Carben- und Phosphansubstituierte Biradikale für die nachhaltige Katalyse

• Antragsteller: Dr. Peter Coburger
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531749456

Aufgrund ihrer ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen besteht ein anhaltendes Interesse daran, Edelmetalle in der homogenen Katalyse durch 3d-Metalle zu ersetzen oder das Verhalten von Übergangsmetallen unter Verwendung von Hauptgruppenelementverbindungen nachzuahmen. Dazu ist die Entwicklung spezialisierter Ligandensysteme notwendig. Im Allgemeinen können diese in zwei Kategorien eingeteilt werden: redoxaktive Liganden, bei denen der Ligand selbst an Elektronentransferprozessen teilnimmt und somit die typischen Zwei-Elektronen-Redoxschritte ermöglicht, die mit Edelmetallkatalysatoren verbunden sind, und Liganden mit stark basischen Gruppen, die dabei helfen heterolytische Spaltung kovalenter Bindungen in den Substraten zu verwirklichen (kooperative Bindungsaktivierung). Trotz der vielen beeindruckenden Erfolge mit diesen beiden Konzepten sind homogene Hauptgruppen- und Nichtedelmetallkatalysatoren im Vergleich zu Edelmetallkatalysatoren hinsichtlich Aktivität und Selektivität oft unterlegen. Das Ziel des CarPhoSCat-Forschungsprojekts ist es, einige der Einschränkungen durch die Entwicklung von Hauptgruppen- und Nichtedelmetallkatalysatoren mit Carben- und Phosphin-substituierten Biradikaloid-Liganden anzugehen und zu überwinden. Solche Liganden zeichnen sich durch starke Metall-Ligand-Wechselwirkungen aus, unterstützen Redoxaktivität, flexible Koordinationsmodi und tragen zusätzlich Lewis-basische Zentren. Das CarPhoSCat-Projekt gliedert sich in zwei Zweige: 1) Die Anwendung von Komplexen der Gruppen 13 und 14 in der Lewis-Säure- und kooperativen Katalyse und 2) die Entwicklung katalytisch aktiver Mangan-, Eisen- und Kobaltcarbonylkomplexe und deren Anwendung in der Olefinmetathese. Zweig 1 entwickelt kationische Komplexe mit starker Elektrophilie welche voraussichtlich eine verbesserte Aktivität in Hydroelementierungsreaktionen im Vergleich zu etablierten Lewis-Säuren zeigen. Darüber hinaus sind diese kationischen Komplexe Ausgangsmaterialien zur Herstellung kooperativer Katalysatoren. Die angestrebten katalytischen Prozesse sind die Hydrierung von Olefinen und die Dehydropolymerisation von Amin- und Phosphinboranen. In späteren Phasen des Projekts werden die gewonnenen Erkenntnisse genutzt, um noch anspruchsvollere Umwandlungen wie Hydrohydroxylierungen und Hydroaminierungen mit Ammoniak anzugehen. Zweig 2 des CarPhoSCat-Projekts befasst sich mit der Synthese von Mangan-, Eisen- und Kobalt-Carbonylkomplexen von Biradikaloiden. Diese Verbindungen sind vielversprechende Ausgangsmaterialien für die Herstellung verschiedener katalytisch aktiver, niedrig koordinierter Nichtedelmetallkomplexe. Der Schwerpunkt liegt auf Alkylidenkomplexen, die in der Olefinmetathese aktiv sind. Die starken Metall-Ligand-Wechselwirkungen und die Möglichkeit zur Feinabstimmung der elektronischen und sterischen Eigenschaften innerhalb der Biradikaloidkomplexe werden für dieses Projekt von Vorteil sein.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen