Bestimmung der Oxidationsstufen aus Einkristallbeugungsexperimenten

• Antragsteller: Professor Dr. Florian Kleemiss
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 470146201

Die Oxidationsstufe eines Elementes spielt eine zentrale Rolle für dessen chemischen Eigenschaften. Diese ist allerdings nicht direkt experimentell zugänglich und selbst ein indirekter Rückschluss mit vergleichsweise hohem technischen Aufwand verbunden oder nur für bestimmte Elemente möglich. In diesem Projekt soll ein neues Verfahren zur Verwendung und Korrektur der Dispersion in Einkristallröntgenbeugungsexperimenten entwickelt und in Routine-Software implementiert werden, die es erlauben wird, mit Standardlabordiffraktometern, eine zuverlässige Bestimmung der Oxidationsstufe durchführen zu können. Die neue Software soll anhand von Multi-Wellenlängen-Experimenten die Verschiebung der Dispersionsspektren eines Elementes bezüglich der neutralen Atome bestimmen und daraus die Oxidationsstufe ableiten können. Die dafür notwendigen Berechnungen und Verfeinerungen werden mithilfe von nicht-sphärischen-Atomformfaktoren in Olex2 („NoSpherA2“) durchgeführt. Dies ist eine von mir in einer Vorarbeit mitentwickelte Software zur Verfeinerung von Röntgenstrukturdaten mithilfe quantenmechanischer Berechnungen der Elektronendichten der Atome in der jeweiligen Kristallstruktur. Zusätzlich soll eine Implementierung und Nutzung der „Resolution of Identity“ und der „Effective Core Potentials“, beides gängige Verfahren aus der Quantenchemie zur Beschleunigung von Wellenfunktionsberechnungen, erfolgen. Damit soll die benötigte Rechenzeit für die nicht-sphärischen Atomformfaktoren deutlich reduziert und für den Routinegebrauch praktikabel gemacht werden. Anhand von realen Proben aus der aktuellen Forschung von Kooperationspartnern soll die Methode auf Genauigkeit und Zuverlässigkeit geprüft werden. Dabei soll der Schwerpunkt auf katalytisch- und photoredoxaktive Substanzen gelegt werden. Für letztere sind Untersuchungen geplant, die darauf abzielen, kristalline Verbindungen während des Beugungsexperimentes anzuregen und die Unterschiede in der elektronischen Struktur des angeregten Zustands, im Vergleich zum Grundzustand, bestimmen zu können.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle