Aktivierung kleiner Moleküle

Dr. Christian Hering-Junghans

Katalyse ist in Bezug auf die Erreichung umweltfreundlicher („grüner“) Prozesse ein wichtiges Mittel, da sie sich mit der Beschleunigung von Reaktionen beschäftigt. Im Gegensatz zur Reduzierung natürlicher Ressourcen ist in diesem Zusammenhang die Nutzung von erneuerbaren Materialien ein hoch attraktives Ziel. Daher liegt der Fokus unserer Forschung in dem Design neuer, effizienter Methoden Kohlenstoff-Stickstoff Bindungen ausgehend von atmosphärischem Stickstoff aufzubauen. Diese Bindungen sind in der Natur weit verbreitet und in Kombination mit anorganischen Kohlenstoffquellen wie zum Beispiel CO2 und CO bietet die C-N Bindungsformation faszinierende Möglichkeiten chemische Rohstoffe und Feinchemikalien auf schonendere Art und Weise herzustellen.

In diesem Kontext beschäftigen wir uns mit dem Design neuartiger Ligandensysteme für die effiziente Stabilisierung niedervalenter früher Übergangsmetalle. Dabei liegt der Fokus zum einen auf einer effektiven sterischen Abschirmung des Metallzentrums und zum anderen auf den elektronischen Eigenschaften des Liganden, so dass dieser ebenfalls als Elektronenreservoir genutzt werden kann. Dabei wollen wir neuartige element-organische Reaktionstechniken mit der klassischen Koordinationschemie verbinden und die fundamentalen Eigenschaften unserer Systeme werden mit Hilfe von modernsten Analysemethoden aufgeklärt. Grundlage für das Ligandendesign soll hierbei die Struktur des FeMo-Zentrums des Enzymes Nitrogenase sein und so biomimetische Ligandensysteme entwickelt werden.

Schema 1. Allgemeines Interessengebiet im Arbeitskreis: Die Verknüpfung von Molekülchemie zur Darstellung neuartiger Liganden und die Anwendung dieser Systeme in koordinationschemischen Fragestellungen mit einem Schwerpunkt auf der Aktivierung von molekularem Stickstoff.

In einem nächsten Schritt werden die synthetisierten Liganden an ein frühes Übergangsmetall koordiniert und die Reduktionschemie in der Gegenwart von Stickstoff soll untersucht werden. Dabei spielen sowohl die elektronischen und sterischen Eigenschaften des Liganden eine entscheidende Rolle und dieser Einfluss wird in Kombination mit theoretischen Methoden genauer betrachtet werden. Zunächst soll der Fokus der untersuchten Metalle auf dem Vanadium, Molybdän und Eisen liegen, da diese im FeMo-Zentrum anwesend sind. Das ultimative Ziel dieser Studien ist die Synthese von terminalen Nitriden, welche dann mit Kohlenstoff-Elektrophilen oder –Nukleophilen umgesetzt werden können. In einem letzten Schritt werden wir uns mit dem effektiven Abspalten der N-C Einheit befassen und dabei ist das Ziel schonende Wege zur Regeneration der katalytisch aktiven Spezies zu finden.

Darüber hinaus beschäftigen wir uns mit der Telomerisationsreaktion von 1,3-Dienen  in der Anwesenheit von Nukleophilen, da diese Reaktion einfach verfügbare, jedoch günstige Ausgangsmaterialien mit dem Ziel komplexere funktionalisierte 2,7-diene in einer atomökonomischen Art und Weise herzustellen verbindet. Dabei soll die Rolle des Liganden am Palladium untersucht werden, wobei N-heterozykliche Olefine im Fokus stehen. Diese zwitterionischen Liganden zeigen Donor-Eigenschaften, welche mit Carbenen und Phosphinen vergleichbar sind und stellen eine wichtige Ligandenklasse dar.

Schema 2. Telomeristaion von 1,3-Dienen in Anwesenheit von Nukleophilen (X-) katalysiert durch Palladiumkomplexe. Der Fokus der Untersuchungen ist dabei der Einfluss von NHO-Liganden auf die Aktivität der Katalysatoren.

Studenten mit speziellem Interesse an anorganischer Synthesechemie, Ligandendesign und der Anwendung von Metallkomplexen in der Aktivierung kleiner Moleküle sind herzlich Willkommen die Gruppe im Rahmen von Praktika, Bachelor- und Masterarbeiten, Promotionsvorhaben oder eines Postdoc-Aufenthaltes zu verstärken.
Bitte senden Sie bei Interesse eine Email an Christian.Hering-Junghans{at}catalysis.de.