Supramolekulare Chemie von Bor-Clustern mit Cyclodextrinen: Von Synthese zu Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Detlef Gabel; Professor Dr. Werner Nau
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436182634

Die Wirt-Gast-Chemie von Bor-Cluster-Verbindungen war bis 2015 nicht erforscht, als wir nicht nur die erste Studie über deren Wirt-Gast-Komplexierung veröffentlichten, sondern auch die höchsten bisher beobachteten Affinitäten mit Cyclodextrinen (CDs) fanden; dies macht dieses Feld der Forschung nicht nur neu, sondern auch konzeptionell interessant und für die Anwendung vielversprechend. Anionische ikosaedrische Bor-Cluster des Typs des Dodecaborats ((B12X12)^2− mit X = H, CI, Br, I) bilden in wassriger Lösung Einschluss-Komplexe mit großen CDs (z.B. β-,γ-, and ε-CD) mit extrem hohen Bindungsaffinitäten (Ka =10^3 bis 10^6 M^(−1)). Wir haben die hohen Affinitäten der Dodecaborat-Anionen als Resultat ihrer Polarisierbarkeit und ihrer suprachaotropen Eigenschaften interpretiert, wobei wir fanden, dass der chaotrope Effekt als generelle Triebkraft für die intrinsische Bindung von wasserstrukturbrechenden Anionen (chaotropen Anionen) an hydrophobe Kavitäten fungiert. Derart hohe Bindungsaffinitäten bieten neue Möglichkeiten für zukünftige Anwendungen. Durch dieses Projekt wollen wir unseren Beitrag zu diesem aufstrebenden Forschungsfeld dadurch leisten, dass wir neue Bor-Cluster-Derivate der Strukturen (B10X10)^2–, (B12X12)^2–, (B21H18)^–, and (B12X11R)^2– untersuchen.Durch das Verändern der Substituenten X (H, F, Cl, Br, und I) kann nicht nur die Größe des Clusters, sondern auch dessen Polarisierbarkeit systematisch gerändert werden. Außerdem kann je nach Konstitution Ladung und molekulare Geometrien geändert werden. Die vorgeschlagene Studie umfasst die ursprünglichen und chemisch modifizierte CDs, um verschiedene Arten von intermolekularen Wechselwirkungen zu untersuchen, die für die Stabilität der gebildeten Wirt-Gast-Komplexe verantwortlich sind; außerdem umfasst sie andere potentielle Wirtsmolekule (z.B. Cucurbiturile und Calixarene von unterschiedlichen Größen). Außerdem schlagen wir neue synthetische Wege zur Monofunktionalisierung von(halogenierten und nicht-halogenierten) Bor-Clusters vor, die für die Modifierung der Cluster notwendig sind und die Perspektive für zukünftige Anwendungen eröffnen. Anwendungen, um die Leistungsfähigkeit des Dodecaborats als Bindungsmotiv aufzuzeigen, und die in diesem Vorhaben verfolgt werden, umfassen unter anderem nicht-kovalente Markierungen, Oberflächenmodifizierungen, die Bereitstellung von Stimulus-reaktiven Systemen, chirale Erkennung bzw. Enantiomerentrennung und Detektionsverfahren (Sensing). Um dieses Projekt erfolgreich bearbeiten zu können, haben eine Gruppe, die synthetisch arbeitet (DG) und eine Gruppe, die sich der supramolekularen Chemie widmet (WN) ihre gegenseitig sich ergänzende Expertise zusammengefasst.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen