Untersuchung des Vorkommens und der Rolle von kristallinen Zwischenprodukten bei der mechanochemischen Aktivierung von C-H-Bindungen durch In-situ-Überwachungstechniken

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Franziska Emmerling
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 546802390

Mechanochemische Reaktionen durch Zerkleinern, Mahlen, Doppelschneckenextrusion, akustisches Resonanzmischen usw. bieten methodische und ökologische Vorteile für die chemische Synthese, die in Wissenschaft und Industrie zunehmend Beachtung finden. Neben den Vorteilen der Nachhaltigkeit können die lösungsmittelfreien Reaktionsbedingungen, unter denen mechanochemische Umsetzungen stattfinden, die Isolierung sonst unzugänglicher Produkte erleichtern oder die Beschleunigung chemischer Reaktionen ermöglichen. So hat beispielsweise die mechanochemische metallvermittelte C-H-Aktivierung und Funktionalisierung durch Kugelmahlen die Synthese schwer zugänglicher Produkte ermöglicht und die Reaktionsausbeuten erhöht. Infolgedessen haben einige Autoren die Überlegenheit der Mechanochemie gegenüber traditionelleren Ansätzen (z. B. Lösung, saubere Lösung und Mikrowelle) hervorgehoben. Es ist jedoch wenig über die Mechanismen des C-H-Bindungsbruchs und der Funktionalisierung durch Mechanochemie bekannt. Genau dies ist das Ziel dieses Projektes: systematisch zu untersuchen, wie die mechanochemische C-H-Aktivierung abläuft, die Gründe für die Überlegenheit der C-H-Aktivierung durch Kugelmahlen aufzuklären und dieses Verständnis in neue Möglichkeiten der Katalyse umzusetzen und neue mechanochemische Reaktionen zu entdecken. Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir beschlossen, unsere Kräfte zu bündeln und unsere Expertise auf dem Gebiet der mechanochemischen organischen und metallorganischen Synthese (Prof. José G. Hernández, UdeA Kolumbien) sowie der strukturellen Charakterisierung und zeitaufgelösten in-situ-Überwachung mechanochemischer Reaktionen (Pulver-Röntgendiffraktometrie (PXRD), Raman-Spektroskopie, Thermofräsen und Synchrotronstudien etc. (Dr. Franziska Emmerling, BAM Deutschland). Im Erfolgsfall wird die Entwicklung dieses Projekts die experimentelle in-situ Visualisierung mechanochemischer Reaktionen und möglicherweise den Nachweis der am Prozess beteiligten Zwischenprodukte ermöglichen, was bisher eine große Herausforderung darstellte. Vorarbeiten, die von einigen von uns in Kolumbien durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass die Verwendung von [Cp*RhCl2]2 zur Bildung von Kokristallen zwischen den Reaktanten vor dem C-H-Aktivierungsschritt führt, eine Sequenz, die sich vom Prozess in Lösung unterscheidet. Das Vorhandensein von kristallinen Zwischenprodukten in völlig anderen mechanochemischen Reaktionen wurde auch durch das deutsche Team in-situ-Untersuchungen berichtet. Unsere unabhängigen Beobachtungen sind jedoch punktuelle und isolierte Beispiele, so dass eine systematische Studie erforderlich ist, um die Prävalenz kristalliner Zwischenprodukte bei der mechanochemischen C-H-Aktivierung zu bestimmen

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kolumbien
• Partnerorganisation: Universidad de Antioquia
• Kooperationspartner: Professor José G. Hernández, Ph.D.