Gezielte Entwicklung von Ionenpaarrezeptoren zur Bindung von umweltgefährdenden Salzen

• Antragsteller: Dr. Johannes Hunger
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391416132

Ionenpaarrezeptoren, das heißt Moleküle mit zwei separaten Rezeptor für ein Kation und ein Anion, haben sich als effiziente Materialien zur Bindung eines Salzes erwiesen. Die Möglichkeit, ein elektroneutrales Ionenpaar zu binden, macht diese Moleküle zu vielversprechenden Materialien zur Abfallaufarbeitung. Trotz der Fortschritte im Hinblick auf die Synthese von Ionenpaarrezeptoren, wurde deren gezielte Entwicklung, ein eindeutiger Nachweis ihrer Funktionsfähigkeit und ihre Anwendung zur Adsorption von schädlichen Ionen noch nicht erreicht. Insbesondere das Fehlen von Korrelationen zwischen Größe und Funktion sowie experimentelle Schwierigkeiten Rezeptor-induzierte Ionenpaare nachzuweisen hemmen die Weiterentwicklung und Anwendung dieser Ionenpaarrezeptoren. Mit Hilfe einer gemeinsamen synthetisch-chemischen und physiko-chemischen Studie beabsichtigen wir die Grundlagen der Rezeptor-vermittelten Ionenpaarbildung zu untersuchen. Durch Detektion des elektrischen Dipolmoments von Ionenpaaren werden wir die Bildung von Ionenpaaren direkt nachweisen. Durch systematische Variation der Kationen, der Anionen und des Rezeptors und gleichzeitiger spektroskopischer Bestimmung der Ionenpaarbildung in Lösung werden wir allgemeingültige Beziehungen zwischen Struktur und Funktion der Rezeptoren ableiten. Die Ergebnisse werden es ermöglichen, die Bindungsstärke und die Selektivität eines Rezeptors vorherzusagen und dadurch einen Übergang von einer Trial-and-Error-Herangehensweise hin zu einer rationalen Entwicklung von Rezeptoren einzuleiten. Die gewonnenen Korrelationen werden wir dazu verwenden, einen Rezeptor im Hinblick auf die Adsorption von zwei prototypischen toxischen Salzen, Thalliumchlorid und Natriumarsenat, zu optimieren. Im Anschluss werden wir eine Polymermatrix mit diesen optimierten Rezeptoren funktionalisieren. Im letzten Schritt wird die Anwendung dieses neu entwickelten Adsorptionsmaterials zur Beseitigung von toxischen Salzen getestet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. De-Xian Wang