Epitaxal gewachsene metallorganische Gerüstverbindungen: Design, Herstellung und ihre Anwendungen als multikomponente Filme in der Tandem-Katalyse

• Antragsteller: Dr. M. Hassan Beyzavi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 248396815

Am Beispiel vieler bereits in der Natur vorkommender Enzymaufbaureaktionen mit getrennten Reaktionszentren stellt eine effiziente Strategie zur Durchführung katalysierter Tandemreaktionen dar, welche zur Synthese von hoch komplexen Molekülbausteinen verwendet werden kann. Das angestrebte Ziel des Vorhabens ist die Synthese von metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) über die epitaxiale Herangehensweise und weiterhin die Untersuchung dieser neuen Schicht-per-Schicht gezüchteten MOFs in Tandem-katalysierten Reaktionen. Diese Strategie könnte das Problem der Unvereinbarkeit mit dem Katalysator lösen. Zusätzlich wäre es möglich durch Heterogenisierung des Katalysators die Stabilität zu erhöhen. Aufgrund ihrer stabilen und kristallinen Eigenschaften lassen sich MOFs strukturell leicht verändern, weshalb es möglich sein sollte, multiple Funktionalitäten innerhalb eines einzelnen Grundgerüstes einzubauen. Um eine nachhaltige, organische Synthese mit einer hohen Atom- und Energieeffizienz zu erreichen, wurde die Eintopfkaskade ohne Aufreinigungsschritte mit multifunktionalisierten Katalysatoren ausgewählt.Wir schlagen vor, eine neue Klasse von MOFs herzustellen, um eine interessante Plattform für verschiedene, homogene Katalysatoren als Bausteine für die nächste Generation von selektiven und stabilen, heterogenen Katalysatorsystemen zu erschaffen. Die katalytisch aktive Umgebung kann in einer seitenisolierten Art realisiert werden und die Kavität kann genutzt werden, um Enzyme nachzuahmen.Vier verschiedene Klassen von neuartigen Katalysen werden in diesem Projekt illustriert: i) durch Metall-Porphyrin/Salen katalysierte Olefin-Epoxidierungen, gefolgt von CO2-Einfang um zyklische Carbonate zu bilden; ii) durch Metall-Porphyrin katalysierte C-H-Aminierungen durch in situ erzeugte Nitrene, gefolgt von N-H-Insertierung durch Carbene; iii) durch eine Metall-Porphyrine katalysierte Insertierung von Carbenoiden in S-H-Bindungen, gefolgt durch photoinduzierte Sulfoxidierung der resultierenden Sulfide; iv) durch Isolierung der Reaktionszentren via Grubbs-Katalysatoren der zweiten Generation aus inkompatibelen Katalysatoren (Ir-Pincer), die zur Alkan-Metathese führen würden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Dr. Joseph T. Hupp