Designer-Photokatalysatoren und Multielektronen-Prozesse basierend auf redoxaktiven Hybridmolekülen und deren Anwendung in Synthese und Aktivierung kleiner Moleküle

• Antragsteller: Professor Dr. Max Martin Hansmann
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429658300

Die Entwicklung organischer redoxaktiver Moleküle ist u. a. im Rahmen der Energiespeicherung, der Elektronik und digitaler Speichermedien von hoher Relevanz. Daneben finden organische Photokatalysatoren als moderne Werkzeuge in der Synthesechemie Verwendung. Das Konzept der traditionellen Photokatalyse basiert auf zwei stabilen Redoxzuständen, bei denen einer und in seltenen Fällen beide photochemisch angeregt werden. Um mittels organischer Photokatalysatoren stereo- und chemoselektive Transformationen außerhalb des bisher etablierten Redoxfensters zu ermöglichen, werden neue Lösungsansätze benötigt. Um dieses Ziel zu erreichen, werden in diesem Projekt neue Photo/Redox-Kaskaden entwickelt, welche die Konzepte der (multi)-redoxaktiven Moleküle (Redoxchemie) und der selektiven Photoanregung (Photochemie) zusammenführen. In Anbetracht der Tatsache, dass je nach Anwendungsgebiet vollkommen unterschiedliche Ansprüche an die Redoxchemie der jeweiligen Photokatalysatoren gestellt werden, besteht ein immenser Bedarf an raschen Zugangsmöglichkeiten zu maßgefertigten Katalysatorsystemen. Dieser Bedarf soll durch das Vorhaben gezielt adressiert und hinsichtlich der präparativen Anwendbarkeit umfänglich getestet werden. Ein Schwerpunkt wird hierbei auf das strukturbasierte chemische Verständnis des Katalysators und seiner Redox- und Photochemie gelegt. Wir postulieren neue redoxaktive Photokatalysatoren, die strukturell außerhalb des etablierten Spektrums liegen und sich als Hybride schnell und modular aufbauen lassen. Diese Hybride sollten aufgrund ihrer variabel feinregulierbaren Redoxpotentiale ein signifikant erweitertes Redoxfenster aufweisen und im Rahmen der stark reduktiven (und enantioselektiven) Photokatalyse angewandt werden. Hierdurch eröffnet sich u. a. die Chance, photokatalytische Prozesse mit hoher Selektivität zu steuern, was den langfristigen Verzicht auf Schutzgruppen ermöglichen könnte. Parallel hierzu werden in separaten Teilprojekten sowohl die paramagnetischen Einzelbestandteile der Hybridmoleküle detailliert untersucht, als auch das Konzept der Hybridmoleküle auf organische Multielektronen-Donoren angewandt. Letztere gestatten neben der Anschlussmöglichkeit im Bereich der Energiespeicherung auch die Analyse organisch-gemischtvalenter Verbindungen. Ferner wird eine Verknüpfung des Konzepts der organischen Hybridmoleküle mit dem Bereich der Koordinationschemie untersucht. Dieser Ansatz soll zu neuen synthetisch leicht zugänglichen, redoxaktiven und photochemisch anregbaren Ligandengerüsten führen. Darüber hinaus postulieren wir ein neues Konzept zur Aktivierung kleiner Moleküle durch photochemisch generierte Radikalpaare. Diese Radikalpaare sollten durch SOMO/SOMO Wechselwirkungen kleine Moleküle homolytisch spalten und somit einen fundamental neuen Zugangsweg zur Bindungsaktivierung bzw. katalytischen Reaktionen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen