Vernier-Templat Synthese von komplexen molekularen Knoten

• Antragstellerin: Dr. Elisabeth Kreidt
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428837130

Molekulare Knoten gehören zu den faszinierendsten und ästhetischsten Strukturen, die die moderne Synthesechemie hervorgebracht hat. Typischerweise erfolgt die Synthese dieser Moleküle mittels Selbstassemblierung, häufig in Gegenwart eines Templats, das durch Interaktion mit dem Knotengerüst die gewünschte räumliche Organisation unterstützt. Entscheidend für den Erfolg einer solchen Synthese ist das Design der verwendeten Bausteine. Die recht kleine Anzahl der bis jetzt bekannten synthetischen molekularen Knoten und ihre geringe Komplexität belegen die Schwierigkeit dieses Unterfangens. Ziel dieses Projekts ist die Darstellung hierarchischer “Multi-Level” Knoten mit bisher beispielloser Komplexität mittels Vernier-Templating. Diese Methode erlaubt die gezielte Synthese ausgedehnter Strukturen aus recht kleinen Bausteinen und Templaten. Dazu werden beide mit einer unterschiedlichen Anzahl von Bindungsstellen für Interaktionen gewählt, so dass die Bildung von 1:1 Addukten energetisch nicht bevorzugt ist, sondern stattdessen größere Aggregate gebildet werden. Diese Synthesestrategie erlaubt ein gezieltes Design der einzelnen Knotenpunkte in Hinblick auf ihre Chiralität und Topologie. Als Proof-of-Principle wird zunächst ein “trefoil-of-trefoil” Knoten mit insgesamt zwölf Knotenpunkten aus Pyridindicarboxylamid-Liganden und Lanthanoiden als Templat-Ionen dargestellt werden. Die anschließende Charakterisierung der molekularen Knoten wird mit spektroskopischen, kristallografischen und auch mit nanoskalischen Techniken erfolgen. Die speziellen photophysikalischen und paramagnetischen Eigenschaften der Lanthanoide im Inneren der Knoten bieten darüber hinaus weitere Möglichkeiten zur Untersuchung dieser Strukturen in Lösung, dem relevanten Zustand für ihre Bildung. Die beschriebenen Moleküle wären die komplexesten molekularen Knoten, die jemals synthetisiert wurden, und können wichtige Erkenntnisse zur Entwicklung neuartiger, gewobener Materialien beitragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor David A. Leigh, Ph.D.