Katalyse mit phosphorhaltigen Materialien

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.

 

Ein weiteres Forschungsgebiet ist die Untersuchung der Chemie sogenannter Phosphanylidenphosphorane und derer schweren Homologe. Diese Systeme können als Phosphanstabilisierte Phosphinidene aufgefasst werden und es werden neuartige Wege des Phosphiniden-Transfers untersucht. Dabei soll zum einen die Aktivierung starker  chemischer Bindungen (z.B. C-H, N-H etc.) untersucht werden und umso neue phosphorhaltige Materialien zu erhalten. Außerdem ist es möglich das Phosphan in einer Substitutionsreaktionen auszutauschen, so werden eine Vielzahl neuartiger Verbindungen einfach zugänglich (Schema 2).

Wir konnten zeigen, dass Phosphanylidenphosphorane mit kleinen Gruppen am Phosphor nicht dargestellt werden können, stattdessen werden Cyclotriphosphane P3Ar3 selektiv erhalten. Diese nutzen wir ebenfalls als Phosphinidenquelle, untersuchen Reaktivität gegenüber frühen Übergangsmetallen und in Cyclisierungsreaktionen, umso neue P-haltige Materialien und Liganden zu erhalten.

Ein weiteres Projekt beschäftigt sich mit der Synthese von Grupp 13-15 Mehrfachbindungssystemen und deren Reaktivität gegenüber kleinen Molekülen. Der Fokus liegt hierbei auf der Synthese sogenannter Phospha- und Arsaalumene, welche schwere Homologe der Alkene sind. In diesem Projekt werden sowohl Cyclotriphosphane als auch Phosphanylidenphosphorane eingesetzt um einen effektiven Phosphinidentransfer auf Aluminium-Verbindungen in der Oxidationsstufe +1 zu realisieren (Schema 3).

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 zu verstärken. Außerdem werden geeignete KandidatInnen ermutigt, Dr. Christian Hering-Junghans in Bezug auf PostDoc-Stipendien zu kontaktieren.
Bitte senden Sie bei Interesse eine Email an Christian.Hering-Junghans{at}catalysis.de.