Fusion von homogener und heterogener Goldkatalyse

Auf Grund seines ausgesprochenen edlen Charakters galt Gold in der homogenen Katalyse seit jeher als chemisch inert. Eine Hypothese, welche Mitte der 90er-Jahre widerlegt werden konnte, ehe es mit Beginn des 21. Jahrhunderts zu einem wahren Goldrausch auf diesem Forschungsgebiet kam. Das darauffolgende exponentiell ansteigende Interesse an Goldkatalysatoren führte zu einer fortlaufenden Entdeckung von neuen Eigenschaften und Anwendungen dieser Substanzklasse. Heute finden Goldkatalysatoren breite Anwendung in der Organischen Synthese und sind auf Grund ihrer meist milden Reaktionsbedingungen wertvolle umweltschonende Vertreter von Grüner Chemie. Unter den genannten Reaktionen finden sich neben klassischen inter- und intramolekularen Zyklisierungsreaktionen auch komplexe mehrstufige Totalsynthesen von Naturstoffen. Auf Grund des kontinuierlich wachsenden Anwendungsfeldesbesteht eine steigende Nachfragefür maßgeschneiderte innovative Goldkatalysatoren. Dieses Projekt behandelt die Entwicklung von hochselektiven Gold(III)-Katalysatoren für einfache proof of concept-Reaktionen sowie für den Einsatz in technisch ausgereiften Mehrkomponenten- Tandemreaktionen. Die Forschungsarbeiten hierzu basieren zum einen auf wasserlöslichen homogenen Systemen und zum anderen auf Katalysatoren aus dem Bereich der heterogenen Oberflächenreaktionen. Die Kombination dieser beiden grundlegend gegensätzlichen Gebiete, in Form einer Heterogenisierung von effizienten homogenen Goldkatalysatoren innerhalb sogenannter metal-organic frameworks (MOFs), stellt ein innovatives Konzept dar, welches leistungsfähige Katalysatorsystememit zahlreichensynergistischen Effekten,wie erhöhteStabilität, porengrößenbedingte Selektivität, Rezyklierung des Katalysators, etc. liefert. Neben der Synthese der Zielverbindungen liegt der Schwerpunkt dieses Projektes auf der detaillierten Untersuchung des Katalysezyklus mittels hochauflösenden spektroskopischen Verfahren sowie state-of-the-art computerunterstützten Simulationsmethoden. Dieses einzigartige Zusammenspiel aus Experiment und Theorie kreiert ein wirksames Instrument zur Entwicklung effizienter Katalysatorsysteme für komplexe Problemstellungen und wird das Verständnis des zu Grunde liegenden katalytischen Zyklus maßgeblich vorantreiben.

Auf Grund seines ausgesprochenen edlen Charakters galt Gold in der homogenen Katalyse seit jeher als chemisch inert. Eine Hypothese, welche Mitte der 90er-Jahre widerlegt werden konnte, ehe es mit Beginn des 21. Jahrhunderts zu einem wahren "Goldrausch" auf diesem Forschungsgebiet kam. Das darauffolgende exponentiell ansteigende Interesse an Goldkatalysatoren führte zu einer fortlaufenden Entdeckung von neuen Eigenschaften und Anwendungen dieser Substanzklasse. Heute sind Goldkatalysatoren aus der Organischen Synthese nicht mehr weg zu denken und stellen auf Grund ihrer meist milden Reaktionsbedingungen wertvolle umweltschonende Vertreter von "Grüner Chemie" dar. Unter den genannten Reaktionen finden sich unter anderem klassische inter- und intramolekulare Zyklisierungsreaktionen, aber auch komplexe mehrstufige Totalsynthesen von Naturstoffen. Auf Grund des kontinuierlich wachsenden Anwendungsfeldes besteht eine steigende Nachfrage für maßgeschneiderte innovative Goldkatalysatorsysteme. Dieses Projekt behandelte die Entwicklung von hochselektiven Gold(III)-Katalysatoren für einfache "proof of concept"-Reaktionen und für den Einsatz in technisch ausgereiften Mehrkomponenten-Tandemreaktionen. Im Zuge dieses Unterfangens wurde unter anderem ein neuartiges Syntheseprotokoll in Königswasser, einem äußerst ungewöhnlichen Reaktanten in der selektiven metallorganischen Reaktionsführung, etabliert. Des Weiteren wurden sogenannte "metal-organic frameworks" (MOFs) untersucht, mit dem Ziel, ausgewählte homogene Gold(III)-Katalysatoren zu heterogenisieren und auf diese Weise vorteilhafte Eigenschaften der MOFs, wie etwa ihre hohe Stabilität sowie ihre Rezyklierbarkeit, mit der katalytischen Aktivität der Goldzentren zu vereinen. Letzteres barg zahlreiche synthetische und interdisziplinäre Hürden, weshalb parallel dazu auch zahlreiche Nebenprojekte mit diversen Kooperationspartnern von der Universität Innsbruck, der Eberhard Karl Universität Tübingen und der Freien Universität Berlin adressiert wurden. Erfreulicherweise führten diese bereits zu zahlreichen gemeinsamen Publikationen. Zusammenfassend konnten in Rahmen dieses Stipendiums bisher vier Publikationen in renommierten internationalen Journalen veröffentlicht werden. Darüber hinaus werden diesen innerhalb der kommenden Monate noch zwei weitere Papers folgen. Diese Verzögerung ist leider der fortwährend anhaltenden Auswirkungen der COVID-19-Pandemie geschuldet.