Aktivierung von molekularem Sauerstoff durch Molybdänkomplexe

Molekularer Sauerstoff (O2 ) ist das ideale Oxidationsmittel. Es ist ökologisch unbedenklich und billig. Direkte Reaktion von O2 mit organischen Substraten erfordert jedoch einen Spinumkehr, welcher mit Hilfe von Übergangsmetallen ermöglicht wird. Aerobe Oxidationsreaktionen, die von nicht-edlen und nicht-giftigen Metallen katalysiert werden, sind daher von fundamentaler Bedeutung. Die Motivation Oxidationsreaktionen zu untersuchen mit direkter Beteiligung von O2 ist daher besonders groß. Die meisten kostengünstigen und nicht giftigen Metalle sind Elemente der 1. Übergangsreihe. Molybdän, ein Element der 2. Übergangsreihe, stellt dabei eine Ausnahme dar, da es nicht giftig und sehr viel billiger als Edelmetalle ist. Molybdänkomplexe, die molekularen Sauerstoff aktivieren können, sind selten. Ein wichtiges Ziel dieses Projekts ist daher die Herstellung von Peroxokomplexen durch kontrollierte Reaktion von geeigneten Molybdänkomplexen mit O2 . Es soll in systematischer Weise eine Struktur-Funktions-Korrelation erstellt werden für den O2 Aktivierungsprozess in den Molybdänkomplexen. Anschließend soll der Sauerstoffatomtransfer auf verschiedene Substrate untersucht werden. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf den Einfluss von intra- und intermolekularen Protonierungen und von Elektrontransferreaktionen gelegt.

Für uns Menschen ist Sauerstoff lebensnotwendig. Er wird aber auch bei jedem Brand verbraucht. In beiden Fällen finden chemische Reaktionen, sogenannte Oxidationen, statt; mit Sauerstoff als Oxidationshilfsmittel. Da er ökologisch unbedenklich und billig ist, wäre er ideal geeignet, um ganz allgemein chemische Verbindungen zu oxidieren. Sauerstoff reagiert aber häufig unkontrolliert, weshalb man geeignete Katalysatoren benötigt. Aufgrund der chemischen Struktur von Sauerstoff sind metallhaltige Katalysatoren erforderlich. Auch diese Metalle sollten ökologisch unbedenklich und billig sein. Molybdän stellt ein solches Metall dar, da es ein lebensnotwendiges Spurenelement ist und auch in größeren Mengen ungiftig ist. In diesem Projekt wurden grundlegende Erkenntnisse gewonnen, wie das Molekül Sauerstoff mit Molybdänverbindungen reagiert. Im Zuge dieses Projekts wurden viele Molybdänverbindungen hergestellt mit unterschiedlichen direkt am Molybdänzentrum gebundenen Gruppen. Dank den Untersuchungen, sind nun die genauen Eigenschaften des Metallzentrums und den daran gebundenen Gruppen bekannt, um mit Sauerstoff kontrolliert zu reagieren. Es stellt sich heraus, dass sich sehr stabile Molybdänsauerstoffverbindungen bilden. Damit diese Molybdänverbindungen als Oxidationskatalysatoren wirken können, müssen Sie in der Lage sein, den Sauerstoff an eine zu oxidierende Substanz wieder abzugeben. Es stellte sich heraus, dass das Übertragen des Sauerstoffs bei weit weniger chemischen Verbindungen möglich ist, als erwartet. Um den Transfer des Sauerstoffs zu erleichtern, wurden verschiedene Möglichkeiten getestet, die zu hochinteressanten Verbindungen geführt haben. Es konnte gezeigt werden, dass der Sauerstoff am Molybdän mit einem bestimmten, elektronenarmen Molekül zwar eine Bindung macht, aber nicht besonders gut, da die chemische Umgebung dies verhindert. Die Molybdänsauerstoffverbindung und das elektronenarme Molekül sind sogenannt frustriert, was zu einer chemisch hochreaktiven Situation führt. Derartige frustrierten Paar sind äußerst effektive Katalysatoren für eine Reihe von Reaktionen. Dieses Projekt liefert grundlegenden Informationen zu metalloxidhaltigen, frustrierten Paaren, die bisher kaum untersucht wurden. Die in diesem Projekt untersuchten Aspekte der Molybdänsauerstoff-Chemie haben unser Wissen über dieses wichtige Teilgebiet stark erweitert und wurden in renommierten Fachjournalen veröffentlicht.