Untersuchung des kooperativen Effekts von zwei oder mehr Metallzentren in der metalloxido-vermittelten O-O Bindungsbildung und Spaltung

• Antragsteller: Professor Dr. Kallol Ray
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278585716

Die Natur benutzt häufig polynukleare aktive Zentren unter Verwendung von preiswerten und reichlich vorhandenen Metallen wie Mangan, Eisen und Kupfer zur Durchführung von Reaktionen wie der Oxidation von Wasser, Methanoxidation oder der Vier-Elektronen-Reduktion von Disauerstoff zu Wasser. Metall-Oxo-vermittelten O-O Bindungsbildung und Spaltungsreaktionen sind integraler Bestandteile dieser Prozesse. Künstlich hergestellte Katalysatoren mit einer ähnlichen Effizienz und basierend auf preiswerten und leicht zugänglichen Materialien sind von großem Interesse. Jedoch ist bisher nur eine relativ kleine Anzahl von molekularen Katalysatoren für die oben genannten Prozesse bekannt, von denen die meisten auf teuren Übergangsmetallen der zweiten und dritten Periode beruhen. Weiterhin ist in den meisten Fällen die bekannte Verbindung nur ein Präkatalysator und die eigentliche Spezies, welche für die katalytische Aktivität verantwortlich ist, unbekannt. Zur Entwicklung neuer, verbesserter Katalysatoren ist es notwendig, die aktive(n) Spezies aller existierenden Komplexe inklusive aller relevanten höheren Oxidationszustände, Intermediate und Übergangszustände zu charakterisieren, um die Mechanismen aufzuklären, die die Aktivierung kleiner Moleküle ermöglichen. Vor dem Hintergrund eines detaillierten Einblicks in die synergistischen Effekte von zwei oder mehr Metallzentren während der metallvermittelten Aktivierung kleiner Moleküle, möchten wir eine Serie von multinuklearen Komplexen mit biologisch relevanten Übergangsmetallen wie Fe, Co, Ni und Cu synthetisieren, in denen die Anzahl der Metallzentren systematisch von zwei bis sechs variiert werden soll. Die Reaktivität der Komplexe in O-O Bindungsbildung und Spaltreaktionen, die eine unterschiedliche Art und Anzahl von Metallzentren enthalten, soll anschließend mit einem Schwerpunkt auf der Isolation von reaktiven Intermediaten verglichen werden. Eine detaillierte spektroskopische Charakterisierung der reaktiven Intermediate soll in Verbindung mit Reaktivitäts- und theoretischen Studien durchgeführt werden, die uns helfen sollen eine Beziehung zwischen Struktur und Reaktivität für die identifizierten Intermediate zu etablieren. Dieser kombinierte spektroskopische und theoretische Ansatz könnte eine Grundlage für die Voraussetzungen schaffen, die für die Entwicklung von effizienten Katalysatoren für die selektive Funktionalisierung von nicht-aktivierten C-H-Bindungen, die Sauerstoffreduktion, oder die Wasseroxidation unter Nutzung von preiswerten und leicht zugänglichen Übergangsmetallen der ersten Periode unter Umgebungsbedingungen vonnöten sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen