Umsetzung einer Sonogashira-ähnlichen Kupplungsreaktion in einem „Dual-Atom-Legierungssystem“

• Antragsteller: Dr. Dennis Meier
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 547243907

Katalytische Prozesse spielen eine entscheidende Rolle in 80% der Produktion von Konsumgütern, einschließlich C-C-Kupplungsreaktionen, die für die Synthese von Arzneimitteln und Feinchemikalien unverzichtbar sind. Die Beschränkungen traditioneller homogener Katalysatoren hinsichtlich Kosten und Prozesseffizienz haben das Interesse an heterogenen katalytischen Systemen geweckt. Einzelatomlegierungen (SAAs), die einen reaktiveren Gastmetall in einem weniger reaktiven Trägermetall aufweisen, bieten vielversprechende Lösungen mit effizienter Nutzung der Metallzentren und klar definierten aktiven Zentren. Dies ermöglicht präzise Vorhersagen durch Dichtefunktionaltheorie und eine hohe katalytische Aktivität. Ihre geringe Größe stellt jedoch bei gewissen Reaktionen eine Einschränkung dar, was die Erforschung von Doppelatomlegierungen (DAAs) motiviert, bei denen zwei reaktive Metalle in einem weniger reaktiven Metall vorhanden sind, um komplexere Reaktionen zu ermöglichen. Die Sonogashira-Kreuzkupplungsreaktion, ein entscheidender Prozess für C-C-Bindungsknüpfung, setzt Pd- und Cu-Komplexe in homogener Katalyse ein. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, diesen Prozess in heterogene Katalyse zu überführen, indem trimetalliche Oberflächen genutzt werden, um die Reaktivität und Selektivität zu verbessern. Ein grundlegender oberflächenwissenschaftlicher Ansatz im Ultrahochvakuum ist geplant. In die (111)-Oberfläche von Metallen wie Cu, Ag oder Au, soll Pd für die Bildung von C-C-Bindungen eingebunden werden. Geeignete Metall wie Ni oder Rh für die Aktivierung von C-H-Bindungen sollen untersucht werden. Nach erfolgreicher Synthese des DAAs soll die Struktur und die Reaktivität durch eine Vielzahl von Techniken, einschließlich Infrarotspektroskopie, temperaturprogrammierter Desorption und Rastertunnelmikroskopie, analysiert werden. Die Zusammenarbeit mit der Montemore-Gruppe wird das Screening durch theoretische Berechnungen beschleunigen und Einblicke für die Feinabstimmung sowie die Gestaltung hochselektiver DAA-Katalysatoren liefern, um ein umfassendes Verständnis von Struktur und Reaktivität zu gewährleisten.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Charles Sykes, Ph.D.