Die rationale Erschließung organometallischer Reagenzien mittels Fluoreszenzmikroskopie-Experimenten

• Antragsteller: Dr. Kristof Jess
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405360690

Das zentrale Ziel dieses Projektes ist die Beantwortung der langjährigen Frage, wie Additive die Bildung von Organometallreagenzien ermöglichen. Um dieses Ziel zu erreichen, soll Fluoreszenzmikroskopie verwendet werden, die mit ihrer hohen Empfindlichkeit den Nachweis einzelner Moleküle von metallorganischen Intermediaten ermöglicht. Organometallreagenzien sind wichtige Ausgangsverbindungen für die Synthese komplexer organischer Moleküle, wie z. B. Naturstoffe und Pharmaka. Eine einfache Route zu solchen Reagenzien ist die Bildung aus einem Metall und einer Organohalogenid-Spezies. Dieser einfache Zugang ist jedoch häufig nur unter Verwendung bestimmter Additive möglich. So hat die Arbeitsgruppe von Blum durch Mikroskopiestudien kürzlich herausgefunden, dass Lithiumchlorid dabei hilft, Organozinkreagenzien von der Zinkoberfläche zu lösen.Im Zentrum dieser Untersuchungen steht die Beobachtung von Kleinstmengen einer Oberflächenspezies, die durch Fluoreszenzmikroskopie sichtbar gemacht wird, und die Bedingungen, unter denen diese Spezies beobachtet wird. Die Anzahl dieser Intermediate ist zu gering, um durch traditionelle Analysemethoden detektiert zu werden. Mit der Entwicklung von Fluoreszenzmikroskopie-Experimenten möchte ich vier Fragen beantworten: (A) Organometallreagenzien von Mangan und Aluminium erfordern katalytische Mengen von Metallsalzen (Chloride von Titan, Indium, Blei oder Bismut). Wie diese Additive die Synthese ermöglichen, ist jedoch noch unklar. Fünf mechanistische Möglichkeiten werden in Betracht gezogen und durch Fluoreszenzmikroskopie untersucht.(B) Ein alternativer Weg zu Organometallreagenzien ist die Synthese sogenannter Rieke-Metalle – fein-verteilte und hochreaktive Metallpulver. Es ist bekannt, dass die Syntheseroute von Rieke-Metallen Einfluss auf deren Reaktivität hat. Es wird angenommen, dass Nebenprodukte der Synthesen den Unterschied in der Reaktivität verursachen. Hier möchte ich untersuchen, warum Rieke-Metalle aus unterschiedlichen Routen unterschiedliche Reaktivitäten haben, indem die Rolle der Nebenprodukte direkt bestimmt wird.(C) Der Ursprung ausgeprägter Lösungsmitteleffekte bei der Synthese von Organozinkreagenzien wird bestimmt.(D) Zwei praktische Anwendungen von rationalem Reaktionsdesign werden vorgeschlagen: 1) Ermöglichung der einfachen und sicheren Synthese von Organozinnreagenzien - wichtige Reagenzien in der Stille-Kupplung und 2) Verbesserung der synthetisch wichtigen Ullmann-Kupplung.Fazit: Die beabsichtigte Forschung wird dazu beitragen, die mechanistische Rolle in der Synthese von Organometallreagenzien in der organischen und metallorganischen Chemie zu verstehen. In der Zukunft könnte dieses Verständnis die Synthese von Organometallreagenzien aus handelsüblichen Metallpulvern für eine wesentlich größere Bandbreite von Metallen ermöglichen. Gleichzeitig wird die Fluoreszenzmikroskopie als neue analytische Methode in der anorganischen Chemie entwickelt.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberin: Professorin Suzanne A. Blum, Ph.D.