Carbonylierung koordinativ ungesättigter Eisenverbindungen

Die Reaktivität von Übergangsmetallkomplexen gegenüber kleinen Molekülen ist ein wichtiges Gebiet der metallorganischen Chemie. Durch die steigenden Energiepreise und die begrenzten Vorräte an fossilen Brennstoffen ist die Umwandlung kleiner Moleküle wie CO, H2 , N2 , oder CO 2 in komplexe Chemikalien ein wichtiger Schritt in Richtung nachhaltige Chemie. Um effizientere Prozesse zu entwickeln, ist ein Verständnis der Koordinations- und Bindungseigenschaften von Übergangsmetallen gegenüber solchen Molekülen sehr wichtig, was typischerweise durch Untersuchungen der Wechselwirkung von bestimmten Substratmolekülen mit Metallzentren in unterschiedlichen Spin- und oxidationszuständen erreicht wird. In diesem Zusammenhang ist CO als wichtiges Molekül hervorzuheben. In Kombination mit Eisen ist es in verschiedenen industriellen Prozessen, wie der Wassergasreaktion, wo CO in CO 2 und H2 umgewandelt wird, oder der Fischer-Tropsch Reaktion, wo es in flüssige lineare Kohlenwasserstoffe umgewandelt wird, von Bedeutung. Außerdem spielt CO Koordination an Eisen eine wichtige Rolle in der Natur. Da CO äußerst toxisch für Menschen ist, wäre überdies die Entwicklung neuer CO Sensoren von großer Wichtigkeit. Nachteile von vielen neuen optochemischen Verbindungen ist die relative hohe Nachweisgrenze von CO, die Interferenzen mit Sauerstoff und anderen Luftinhaltsstoffen, als auch die hohen Kosten von Edelmetallen, welche typischerweise als Sensoren verwendet werden. Das Ziel dieses Projektes ist koordinativ ungesättigte high-spin Fe(II) Verbindungen herzustellen und deren Reaktivität gegenüber CO zu untersuchen, um einen tieferen Einblick in die elektronischen Eigenschaften derartiger Komplex zu erhalten. Solche Untersuchungen sind sehr wichtig, da es dadurch möglich sein sollte auch schwerer zu aktivierende Substrate wie Wasserstoff zu binden und zu aktivieren, wie etwa in [Fe]-Hydrogenasen. Derartige Untersuchungen sind auch nützlich für die Entwicklung von Eisencarbenkatalysatoren für die Olefinmetathese, da Carben Liganden viele Ähnlichkeiten zu CO aufweisen. Außerdem könnten diese Untersuchungen zur Entwicklung von neuen CO Gassensoren führen. Deshalb ist die Entwicklung von neuen wohldefinierten umweltfreundlichen Eisenkatalysatoren, die eine vergleichbare Aktivität aufweisen wie Edelmetallkatalysatoren, äußerst wichtig. Eisen ist das häufigste Übergangsmetall in der Erdkruste, praktisch unbegrenzt vorhanden, ungiftig, und sehr billig.

In Summe lieferte dieses Projekt fundamental neue Erkenntnisse im Bereich Aktivierung kleiner Moleküle mittels unedlen Metallen, und führte zur Entdeckung neuer, stabiler und definierte Eisenverbindungen, welche in anderen Projekten als effiziente Katalysatoren für Hydrierungen eingesetzt wurden. Dies war bisher nur mit Edelmetallen möglich und ist somit umweltfreundlicher und nachhaltiger. Es ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, dass Eisen das häufigste Übergangsmetall in der Erdkruste ist und praktisch unbegrenzt vorhandenen, ungiftig, und sehr billig ist.Die Reaktivität von Übergangsmetallkomplexen gegenüber kleinen Molekülen ist ein wichtiges Gebiet der metallorganischen Chemie. Durch die steigenden Energiepreise und die begrenzten Vorräte an fossilen Brennstoffen ist die Umwandlung kleiner Moleküle wie CO, H2, N2, oder CO2 in komplexe Chemikalien ein wichtiger Schritt in Richtung nachhaltige Chemie. Um effizientere Prozesse zu entwickeln, ist ein Verständnis der Koordinations- und Bindungseigenschaften von Übergangsmetallen gegenüber solchen Molekülen sehr wichtig, was typischerweise durch Untersuchungen der Wechselwirkung von bestimmten Substratmolekülen mit Metallzentren in unterschiedlichen Spin- und oxidationszuständen erreicht wird. In diesem Zusammenhang ist CO als wichtiges Molekül hervorzuheben. Da CO äußerst toxisch für Menschen ist, überdies die Entwicklung neuer CO Sensoren von großer Wichtigkeit. Im Zuge dieses Projektes wurden eine Vielzahl koordinativ ungesättigte high-spin Fe(II) Verbindungen hergestellt und deren Reaktivität gegenüber CO wurde untersucht, um so einen tieferen Einblick in die elektronischen Eigenschaften derartiger Komplex zu erhalten. Solche Untersuchungen sind sehr wichtig, da es dadurch möglich sein sollte auch schwerer zu aktivierende Substrate wie Wasserstoff zu binden und zu aktivieren, und diese dann als Katalysatoren für Hydrierungsreaktion zu verwenden. Die Ergebnisse dieses Projektes sind in 15 Publikationen in renommierten und begutachteten wissenschaftlichen Journalen veröffentlicht.