Chaotrope Polyoxometallate: Von Grundlagen zu Anwendungen

• Antragsteller: Professor Ulrich Kortz, Ph.D.; Professor Dr. Werner Nau
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Analytische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505556509

In neuen Ergebnissen, die das Konsortium unabhängig voneinander publiziert hat, wurde gezeigt, dass Polyoxometallate (POMs) in vielen Bereichen mit großer gesellschaftlicher Relevanz angewendet werden, wie z.B. der Energieumwandlung oder -speicherung, in den Umweltwissenschaften und der Medizin. Einige dieser Arbeiten zeigen, dass hydratisierte Polyanionen super-chaotrope Eigenschaften zeigen, welche bei der Wechselwirkung mit organischen Substanzen zu außergewöhnlichen Effekten führen, und somit neuartige Perspektiven bei der Manipulation auf der molekularen Ebene eröffnen. Das Ziel des CHAOPOM-Projekts ist die Erforschung POM-basierter supramolekularer Wechselwirkungen mit dem Ziel eines besseren Verständnisses und einer möglichen Quantifizierung deren chaotroper Eigenschaften und deren Nutzung für das Design neuartiger Materialien, auch für biologische Anwendungen. Obwohl die chaotropen Eigenschaften kleiner anorganischer Anionen wie z.B. Perchlorat und Thiocyanat seit langer Zeit bekannt sind, wurde dieses Phänomen erst kürzlich für POMs entdeckt. Daher ergeben sich spannende neue Möglichkeiten, denn das Konsortium wird sehr wahrscheinlich dominante Triebkräfte identifizieren, welche von den Hydratisierungseigenschaften der POMs herrühren. Die Studien und Konsequenzen des super-chaotropen Effekts, welche über die historische Hofmeister-Skala hinausgehen, werden in diesem Forschungsprojekt aufgezeigt, welches von grundlegenden Aspekten bis zu Anwendungen reicht. Unsere experimentellen Arbeiten werden durch theoretische Rechnungen (Moleküldynamik) ergänzt, um den Einfluss der POM-Hydratphäre bei den Aggregationsprozessen genauer zu verstehen.Die Ziele des Forschungsprojektes sind in vier Teile gegliedert:(i) Untersuchung von molekularen Wirt-Gast-Komplexierungsphänomenen: Adressierung der Möglichkeit POMs mit funktional komplementären Verbindungen zu verknüpfen, ähnlich wie bei der Wechselwirkung von Borclustern mit organischen Makrozyklen.(ii) Kontrolle des chaotropen Effekts von der gezielten Synthese bis zum Design hierarchisch aufgebauter supramolekularer Materialien: durch Zuhilfenahme des super-chaotropen Effekts in anorganische Polykondensationsprozessen wird die Synthese konzeptionell neuartiger molekularer oder gerüstartiger POM-basierter Materialien ermöglicht.(iii) POM-basierte Systeme für „soft-matter engineering“ und zweiphasige Materialien: super-chaotrope POMs interagieren stark mit nicht-ionischen amphiphilen Molekülen und ermöglichen somit die Konstruktion neuartiger Aggregate.(iv) Evaluierung der biologischen Aktivität: Untersuchung der Wechselwirkung von POMs mit möglichen Arzneimitteln aufgrund ihrer super-chaotropen Eigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Pierre Bauduin, Ph.D.; Professor Emmanuel Cadot, Ph.D.