Chirale Katalyse mit plasmonischen Hybridnanopartikeln

• Antragsteller: Dr. Martin Mayer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453211202

Kolloidale Partikel bieten aufgrund ihrer starken chiroptischen Effekte und hohen katalytischen Aktivität ein großes Potenzial für die chirale Katalyse. Eines ihrer Hauptprobleme ist jedoch der Skalenunterschied zwischen den chiralen Strukturen der Nanopartikel und der Molekülgröße der organischen Edukte. Bisher muss die Größe der chiralen Strukturen des Katalysators – die so eine chirale Abschirmung bilden – mit der Größe des Endprodukts übereinstimmen, um so die Chiralität zu verleihen. Dieser Projektantrag zielt darauf ab, einen neuen chiralen Katalysator auf der Basis von plasmonischen Hybridnanopartikeln in Dispersion zu etablieren. Der vorgeschlagene Katalysator wird in der Lage sein, asymmetrische C-C-Kupplungsreaktionen durchzuführen, indem die erforderliche Chiralität über die Verstärkung des plasmonischen Feldes übertragen wird, anstatt durch chirale morphologische Strukturen, die eine sterische Abschirmung bilden. Basierend auf diesem Mechanismus kann Orthogonalität in der katalytischen asymmetrischen Reaktion durch Ändern einfacher und reversibler Trigger erreicht werden, nämlich durch Austausch des chiralen Liganden oder durch Ändern der Händigkeit des anregenden chiralen Lichts. Durch das Ausnutzung der Plasmonik wird außerdem die Notwendigkeit einer passenden chiralen Struktur vermieden, wodurch ein breites Spektrum an Zielmolekülen angesprochen werden kann, die sowohl axiale als auch stereogene Chiralität aufweisen können. Zu diesem Zweck soll das Hybrid-Nanopartikelsystem die überlegene plasmonische Qualität von Silbernanopartikeln mit der katalytischen Aktivität von Metallen der Platingruppe kombinieren. Durch das geplanten Kern-Schale-Partikel-Design verleiht die Plasmonik dem Edukt nicht nur die Chiralität, sondern verstärkt auch gleichzeitig die katalytische Reaktion durch die starke elektromagnetische Feldverstärkung. In allen Phasen des Projekts wird die experimentelle Arbeit vorhergesagt und unterstützt, indem elektromagnetische Felder und die chiralen Eigenschaften über elektromagnetische Simulationen modelliert werden, wodurch eine rationaler Syntheseansatz verfolgt wird.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle