Untersuchung des Potentials der Mechanochemie in der Festkörperchemie von Frustrierten Lewis-Paaren (FLPs)

• Antragsteller: Professor Dr. Carsten Bolm; Professor Dr. Thomas Wiegand
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568673451

Die Chemie der Frustrierten Lewis-Paare (FLPs) hat in den letzten Jahren großes Interesse geweckt und ist nach wie vor von hoher Bedeutung. Insbesondere wurden kürzlich Festkörper-FLP-Reaktionen beschrieben, die im Bereich der heterogenen Katalyse Anwendung finden. In diesem Antrag schlagen wir vor, die Mechanochemie und die Festkörper-FLP-Chemie zu kombinieren. Diese innovative Kombination wird es uns ermöglichen, hoch reaktive Phosphan/Boran-FLPs im festen Zustand zu generieren, bei denen die mechanochemische Zerkleinerung der FLP-Einheiten zu einer maximalen Interaktion zwischen diesen Phasen führen wird. Die Eigenschaften dieser aktivierten FLPs werden unter anderem durch den Einsatz einzigartiger Kugelmahlgefäße untersucht, in denen die Einbringung, das Einfangen und die Aktivierung von CO2 in-situ erfolgen wird. Das Einfangen von CO2 wird derzeit im Zusammenhang mit dem Klimaschutz und der Verwendung von CO2 als Ausgangsstoff für chemische Synthesen für Mehrwertprodukte intensiv diskutiert. Die mechanochemische FLP-Chemie soll dann auf (katalytische) Hydrierungen und die Nutzung von Gasgemischen wie CO2 und H2 ausgedehnt werden. Langfristig können auch Reaktionen mit N2 und N-H-Bindungsaktivierungen studiert werden. Die Entwicklung neuartiger Mahlbecher soll eine effiziente in-situ Hydrierung von FLPs unter mechanochemischem Energieeintrag ermöglichen. Darüber hinaus werden die Konzepte auf die Festkörper-FLP-Chemie in resonant-akustischen Mischvorrichtungen (RAM) erweitert. Als zentrale Analysemethode soll die Festkörper-NMR-Spektroskopie eingesetzt werden, um die aus dem Mahlbecher entnommenen Reaktionsprodukte ohne weitere Nachbearbeitung des Materials zu charakterisieren. Insbesondere die 11B MAS NMR und die darin enthaltenen Informationen über die Quadrupolkopplung wird als hochempfindliche Sonde dienen, um den Erfolg von FLP-Reaktionen wie Hydrierungen oder CO2-Insertionen zu verfolgen. Protonen- und Fluor-detektierte NMR unter schnellen MAS-Bedingungen (MAS-Frequenzen > 100 kHz) werden ergänzend zur Strukturanalyse eingesetzt. Darüber hinaus werden Abstandsmessungen zwischen Kernspins (z. B. zwischen der Phosphor-Lewis-Base und der Bor-Lewis-Säure oder zwischen den Phosphor-Lewis-Basen) weitere strukturelle Einblicke in die mechanochemisch synthetisierten FLPs sowie in ihre Reaktionsprodukte in Abhängigkeit von den mechanochemischen Reaktionsbedingungen ermöglichen. Durch die Verwendung von 13C-markiertem CO2 als Reaktionsgas wird eine Kohlenstoff-13-Isotopenmarkierung der CO2-Insertionsreaktionen erzielt, die eine weitere Produktcharakterisierung durch heteronukleare Abstandsmessungen ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen