Polysulfonsäuren und Polysulfonate: Synthese, Strukturen, und Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Christoffers; Professor Dr. Mathias Wickleder
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 223676145

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Verglichen mit dem etablierten und umfangreichen Wissen über die Herstellung von Carbonsäuren ist die Zahl der Syntheseprotokolle für verwandte Sulfonsäuren eher begrenzt. Im Hinblick auf das bislang nicht ausgeschöpfte Potenzial von Sulfonsäuren für die Herstellung von Koordinationspolymeren (CPs) oder metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs) haben wir im Rahmen des Forschungsprojektes seit 2009 eine Reihe zuverlässiger Protokolle für die Herstellung verschiedener Sulfonsäuren entwickelt. Mit Abschluss des Projektes liegt nun eine umfangreiche Bibliothek diverser Linkerverbindungen vor, die die Entwicklung einer umfassenden Koordinationschemie von Oligosulfonaten fördern soll. Im Rahmen der zweiten Förderperiode haben wir die Synthese von Biphenylmono- und –disulfonsäuren entwickelt, die zusätzlich ein oder zwei Perfluorbutyl- oder -hexylketten tragen. Derartige Verbindungen sollten sich als amphiphile Linkermoleküle für CPs oder MOFs eignen. Des Weiteren wurden Benzolmono- und -disulfonsäuren mit einem 4-Pyridyl- oder 5-Pyrimidylrest hergestellt. Hier eröffnet das Stickstoffatom zusätzliche Möglichkeiten für die Koordination eines Metallzentrums. Die neuartigen Säuren wurden zur Synthese von Polysulfonaten mit unterschiedlichen Metallen eingesetzt. In vielen Fällen wurden Verbindungen erhalten und strukturell aufgeklärt. Häufig gelang die Synthese kristalliner Verbindungen jedoch nicht, insbesondere für Säuren mit großen organischen Gerüsten und solchen mit fluorierten Seitenketten. Wir haben begonnen unsere bisherigen Erfahrungen auf die Synthese neuer Carbonsäuren auszuweiten. Darüber hinaus haben wir und der Synthese von Polysulfonsäuren mit kleinen organischen Gerüsten zugewendet. Im Falle der Carbonsäuren wurde so etwa die Koordinationschemie der racemischem 1,3-Allendicarbonsäure untersucht. Diese strukturell einzigartige Dicarbonsäure weist einen 90°-Torsionswinkel zwischen den beiden Carboxylatgruppen auf. Es wurden die Salze der Alkalimetalle Lithium, Natrium, Rubidium und Caesium und das Thallium(I)-Salz synthetisiert und mittels Einkristall-Röntgenstrukturanalyse strukturell charakterisiert. Im Falle der Polysdulfonate mit kleinen „Scaffolds“ wurde das neuartige Methantetrasulfonation erstmalig erhalten.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "Biphenyl Sulfonic and Disulfonic Acids with Perfluorinated Alkyl Residues", Eur. J. Org. Chem. 2018, 5754–5462
  C. Kahrs, M. S. Wickleder, J. Christoffers
  
• "Pyridine and Pyrimidine Functionalized Benzene Sulfonic and Disulfonic Acids as New Linker Compounds for Coordination Polymers", Eur. J. Org. Chem. 2018, 6499–6509
  C. Kahrs, M. Schmidtmann, M. S. Wickleder, J. Christoffers
  
• "Carboxylate groups in a 90° arrangement: 1,3-Allenedicarboxylic Acid and its Alkali Metal and Thallium(I) Coordination Compounds", Eur. J. Inorg. Chem. 2019, 2781–2787
  C. Kahrs, M. Schmidtmann, M. S. Wickleder, J. Christoffers
  
• "Tripodal methanetrisulfonate ligands in the trinuclear complex {Ni3[CH(SO3)3]2(NMP)8}", Z. Naturforsch. B. 2019, 74, 27–31
  M. Gudenschwager, J. Christoffers, M. S. Wickleder
  
• "Synthesis of Aromatic and Aliphatic Di-, Tri- and Tetrasulfonic Acids", Synlett 2020, 31, 945–952
  J. Christoffers, M. S. Wickleder