Interpenetrierende Koordinationskäfige: Verständnis von Bildung und Gastbindung, Anwendung als multitope Organisationseinheiten und Aggregation zu höher geordneten Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Guido Clever
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231349046

Die metallvermittelte Selbstassemblierung supramolekularer Strukturen erlaubt eine schrittweise Annäherung an die strukturelle und funktionale Komplexität biologischer Nanostrukturen. Koordinationskäfige mit interner Kavität bieten hier Perspektiven für das Studium grundlegender Wirt-Gast-Phänomene, mechanischer Transformationen und stimuliresponsivem Verhalten. Mögliche Anwendungen liegen im Bereich selektiver Erkennung, Katalyse, molekularer Elektronik und smarter Materialien. Mit Fokus auf palladiumbasierte monomere und dimere Käfige hat die erste Förderperiode eine Vielzahl von Erkenntnissen zur Käfigbildung, schaltbaren Gastaufnahme und dynamischem Verhalten der Systeme liefern können. Dennoch sind einige Fragen offen geblieben und neue Ideen und Forschungsansätze dazu gekommen. Die Verlängerung gliedert das Projekt in zwei Teilbereiche: 1. Mechanistische Untersuchungen zur Käfigbildung/Dimerisierung und Gastbindung sowie synthetische Modifikation der Donorfunktionalitäten. Auch soll die Synthese heterobimetallischer Käfige angegangen werden, sowohl über die Einführung orthogonaler Bindungsstellen als auch unter Ausnutzung kinetischer Effekte. 2. Die gefundenen Prinzipien zur Käfigbildung, Stabilität, Gastbindung, mechanischen Transformation und Ligand-zentrierten Derivatisierung sollen in funktionalen Systemen zur Anwendung gebracht werden. Dazu haben wir uns folgende drei Ziele gesetzt: a) Synthese von amphiphilen Käfigen, die lange, ggf. verzweigte Ketten verschiedener Polarität in äquatorialen und/oder endständigen Positionen tragen sowie Untersuchung von deren Aggregationsverhalten und Materialeigenschaften in Lösung und Reinstoff. b) Ausweitung der (spektro-)elektrochemischen Untersuchungen auf Basis weiterer redoxaktiver Ligandbausteine,(z. B. Oligothiophene, Methylenblau, Fuchson ...) mit dem Ziel, weitere Redoxpärchen für die lichtinduzierte Ladungstrennung zu erschließen. c) Intensivierung der Studien zur Assemblierung verschiedener chiraler Käfigvarianten, deren enantioselektiver Gastbindung und Fähigkeit zur Beeinflussung chemischer Reaktionen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen