyl-Substanzen (PFAS) sind jedoch persistente und teils toxische Verbindungen, für die aufgrund dieser problematischen Eigenschaften aktuell ein weitreichendes Verbot diskutiert wird. Das Ziel dieses Projekts ist es, die stark elektronenziehenden Eigenschaften von ortho-Carboranyl-Liganden (oCb) zu nutzen, um neue fluorfreie LA (oder gar LSA) bzw. neue starke Lewis-Säure-Funktionen zu generieren. Dazu sollen ortho-Carboran-substituierte Verbindungen von Elementen hergestellt werden, die in der Lage sind, als LA-Funktion zu agieren, konkret: Al, Ga, In, Si, Sn und Sb (konkrete Beispiele sind etwa Ga(oCb)3, (oCb)3SiH oder (oCb)2SbCl). Anhand vergleichender Studien an diesen Verbindungen sollen die elektronenziehenden Eigenschaften von ortho-Carboranyl-Liganden quantifiziert werden. Zum Vergleich sollen dienen: Lewis-Aciditäts-Messungen und -Berechnungen, spektroskopische Eigenschaften, Strukturparameter und elektronische Eigenschaften aus quantenmechanischen Rechnungen. Aus diesen Erkenntnissen soll geschlossen werden, an welchen Elementen gebunden ortho-Carboranyl-Liganden ihre besonderen Eigenschaften in Elektronenzug und sterischem Anspruch zu einem vorteilhaften Einsatz in der Chemie von LA oder Lewis-aciden Funktionen besonders gut realisieren lassen. Es soll eruiert werden, wie viele der sperrigen ortho-Carboranyl-Liganden an bestimmte Atome gebunden werden können, um deren Effekt zu maximieren. Eine Kombination von ortho-Carboranyl-Liganden mit anderen Funktionen (Halogene, Hydride) an den jeweiligen Atomen soll neue Ausgangssubstanzen für weitere Funktionalisierungen ergeben. Halogenfunktionen erlauben dann weitere nukleophile Substitution, Hydridfunktionen eignen sich für Hydrometallierungsreaktionen. Die Erkenntnisse sollen genutzt werden, um erste neue starke Lewis-Säuren/-Funktionen bereit-zustellen, deren Eigenschaften in Lewis-Säure-Katalyse und neuen Poly-Lewis-Säuren demonstriert werden soll. Die Erkenntnisse dieses Projekts sollen konkrete Vorschläge für die Entwicklung einer fluorfreien Lewis-(Super)-Säure-Chemie für ein fokussiertes Nachfolgeprojekt ergeben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen