Definierte Halogenbrücken-Rezeptoren für Polymerarchitekturen: Adaption des Verhaltens in Lösung als Weg zu neuartigen funktionalen Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich S. Schubert
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280016777

Die Entwicklung von selektiven Anionenrezeptoren, welche die gezielte Detektion und Bindung sowie den Transport von relevanten Anionen ermöglichen, ist schon seit vielen Jahren eines der wichtigsten Forschungsbereiche der supramolekularen Chemie. Bisher basierten diese Rezeptoren vor allem auf der Donation von Wasserstoffbrückenbindungen, zuletzt sind jedoch auch Halogenbrückendonoren in den Fokus gerückt. Im Unterschied zur Wasserstoffbrücke weist die mit ihr eng verwandte Halogenbrücke eine höhere Direktionalität, einen größeren kovalenten Bindungsanteil sowie eine stärkere Wechselwirkung mit einem Lewis-basischen Partner auf und ermöglicht dadurch den Aufbau von potentiell selektiveren Rezeptoren. Ein zentraler Heterozyklus, welcher durch seinen modularen Zugang eine einfache Implementierung von Halogenbrückenbindungen in verschiedene Systeme ermöglicht, ist das halogenierte 1,2,3-Triazol bzw. das korrespondierende Triazoliumsalz. Dieser Baustein erlaubt eine starke Polarisierung des Halogens und somit eine sehr effiziente Halogenbrückendonation. Im Rahmen des geplanten Forschungsvorhabens soll mittels besonders effizient und modular zugänglicher halogenierter 1,2,3-Triazole und 1,2,3-Triazoliumsalze das große Potential der Halogenbrückenbindungen ausgeschöpft werden. Hierbei sollen folgende Teilprojekten (1 bis 5) bearbeitet werden:1) Durch gezielte Modifikationen der Anionenbindungstasche (Veränderung des Bisswinkels zum Anion, Variation des Abstandes der Donorfragmente zueinander, Variation der elektronenziehenden Gruppe sowie Präorganisation des Systems) soll der Einfluss verschiedener Variablen auf das Komplexierungsverhalten untersucht werden. 2) Durch die Verknüpfung des Anionenrezeptors mit einem Ruthenium(II)-Komplex wird der Aufbau eines Anionensensors angestrebt, welcher sich durch eine gutes Detektionsverhalten und ein niedriges Detektionslimit auszeichnen sollte.3) Weiterhin ist der Aufbau von Ionenpaarrezeptoren sowie die Untersuchung ihrer kooperativen Eigenschaften hinsichtlich Selektivität und Bindungsaffinität geplant. 4) Die hohe Richtungsabhängigkeit und Stärke der Halogenbrücke kann in der Organokatalyse entscheidende Vorteile gegenüber bisher etablierten Katalysatoren, basierend auf Wasserstoffbrückenbindungen, bieten. Gleichzeitig ermöglicht der modulare Aufbau der Triazole einen einfachen Einbau von chiralen Resten, wodurch auch leicht hochinteressante Organokatalysatoren für enantioselektive Reaktionen zugänglich sein sollten.5) Aufgrund der hohen Bindungsstärke sowie der Reversibilität von Halogenbrückenbindungen soll ihre Anwendung in selbstheilenden Materialen untersucht werden.Die Anwendung der Halogenbrückenbindung in der Komplexierung von Anionen ist von hohem aktuellem Interesse und bietet ein enormes Potential. Ziel des vorliegenden Forschungsplans ist die Entwicklung neuer Halogenbrückendonoren für die Anwendung in Sensoren, Organokatalysatoren und funktionellen Materialien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen