Forschung
Anorganische Synthese - Organometallische Synthese - Kristallstrukturanalyse - Spektroskopie (NMR/EPR/IR/Raman/UV-Vis) - Quantenchemie von Molekülen - Katalyse (inkl. Reaktionen unter Druck)
Die aktuellen Forschungsthemen in meiner Arbeitsgruppe sind auf grundlegende Aspekte der Koordinations- und Organometallchemie fokussiert, mit dem Ziel neuartige homogene Katalysatoren und anorganische Funktionsmoleküle zu entwickeln. Dabei verfolgen wir den prinzipiellen Ansatz, dass neue Funktionalitäten (z.B. in Form neuartiger Liganden) und Reaktivitäten zur Entwicklung neuer katalytischer Reaktionen und zu einzigartigen Eigenschaften in Funktionsmolekülen führen. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Nachhaltigkeit der entwickelten Katalysatoren bzw. Funktionsmoleküle in Bezug auf deren potentielle Anwendungsmöglichkeiten, wie z.B. zur chemischen Energiespeicherung oder -wandlung.
Die Haftatome in Liganden basieren im Allgemeinen auf Hauptgruppenelementen und die dazugehörigen (Donor-)Gruppen sind Verbindungen dieser Elemente. In den meisten herkömmlichen Fällen verhalten sich solche Donorgruppen passiv in der Koordinationssphäre eines Metalls und haben keine weitere Funktion als die Stabilisierung des zentralen Metallatoms durch die Bindung zu diesem. In einigen Fällen können Donor-Gruppen aber auch aktiv an gewissen Reaktionsschritten teilnehmen, weswegen man bei solchen Reaktionsmustern auch von einer Metall-Ligand-Kooperativität spricht. Neben diesen beiden Möglichkeiten können besonders einzähnige Liganden auch als Reaktanten in bestimmten Reaktionen teilnehmen, also als Reaktivliganden agieren. In diesem Spannungsfeld zwischen ungewöhnlichen Aktiv- und Reaktivliganden liegen die Schwerpunkte unserer Forschung.
Abbildung 1 Wichtige Leitstrukturen der einzelnen Themen und deren Bausteine
A = bidentater Ligand mit kleinem Bisswinkel, B = Haupt-
gruppenelementverbindung oder -fragment,
C = Metallfragment).
In den Forschungsprojekten meiner Arbeitsgruppe greifen wir auf bestimmte Bauprinzipien zurück (Abb. 1). Die entsprechenden Bausteine A werden dabei so gewählt, dass sich durch Ausbildung von Metall-Ligand- und Metall-Metall-Bindungen stabile Fünf-Ring-Aggregate bilden. Neben Dispersionseffekten und Effekten von Additiven in etablierten kooperativen Katalysatoren (I) untersuchen wir die mögliche Darstellung, die Reaktivität und die katalytische Aktivität von Pinzetten-Komplexen mit ligandenstabilisierten Hauptgruppenelement-Fragmenten (II) als zentrale Donor-Gruppe. Verbindungen des Typs III sind für eine Reihe von Metallfragmenten und Kombinationen dieser bekannt. Einige dieser Verbindungen aktivieren Lewis-Säuren auf eine bisher unbekannte Weise. Die reduktive Aktivierung verschiedener Lewis-Säuren sowie deren Übertragung auf andere Moleküle untersuchen wir derzeit gezielt. Sofern man die Donorgruppen im Liganden erweitert und dabei die Rigidität sowie die geringen Bisswinkel beibehält, kann man Clusterverbindungen (IV) darstellen. Im Falle solcher Kupfer(I)-Verbindungen minimiert die Rigidität des Liganden strahlungsfreie Relaxationsprozesse und man erhält stark lumineszierende Kupfercluster, welche als potentielle Alternativen zu Iridium-Verbindungen in Organic Light Emitting Diods (OLEDs) diskutiert werden.
Abbildung 2 Forschung zwischen Theorie, Experiment und Anwendung
Zu allen Themengebieten führen wir sowohl theoretische als auch experimentelle Untersuchungen durch (Abb. 2). Basierend auf diesen Ergebnissen testen wir gezielt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, wie Reaktionen in Hochdruck-Autoklaven (Abb. 2 unten links) oder die Anwendung der Funktionsmoleküle in OLEDs (Abb. 2 unten rechts). Hierfür haben wir zum Teil internationale Kooperationen etabliert.