Gelbes Arsen als Ausgangsstoff – Unterschiede und Gemeinsamkeiten in der Reaktivität zum weißen Phosphor

• Antragsteller: Professor Dr. Manfred Scheer
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440970708

Die Untersuchung der Reaktivität von elementaren weißen Phosphor ist ein viel bearbeitetes Forschungsgebiet der Chemie, zumal hierdurch nachhaltig und atomeffizient der direkte Weg zur Synthese nutzbarer Organophosphor- bzw. anorganischer Phosphorverbindungen eingeschlagen wird. Demgegenüber geht der Syntheseweg zu entsprechenden Arsen-haltigen Verbindungen, die ihr Anwendungspotential hauptsächlich in der Halbleitertechnik haben, stets über AsCl3 bzw. AsH3. Um das klar bestehende Defizit in der Forschung zur Nutzung von gelben Arsen als Ausgangsstoff zu beheben, beschäftigt sich das vorliegende Projekt mit der Untersuchung des Reaktionsverhaltens des gelben Arsens gegenüber Hautgruppenelementverbindungen, wofür es bisher kaum Beispiele gibt. Dies ist besonders im Hinblick auf das potentiell hohe Anwendungspotential von Arsen-Hauptgruppenelement-Verbindungen entscheidend und unser Wissenstand muss diesbezüglich signifikant ausgebaut werden. Dieser Anwendungsaspekt ist der generellen akademischen Fragestellung nach dem Zugang und den prinzipiellen Eigenschaften solcher Hauptgruppenelement-Produkte zunächst untergeordnet und letztere muss deshalb als exploratives Element vorangetrieben werden. Weiterhin besteht die Frage nach der Analogie bzw. den Unterschieden im Reaktionsverhalten zwischen As4 einerseits und P4 andererseits unter möglichst identischen Reaktionsbedingungen, um zu evaluieren, ob eine unterschiedliche Reaktivität basierend auf den verschiedenen E–E-Bindungsenergien vorliegt und inwiefern verschiedene Produkte zugänglich werden. Die mechanistische Aufklärung der As4-Aktivierung stellt einen weiteren zentralen Punkt dieses Projekts dar. Um diese zu erreichen, ist es notwendig, auftretende Intermediate abzufangen und zu isolieren, zumal die 75As-NMR-Spektroskopie zur Aufklärung des Reaktionsweges entfällt. Jedoch stellt die vergleichende Aktivierung der gemischten Tetraeder PnAs4-n, bei denen ein bis drei Arsenatome durch Phosphoratome ersetzt wurden, eine Möglichkeit dar, um die 31P-NMR-Spektroskopie hierfür nutzen zu können. Allerdings müssen für die Derivate mit n = 1 und 2 geeignete Synthesen in synthetisch verwertbaren Mengen entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen