Die Entwicklung selektiver Katalysatoren für neuartige C-N- und C-C-Verknüpfungsreaktionen - ein Beitrag zu einer nachhaltigeren Chemie

• Antragsteller: Professor Dr. Rhett Kempe
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 221509923

Ziele des vorliegenden Projektantrages sind die Entwicklung neuer katalytischer Reaktionen sowie die Entwicklung von Katalysatorklassen, die diese Reaktionen effizient vermitteln können. In den Reaktionen werden Dehydrier- und Kondensationsschritte kombiniert, um aus diversen Alkoholkomponenten N-aromatische Verbindungen herzustellen. Alkohole können mittels Pyrolyse aus Lignocellulose, einer in großen Mengen verfügbaren und bisher stofflich wenig genutzten natürlichen Ressource, gewonnen werden. Die im Projektantrag entwickelten katalytischen Konzepte sind somit als ein Beitrag zu einer nachhaltigeren Chemie aufzufassen. Der Stand der Forschung auf dem Gebiet ADK (Akzeptorfreie Dehydrierende Kondensation) zur katalytischen Synthese von N-Aromaten wird durch unsere Arbeiten international signifikant geprägt. In der vergangenen (ersten) Förderperiode wurden fünf Publikationen erarbeitet. Sie wurden teilweise in renommierten Zeitschriften wie Nature Chemistry und der Angewandte Chemie publiziert. Die Bearbeitung der folgenden miteinander verzahnten Teilprojekte ist für die zweite Förderperiode geplant: Entwicklung neuer katalytischer ReaktionenErstens ist die Erweiterung des ADK-Konzeptes zur katalytischen Darstellung N-reicher Aromaten geplant. Im Rahmen dieses Teilprojektes werden einerseits katalytische Umsetzungen von Aminoalkoholen mit verschiedenen C-N-Mehrfachbindungssystemen untersucht. Anderseits ist die Entwicklung von Multikomponenten-Reaktionen geplant, in denen bis zu drei (unterschiedliche) Alkoholkomponenten mit NH3 und Nitrilen selektiv zu hochfunktionalisierten Pyrimidinen verknüpft werden. Konzeptionell neuartig ist das dritte Teilziel. Es kombiniert ADK mit Hydrier- und Dehydrierschritten und könnte einen breit anwendbaren sowie nachhaltigen Zugang zu polycyclischen N-Aromaten ermöglichen. Katalysatordesign Die Ziele im Bereich Katalysatordesign sind dreigeteilt. Erstens planen wir die Entwicklung neuer Ir- und Ru-Komplexkatalysatoren, deren Liganden hydrolysestabil sind. In ADK-Reaktionen wird Wasser freigesetzt und stabilere Katalysatoren wären denkbar, wenn die eingesetzten Liganden dieses tolerieren. Vorarbeiten belegen eine Überlegenheit solcher Katalysatoren gegenüber den bisher in der Pyrrolsynthese eingesetzten Ir- Komplexkatalysatoren. Zweitens interessiert die Entwicklung von Co- und Fe-Katalysatoren für die ADK. Die Verwendung von preiswerten unedlen Metallen als Alternative für bisher eingesetzte Ir- bzw. Ru-Katalysatoren ist, wie Vorarbeiten zu Co belegen, möglich. Drittens werden effiziente wiederverwendbare Katalysatoren für die selektive Hydrierung von Aromaten und die Dehydrierung von Cycloalkanen von uns entwickelt. Sie werden zur Herstellung polycyclischer N-Aromaten durch eine Sequenz von Hydrierung, ADK und Dehydrierung benötigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen