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

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Halogenbindungen sind eine Art der supramolekularen Bindung, welche zwischen einem Anionen und einem polarisierten Halogenatom ausgebildet wird. Daher sind sie mit den Wasserstoffbrückenbindungen verwandt. Allerdings wurden Halogenbindungen bisher kaum verwendet und das Projekt fokussierte sich daher auf die Entwicklung neuer Halogenbindungsmotive. Diese wurden schließlich genutzt, um neue Sensoren für Anionen herzustellen. Hierfür wurden die Halogenbindungsmotive an Iridiumkomplexe gebunden, um so über die Emission des Komplexes die Anionen nachweisen zu können. Das Konzept konnte durch Optimierung der Struktur des Komplexes und der Verwendung von Polymeren weiter verbessert werden. Darüber hinaus wurde Halogenbindungen in Polymere eingebaut, indem funktionale Monomere synthetisiert wurden. Diese Polymere zeigte schaltbare Eigenschaften und waren somit in der Lage, mechanische Beschädigung zu heilen. Außerdem konnte Polymere hergestellt werden, die Formgedächtniseigenschaften aufwiesen. Diese wurden schließlich auch mittels 3D-Druck verarbeitet, um so besondere Strukturen zugänglich zu machen. Die erzielten Forschungsergebnisse ebnen daher den Weg für weitere Untersuchungen im Bereich der Halogenbindungen. Insbesondere die Kombination mit Polymeren verspricht hierbei neue Erkenntnisse und mögliche Anwendungsfelder, wobei insbesondere Fragen zum molekularen Mechanismus der Reversibilität der Bindung noch unbeantwortet sind.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Preorganization in a Cleft-Type Anion Receptor Featuring Iodo-1,2,3-Triazoles As Halogen Bond Donors. Organic Letters, 17(23), 5740-5743.
  Tepper, Ronny; Schulze, Benjamin; Görls, Helmar; Bellstedt, Peter; Jäger, Michael & Schubert, Ulrich S.
  
• Polymeric Halogen‐Bond‐Based Donor Systems Showing Self‐Healing Behavior in Thin Films. Angewandte Chemie International Edition, 56(14), 4047-4051.
  Tepper, Ronny; Bode, Stefan; Geitner, Robert; Jäger, Michael; Görls, Helmar; Vitz, Jürgen; Dietzek, Benjamin; Schmitt, Michael; Popp, Jürgen; Hager, Martin D. & Schubert, Ulrich S.
  
• A healing ionomer crosslinked by a bis-bidentate halogen bond linker: a route to hard and healable coatings. Polymer Chemistry, 9(16), 2193-2197.
  Dahlke, J.; Tepper, R.; Geitner, R.; Zechel, S.; Vitz, J.; Kampes, R.; Popp, J.; Hager, M. D. & Schubert, U. S.
  
• Halogen Bonding in Solution: Anion Recognition, Templated Self‐Assembly, and Organocatalysis. Angewandte Chemie International Edition, 57(21), 6004-6016.
  Tepper, Ronny & Schubert, Ulrich S.
  
• Facile and Reliable Emission‐Based Nanomolar Anion Sensing by Luminescent Iridium Receptors Featuring Chelating Halogen‐Bonding Sites. Chemistry – A European Journal, 26(64), 14679-14687.
  Kampes, Robin; Tepper, Ronny; Görls, Helmar; Bellstedt, Peter; Jäger, Michael & Schubert, Ulrich S.
  
• Halogen bonding in polymer science: towards new smart materials. Chemical Science, 12(27), 9275-9286.
  Kampes, Robin; Zechel, Stefan; Hager, Martin D. & Schubert, Ulrich S.
  
• 3D‐Printable Shape‐Memory Polymers Based on Halogen Bond Interactions. Advanced Functional Materials, 32(46).
  Meurer, Josefine; Kampes, Robin H.; Bätz, Thomas; Hniopek, Julian; Müschke, Oswald; Kimmig, Julian; Zechel, Stefan; Schmitt, Michael; Popp, Jürgen; Hager, Martin D. & Schubert, Ulrich S.
  
• Exploring the principles of self-healing polymers based on halogen bond interactions. Frontiers in Soft Matter, 2.
  Kampes, Robin; Meurer, Josefine; Hniopek, Julian; Bernt, Carolin; Zechel, Stefan; Schmitt, Michael; Popp, Jürgen; Hager, Martin D. & Schubert, Ulrich S.
  
• Towards Incorporation in Larger Architectures: A Polymeric Halogen Bond‐Based Iridium Sensor. Macromolecular Chemistry and Physics, 224(20).
  Kampes, Robin; Kleine, Alexander; Langstein, Silas; Zechel, Stefan; Hager, Martin D. & Schubert, Ulrich S.
  
• An Iridium Complex as Bidentate Halogen Bond‐Based Anion Receptor Featuring an IncreasedOptical Response. ChemistryOpen, 13(5).
  Kampes, Robin; Chettri, Avinash; Sittig, Maria; Yang, Guangjun; Zechel, Stefan; Kupfer, Stephan; Hager, Martin D.; Dietzek‐Ivanšić, Benjamin & Schubert, Ulrich S.