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TRR 325: Kontrolle der chemischen Photokatalyse durch Molekülverbände
Fachliche Zuordnung
Chemie
Förderung
Förderung seit 2021
Webseite
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Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 444632635
Chemische Photokatalyse hat das Ziel, durch Einfang von Licht, idealerweise von sichtbarem Licht, neue Strukturen zu kreieren und neuartige Reaktionen zu erschließen. Die dramatische Entwicklung dieses Forschungsgebiets in den letzten zehn Jahren hat die organische Synthese verändert. Photoreaktionen ermöglichen die einfache Erzeugung reaktiver Zwischenstufen als Schlüsselkomponenten für die Bildung neuer Bindungen. Die Selektivität und Produktivität photokatalytischer Umwandlungen hängen aber signifikant von der Wechselwirkung zwischen dem Reaktionspartner und der katalytisch aktiven Spezies ab, und zwar vor, während und nach der Lichtanregung. Für die meisten photokatalytischen und photochemischen Reaktionen sind diese Wechselwirkungen wenig definiert oder sogar unbekannt. Ziel dieses Transregios ist die Entwicklung der nächsten Generation photokatalytischer Systeme für die organische Synthese durch Kontrolle der Wechselwirkungen zwischen dem Katalysator und den Reaktionspartnern. Die Forschungsarbeiten ebnen den Weg für eine breite Anwendung von Photoreaktionen als zukünftige Schlüsseltechnologie zur selektiven und effizienten Synthese komplexer Moleküle in akademischer Forschung und industrieller Produktion. Der interdisziplinäre Forschungsansatz kombiniert experimentelle, spektroskopische, theoretische und computerchemische Verfahren zur Erforschung und Analyse von Katalysator-Substrat Wechselwirkungen mit dem Ziel eines umfassenderen Verständnisses als Grundlage rationaler Reaktionsplanung. Die betrachteten Wechselwirkungen umfassen reversible Koordination an Metallionen, reversible kovalente Bindungen, Wasserstoffbrücken, ionische und dipolare Wechselwirkungen sowie Dispersionskräfte und Solvatation. In der ersten Förderperiode hat sich der Transregio zu einem der aktivsten Forschungszentren auf dem Gebiet der chemischen Photokatalyse entwickelt, und in gemeinsamen Forschungsanstrengungen konnten zentrale Interaktionen identifiziert werden, die entscheidend zur Kontrolle der Photokatalyse in Molekülver¬bänden beitragen. Aufbauend auf dem Erfolg des Transregios werden in der zweiten Förderperiode wesentliche Ergebnisse der ersten Förderperiode breiter angewendet und wir erweitern das wissenschaftliche Spektrum. Der zweitgenannte Aspekt soll erreicht werden, indem wir neue spektroskopische Techniken innerhalb des Transregios etablieren. Zudem wird die Expertise durch drei neue Kolleginnen und Kollegen aus dem Gebiet der quantenchemischen Rechnungen und des maschinellen Lernens erweitert.
DFG-Verfahren
Transregios
Laufende Projekte
- A01 - Durch sichtbares Licht vermittelte Kupplungsreaktionen mittels Photoanregung von Metall-Substrat-Anordnungen: Regio- und stereoselektive C,H-Aktivierung durch gerichtete HAT-Prozesse. (Teilprojektleiter Reiser, Oliver )
- A02 - Licht-induzierte Homolyse von 3d-Metal-Substrat Komplexen als Startpunkt für Organische Transformationen (Teilprojektleiter Reiser, Oliver )
- A03 - Photokatalyse mit reversibel koordinierenden Metallkomplexen (Teilprojektleiter König, Burkhard )
- A04 - Präassemblierung in der Photochemie von 3d-Übergangsmetallkomplexen und der synthetischen Phosphorchemie (Teilprojektleiter Wolf, Robert )
- A05 - Beobachtung und Nutzung kurzlebiger Intermediate in komplexgesteuerten photokatalytischen Prozessen (Teilprojektleiter Nürnberger, Patrick )
- A06 - Untersuchung von Open-Shell-Intermediaten mit zeitaufgelöster EPR (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Nürnberger, Patrick ; Rehbein, Julia )
- A07 - Bimetallische Photokatalysator-Systeme (Teilprojektleiterin Hess, Corinna )
- A08 - Ab-Initio-Modellierung zeitaufgelöster Spektren photoaktiver molekularer Komplexe (Teilprojektleiter Tapavicza, Enrico )
- B01 - Chromophoraktivierung durch Lewis-Säure-Koordination (Teilprojektleiter Bach, Thorsten )
- B02 - Wasserstoffbrücken und Ionenpaare in der enantioselective Photochemie. (Teilprojektleiter Bach, Thorsten )
- B04 - Selen Photo-π-Säure-Katalyse (Teilprojektleiter Breder, Alexander )
- B06 - Selektive Bindungsaktivierung durch gezielte Beeinflussung und Modulierung protonengekoppelter Elektronentransfer (PCET) und Wasserstoffatomtransfer (HAT) Reaktionen (Teilprojektleiterin Zeitler, Kirsten )
- B07 - Radikalerzeugung mit semichinoiden Flavinkatalysatoren und ihren ringkontrahierten Analoga (Teilprojektleiter Storch, Golo Trutz Benjamin )
- B08 - Transiente Absorption auf multiplen Zeitskalen zum Beweis für Prä-Assoziation (Teilprojektleiter Hauer, Jürgen )
- B09 - Quantenchemische Vorhersage der Enantioselektivität in photokatalytischen Reaktionen (Teilprojektleiter Stein, Christopher J. )
- C01 - Kontrolle reaktiver Intermediate in der Photokatalyse durch Assemblierung (Teilprojektleiter König, Burkhard )
- C02 - Analyse von Elektronen Donor-Akzeptor Komplexen, Radikal-Ionenpaaren und photokatalytischen Ensembles mittels NMR Spektroskopie (Teilprojektleiterin Gschwind, Ruth M. )
- C03 - Photokatalytische Csp2-Funktionalisierungen in definierten Strukturräumen (Teilprojektleiterin Gulder, Tanja )
- C05 - Entwicklung und Anwendung neuer quantenchemischer Methoden für elektronisch angeregte Zustände und zur zuverlässigen Berechnung photokatalytischer Prozesse (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Ochsenfeld, Christian ; de Vivie-Riedle, Regina )
- C06 - Design und gerichtete Evolution künstlicher Photoenzyme (Teilprojektleiterin Zeymer, Cathleen )
- C07 - Maschinelles Lernen: Einblicke in Katalysator-Substrat-Interaktionen für rationales Design (Teilprojektleiterin Westermayr, Julia )
- MGK - Integriertes Graduiertenkolleg - Intermolekulare Wechselwirkungen kontrollieren die Photokatalyse (Teilprojektleiter König, Burkhard )
- Z - Zentrales Verwaltungsprojekt (Teilprojektleiter Bach, Thorsten ; König, Burkhard )
Abgeschlossene Projekte
Antragstellende Institution
Universität Regensburg
Mitantragstellende Institution
Technische Universität München
Beteiligte Hochschule
Ludwig-Maximilians-Universität München; Universität Leipzig; Universität des Saarlandes
Sprecher
Professor Dr. Thorsten Bach, bis 12/2025; Professor Dr. Burkhard König, seit 1/2026
