CO2Chem - Redox-neutrale photokatalytische CH-Carboxylierung von Kohlenwasserstoffen mit Kohlendioxid

• Antragsteller: Professor Dr. Burkhard König
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465006243

In den letzten Jahren wurden große Anstrengungen unternommen, um biologische Photosynthese durch technische Prozesse nachzuahmen, mit dem Ziel, Sonnenenergie in chemisch gespeicherte Energie umzuwandeln. Die bei solchen Prozessen hergestellten energiereichen Moleküle sind typischerweise molekularer Wasserstoff, Methan oder Methanol aus der Reduktion von Kohlendioxid oder Synthesegas (H2/CO) als Rohstoff für das Fischer-Tropsch-Verfahren. Im Gegensatz dazu befindet sich die photokatalytische Chemikaliensynthese mit Kohlendioxid noch in einem sehr frühen Entwicklungsstadium. Bisher wird Kohlendioxid nur in geringem Umfang als Rohstoff für die chemische Synthese verwendet, industrielle Projekte in der Polymerherstellung haben die Machbarkeit und Nachhaltigkeit des Ansatzes aber bereits gezeigt. Dieses Forschungsprojekt will die synthetischen und mechanistischen Grundlagen für die photochemische, redoxneutrale CH-Carboxylierung von gesättigten Kohlenwasserstoffen mit Kohlendioxid schaffen. Unsere vorläufigen Daten zeigen, dass Kohlendioxid ein wertvolles Reagenz bei der Funktionalisierung von CH-Bindungen ist und formal in die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung eingefügt werden kann. Die redoxneutrale Carboxylierung von Arenen, Styrolen sowie Benzyl- oder α-Carbonyl-C-H-Bindungen wurde bereits realisiert. Die entwickelten Methoden sind wertvoll und konnten in der Synthese von Wirkstoffmolekülen wie Ibuprofen genutzt werden. Bislang gelingt die Umsetzung der am häufigsten vorkommenden, nicht aktivierten C(sp3)-H-Bindungen aber nicht. Um diese wichtige Reaktion zu ermöglichen, schlagen wir neue Synthesestrategien vor, die auf photokatalytisch erzeugten Alkylradikalen und Metallkomplexen basieren, um eine CH-Carboxylierung in einem redoxneutralen Gesamtprozess zu ermöglichen. Die kombinierte Erfahrung der Antragsteller in der Kobaltkatalyse und der Photokatalyse soll zu Methoden für die Umwandlung nicht aktivierter aliphatischer Kohlenwasserstoffe in funktionalisierte Chemikalien mit Kohlendioxid als C1-Synthon führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Dorota Gryko