Atom-effiziente Mechanismen in der Elektronen-induzierten chemischen Synthese: Aktivierung von CO, N2 und CO2

• Antragstellerin: Professorin Dr. Petra Swiderek
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232877954

Elektron-Molekül-Wechselwirkungen führen, bei geeigneten Elektronenenergien (E0), zu spezifischen reaktiven Intermediaten, die weitere chemische Reaktionen auslösen. Wenn diese Intermediate nicht dissoziieren, sondern auf einen Reaktionspartner treffen, kann es zur Synthese größerer und komplexerer Moleküle kommen. Im idealen Fall wird eine solche Elektronen-induzierte Synthese durch einfaches Knüpfen einer neuen Bindung zwischen den zwei kleineren Vorläufermolekülen in Richtung des Produkt getrieben. Die Produkte sind dann strukturell wohldefiniert und beinhalten alle oder zumindest die meisten der Atome der Edukte. Eine solche Reaktion kann dann als Atom-effizient bezeichnet werden. Beispielsweise wird in kondensierten Mischungen von Ethylen (C2H4) und Ammoniak (NH3) unter Bestrahlung mit Elektronen bei E0 knapp über der Ionisationsschwelle Ethylamin (CH3CHNH2) gebildet. Solche Reaktionen laufen im kationischen Zustand ab und werden begünstigt durch die starke anziehende Wechselwirkung nach Ionisation eines der Reaktionspartner, die die Reaktion zwischen benachbarten Molekülen einleitet. Einen alternativen Zugang zu nicht dissoziierten reaktiven Intermediaten oder zu Fragmenten, die typischerweise durch Abspaltung nur eines einzigen Atoms gebildet werden, bietet die Anlagerung eines Elektrons mit E0 in der Größenordnung thermischer Energien.Das Ziel dieses Projekts sind Elektronen-induzierte Synthesen, die von den kleinen und leicht verfügbaren Bausteinen CO, CO2, and N2 ausgehen. Durch Untersuchung solcher Reaktionen soll nicht nur ein tieferes Verständnis der Mechanismen Elektronen-induzierter Chemie erreicht werden. Vielmehr liefern diese Erkenntnisse ein detailliertes Bild astrochemisch relevanter Reaktionen und tragen bei zur Weiterentwicklung einer präzisen Elektronen-induzierten Chemie für die Funktionalisierung von Materialien. Als übergeordnetes Ziel soll das Projekt damit auch aufzeigen, wie Materialforschung von der Untersuchung astrochemischer Prozesse profitieren kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen