Heterometallische Katalysatoren für Hydroaminierungsprozesse

Die direkte Addition von Aminen an ungesättigte Kohlenwasserstoffe stellt einen abfallfreien und ökonomischen Weg zur Produktion von stickstoffhaltigen, chemischen Verbindungen dar. Diese Schlüsseltechnologie ermöglicht die Herstellung von zentralen Grund- und Feinchemikalien sowie wichtiger Pharmazeutika ausgehend von günstigen, weit verbreiteten Ausgangsmaterialien. Allerdings führt die hohe Reaktionsbarriere dazu, dass die Hydroaminierungsreaktion in der Praxis zusätzlich Katalysatoren benötigt, welche die Umsetzung erleichtern. Leider zeichnen sich industrielle Hydroaminierungsprozesse durch einen hohen, kostenintensiven Energieverbrauch aufgrund der hohen Temperaturen und Drücke aus, welche notwendig sind um die Reaktionen durchzuführen zu können. Als besonders schwierig erweist sich in diesem Zusammenhang die intermolekulare Reaktion zwischen einfachen, nicht-aktivierte Ausgangsmaterialen, die zu stickstoffhaltigen Grundchemikalien umsetzt werden, welche von zentraler Bedeutung für die chemische Industrie sind. Um Hydroaminierungsprozesse umweltverträglicher und kostengünstiger durchführen zu können, bedarf es neuartiger Katalysatoren die es ermöglichen diese Reaktion bereits bei niedrigen Temperaturen effizient und schnell durchführen zu können. Moderne Hydroaminierungskatalysatoren aktivieren lediglich eines der beiden Ausgangsmaterialien, entweder das Amin oder den ungesättigten Kohlenwasserstoff. In Anlehnung an natürliche Katalysatoren (Enzyme), welche schwierige, chemische Reaktionen oft durch die kombinierte Aktivierung von Substraten bei Umgebungsbedingungen meistern, werde ich in diesem Projekt Katalysatoren entwickeln, welche beide Wege kombinieren und simultan beide Ausgangsmaterialien aktivieren. Das Ziel ist hierbei Katalysatoren mit zwei unterschiedlichen Metallatomen herzustellen, welche die intermolekulare Hydroaminierung von nicht-aktivierten Ausgangsmaterialien bereits bei niedrigen Temperaturen effizient und mit hohen Umsatzraten katalysieren. In der weiteren Folge wird dieser Ansatz auf stereo- und regioselektive Hydroaminierung übertragen um gezielt chirale Produkte herzustellen bzw. die schwierige terminale Aminierung von Olefinen zu ermöglichen. Auf diesem Weg möchte ich mit diesem Projekt die Entwicklung von abfallfreien und energiesparenden Prozessen, insbesondere der Hydroaminierung, zur kostengünstigen Herstellung von wichtigen Grundchemikalien maßgeblich vorantreiben. Das Konzept der simultanen Aktivierung, welches sich in der Natur in unzähligen Beispielen findet, könnte im Weiteren auch auf die große Bandbreite an anderen Hydrofunktionalisierungsreaktionen übertragen werden und somit auch der Weiterentwicklung dieser Bereiche dienen.