Frustrierte Lewis-Paare in porösen Polymernetzwerken zur metallfreien Aktivierung kleiner Moleküle und heterogen katalysierten Hydrierung

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Rose
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 320104743

Frustrierte Lewis-Paare (FLP) sind Verbindungen oder Gemische von Lewis Säuren und Lewis Basen, die aufgrund der sterischen Abschirmung keine neutralisierten Addukte bilden. Sie haben sich seit ihrer Entdeckung 2006 zu einem eigenständigen Forschungsgebiet im Bereich der organischen Synthesechemie und der molekularen Organokatalyse entwickelt. Durch ihre besondere Eigenschaft kleine Moleküle, wie z. B. Wasserstoff, aufgrund ihrer hohen Reaktivität zu aktivieren, besitzen sie enormes Potential für die Entwicklung übergangsmetallfreier Hydrierkatalysatoren sowie neuer katalytischer Prozesse. Um das Potential der FLP optimal nutzen und langfristig darauf aufbauend neue chemische Prozesse entwickeln zu können, ist deren Heterogenisierung von großer Bedeutung. Bisher in der Fach- und Patentliteratur nicht erwähnt, wird die Thematik im Rahmen dieses Projekts durch das Konzept Frustrierte Lewis-Paare in porösen Polymeren aufgegriffen. Poröse Polymere bzw. organische Gerüstverbindungen sind für die Heterogenisierung von FLP prädestiniert, da aufgrund ihres modularen Konzepts mindestens ein FLP-Partner als Monomer eingesetzt werden kann und damit einen integralen Bestandteil des porösen Netzwerks bildet. Über verschiedene Syntheserouten werden poröse Polymere mit Lewis-sauren bzw. -basischen Zentren hergestellt. Diese Polymere werden als feste Träger mit maximaler Dispersion der gut zugänglichen Zentren eingesetzt und aus Lösung mit ausgewählten molekularen Lewis-Partnern beladen. Bei geeigneter sterischer Abschirmung und elektronischer Struktur der Lewis-Zentren erfolgt die Bildung der FLP im porösen Netzwerk. Sie werden insbesondere in Hinblick auf strukturelle, chemische und thermische Eigenschaften der Netzwerke vor und nach der Beladung sowie der katalytischen Versuche charakterisiert. Die katalytische Aktivität der heterogenisierten FLP wird in Anlehnung an literaturbekannte Testreaktionen für molekulare Spezies in der flüssigen Phase untersucht. Im Fokus steht die Hydrierung von Iminen, elektronenarmen Alkenen sowie polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen. Neben Wasserstoff- wird auch die Möglichkeit der Kohlendioxid-Aktivierung untersucht, die für ausgewählte molekulare FLP bekannt ist. Zudem wird ein Machbarkeitsnachweis der heterogenen, übergangsmetallfreien Aktivierung von Wasserstoff und Kohlendioxid in der Gasphase angestrebt. Insgesamt legt das Projekt die Grundlagen und schafft neue Anreize für die interdisziplinäre Erweiterung des bisher von der organischen Synthesechemie geprägten Gebietes der FLP. Dabei vereint es weiterführende Grundlagenforschung im Bereich der Herstellung und Charakterisierung neuer funktioneller Materialien und deren Struktur-Aktivitäts-Beziehungen mit der anwendungsbezogenen Entwicklung neuer Technologien in der heterogenen Katalyse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen