Mesoporöse, organisch-anorganische Festkörper mit chiraler Grenzfläche
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Gegenstand dieses Projektes war die Synthese und Untersuchung poröser Materialien mit regelmäßig angeordneter Porosität im Nanometerbereich, wobei das Material als Hybrid sowohl aus anorganischen als auch organischen Komponenten besteht (sog. "Periodic Mesoporous Organosilicas", PMO). Das Ziel und auch die Besonderheit des Ansatzes bestanden darin, die Porenwände mit Chiralität auszustatten, d.h. organischen Bestandteilen mit definierter Händigkeit. Dies gelang durch die gezielte Synthese geeigneter Ausgangssubstanzen in intrinsischer Chiralität, mit deren Hilfe und geeigneter Sol-Gel-chemischer Verfahren PMO-Materialien mit definierter Porosität und Porengrößen im Bereich 5-15 nm synthetisiert werden konnten. Die Materialien wurden sehr umfassend hinsichtlich der Stabilität und räumlichen Verteilung der chiralen (organischen) Spezies untersucht, unter Verwendung verschiedener state-of-the-art-Methoden wie NMR-Spektroskopie, Röntgen- und Neutronen-Kleinwinkelstreuung und Sorptionsmethoden. Eines der Highlights des Projektes ist der Nachweis, dass sich die Chiralität in der Porenwand zur Übertragung stereogener Information in den Porenraum nutzen lässt, um eine chemische Reaktion hinsichtlich der Enantioselektivität in den Produkten zu beeinflussen. Der Aufbau wohl definierter Peptide in solchen nanoporösen anorganisch-organischen Hybrid-Materialien ist ebenfalls besonders viel versprechend, denn in Zukunft eröffnet sich damit die Möglichkeit der Herstellung "poröser Enzyme". Insgesamt liefert das Projekt somit grundlegende Konzepte und auch weitergehende Ideen für die gezielte Kontrolle der Enantioselektivität von Reaktionen der organischen Chemie in porösen Materialien mit chiralen Oberflächen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Amino Acid Silica Hybrid Materials with Mesoporous Structure and Enantiopure Surfaces. Angewandte Chemie International Edition, Vol. 47. 2008, Issue 49, pp. 9513–9517.
A. Kuschel, H. Sievers, S. Polarz
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Organosilica materials with bridging phenyl derivatives incorporated into the surfaces of mesoporous solids.
Advanced Functional Materials, Vol. 18. 2008, Issue 8, pp. 1272–1280.
A. Kuschel, S. Polarz
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Synthesis and Characterization of Chiral Benzylic Ether-Bridged
Periodic Mesoporous Organosilicas. Chemistry - A European Journal, Vol. 14. 2008, Issue 19, pp. 5935–5940.
J. Morell, S. Chatterjee, P.J. Klar, D. Mauder, I. Shenderovich, F. Hoffmann, M. Fröba
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Analysis of Microporosity in Ordered Mesoporous Hierarchically Structured Silica by Combining Physisorption With in Situ Small-Angle Scattering (SAXS and SANS). Langmuir, Vol. 25. 2009, Issue 21, pp. 12670–12681.
S. Mascotto, D. Wallacher, A. Brandt, T. Hauss, M. Thommes, G. A. Zickler, S. S. Funari, A. Timmann, B. M.
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Adsorption in Periodically Ordered Mesoporous Organosilica
Materials Studied by in Situ Small-Angle X-ray Scattering and Small-
Angle Neutron Scattering. Langmuir, Vol. 26. 2010, Issue 9, pp. 6583–6592.
S. Mascotto, D. Wallacher, A. Kuschel, S. Polarz, G. A. Zickler, A. Timmann, B. M. Smarsly
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Effects of Primary and Secondary Surface Groups in Enantioselective Catalysis Using Nanoporous Materials with Chiral Walls.
Journal of the American Chemical Society (JACS), Vol. 132. 2010, Issue 18, pp. 6558–6565.
A. Kuschel, S. Polarz
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Towards peptide formation inside the channels of a new
divinylaniline-bridged periodic mesoporous organosilica.
Chemical Communications, Vol. 46. 2010, pp. 2495-2497.
M. Beretta, J. Morell, P. Sozzani, M. Fröba
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Vitalising porous inorganic silica networks with organic functions -
PMOs and related hybrid materials. Chemical Society Reviews, Vol.40. 2011, pp. 608-620.
F. Hoffmann and M. Fröba
