FOR 5215:  Bioinspirierte Oxidationskatalyse mit Eisenkomplexen

• Fachliche Zuordnung: Chemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445916766

Die Dekarbonisierung der Energiegewinnung und eine effiziente, nachhaltige Nutzung nicht-erneuerbarer Kohlenwasserstoff-Ressourcen aus Erdöl, Erdgas und Kohle sind notwendig, die globalen Klimaziele zu erreichen. In dieser Hinsicht stellt die selektive Funktionalisierung von Kohlenwasserstoffen durch katalytische Oxidations- und Oxygenierungsreaktionen eine Schlüsseltechnologie für die Herstellung von sowohl Basis- und Feinchemikalien aus natürlichen Öl- und Gasressourcen als auch neuer komplexer Wirkstoffe, z. B. pharmazeutische Produkte, dar. Daraus ergibt sich die dringende Notwendigkeit, neue nachhaltige Konzepte für die Anwendung umweltschonender und häufig vorkommender Oxidationsmittel wie O2 und H2O2 unter milden Bedingungen für die Synthese wertschöpfender Produkte zu entwickeln.Die Natur verwendet für die selektive Oxidation organischer Substrate häufig Enzyme mit Eisenionen in den aktiven Zentren. Diese Enzyme können eine Vielzahl anspruchsvoller Reaktionen durch O2 Aktivierung realisieren. Die Katalysecyclen dieser Enzyme wurden in interdisziplinären Verbünden, mit Expertisen und Methodiken aus unterschiedlichen Forschungsgebieten aufgeklärt. Die Bioanorganische Chemie trug maßgeblich zur Aufklärung der molekularen und elektronischen Strukturen der aktiven Zentren und der Intermediate in den Enzymen durch strukturelle und spektroskopische Modellkomplexe bei.Die Anwendung dieser, aus der Studie der enzymatischen Systeme gewonnenen, Erkenntnisse für die Entwicklung neuer homogener Katalysatoren (funktionelle Modellkomplexe) ist derzeit von großem weltweiten Interesse und stellt den Fokus dieser Forschungsgruppe dar. Die Entwicklung bioinspirierter homogener Katalysatoren für die Oxidation von Kohlenwasserstoffen sowie komplexeren organischen Substraten mit besserer katalytischer Leistung hat ein hohes Potential in der akademischen und industriellen Anwendung.Es ist daher das übergeordnete Ziel dieser Forschungsgruppe, verbesserte bioinspirierte homogene Katalysatoren für Oxidationen mit umweltverträglichen Oxidationsmitteln wie O2 und H2O2 zu entwickeln. Die Zusammenführung der unterschiedlichen Expertisen der antragstellenden Gruppen in bioanorganischer Modellchemie, Abfangen und spektroskopischer Analyse reaktiver Intermediate, kinetischer Analyse, Katalyse und theoretischer Modellierung soll eine detaillierte Einsicht in die reaktiven Intermediate und Mechanismen der bereits vorhandenen sechs Systeme für die bioinspirierte Oxidationskatalyse ermöglichen. Diese mechanistische Einsicht in die bioinspirierten Modellsysteme und der Vergleich zu den entsprechenden Metalloenzymen soll in einem ersten Schritt die Schwachpunkte in der Reaktivität der Modellsysteme identifizieren und schließlich eine rationale Optimierung deren katalytischer Eigenschaften ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Bioanorganik und Metallorganik zusammenführen: NHC-koordinierte Eisen-Oxo- und Eisen-Peroxo-Komplexe für die katalytische C-H-Aktivierung und -Funktionalisierung (Antragsteller Meyer, Franc )
• Für ein besseres Verständnis der Reaktivität von Nicht-Häm-Eisen-Oxido-Systemen (Antragsteller Comba, Peter )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Glaser, Thorsten )
• Mechanistische Erkenntnisse über die Entstehung von/und Oxidationskatalyse durch FeIV=O und FeV=O: Einfluss des Spinzustands, von redoxaktivem Hydrochinon oder sauerstoffreichen Liganden (Antragstellerin Ivanovic-Burmazovic, Ivana )
• Moderne röntgespektroskopische Methoden für die Charakterisierung von hochvalenten, eisenhaltigen Reaktionsintermediaten (Antragstellerin DeBeer, Ph.D., Serena )
• Spektroskopische und Theoretische Untersuchungen zur Sauerstoff-Aktivierung an Übergangsmetallzentren - Entwicklung der magnetischen Raman Spektroskopie als eine neue experimentelle Methode (Antragsteller Neese, Frank )
• Verhindern und Verstehen von Autooxidation und Nebenreaktionen und Bereitstellen einer erweiterten Koordinationssphäre: Immobilisierte hochvalente Eisenkomplexe für die C-H Aktivierung (Antragstellerin Daumann, Lena )
• Verständnis und Verbesserung der Reaktivität von biomimetischen Modellen für mononukleare Nicht-Häm-Eisen-Enzymen (Antragsteller Limberg, Christian )
• Von der Erzeugung von Peroxo und hochvalenten Dieisen-Komplexen zu enantioselektiven C-H Oxidations-Katalysatoren (Antragsteller Glaser, Thorsten )

• Sprecher: Professor Dr. Thorsten Glaser