Aufkommende biologische Anwendungen von Polyoxometallaten

Polyoxometallate (POMs) bilden eine große Stoffklasse polyatomischer (Übergangs)metall- Oxyanionen, die ein breites Anwendungsspektrum z.B. in der Katalyse, als Sensoren, in der Bio- und Nanotechnologie, in der Medizin und den Materialwissenschaften besitzen. Bislang sind die biologischenStudienunterrepräsentiert, dainsbesondere systematische Untersuchungen zur Speziesbestimmung in Lösung und die Wechselwirkungen zwischen Polyoxometallaten und Biomolekülen fehlen. Dieses Fortsetzungs-Projekt wurde konzipiert, um zum grundlegenden molekularen Verständnis der Interaktion verschiedener POM-Grundstrukturen mit Biomoelkülen im Rahmen ihrer biologischen Funktionen beizutragen. Dabei stehen neue Polyoxometallate wie das Hexagon Sandwich Polyoxowolframat, das gemischte Krebs-type Polyoxowolframat, 4f-Übergangsmetalsubstituierte Germanowolframate, Co-substituierte Germanowolframate und3d-substituierte ÜbergangsmetallräderimFokus.Die Hexagon-Sandwich Polyoxowolframate, und die 4f-Übergangsmetalsubstituierten Germanowolframate werden auf ihre Fähigkeit als selektiv arbeitende saure Phosphatasen hin untersucht. Die gemischtenKrebs-type Polyoxowolframate stellen vielversprechende Oxidationskatalysatoren dar. Die Co-substituierten Germanowolframate sind effiziente Wasserspaltungskatalysatoren und 3d-substituierte Übergangsmetallräder sind derzeit eine synthetische Herausforderung deren Anwendungspotential tiefer erschlossen werden muss. Die Strukturen neuer Polyoxometallate sollen röntgenographisch und spektroskopisch vollständig untersucht werden. POM-Protein-Komplexe sollen röntgenographisch untersucht werden. Die Ergebnisse dieses Projektes werden zum grundlegenden Verständnis sowohl der physikalischen Eigenschaften von Polyoxometallaten als auch deren Wechselwirkungen mit Proteinen beitragen an denen es aktuell in der Forschung fehlt. In Kooperation mit der Arbeitsgruppe Eder von der TU Wien sollen die Co-substituierten Germanowolframate auf ihre Fähigkeit hin, Wasser zu spalten und molekularen Sauerstoff und Wasserstoff frei zu setzen, getestet werden. Die hier geplanten Untersuchungen ordnen sich in den thematischen Schwerpunkt Klima und Energiepolitik ein, da die Zukunft unserer Energiegewinnung eine wirtschaftlich wie politisch entscheidende Rolle spielen wird.

Polyoxometallate (POMs) stellen eine große Klasse meist anionischer Cluster dar, die aus Metallen in hohen Oxidationsstufen bestehen, die über Sauerstoffatome miteinander verbunden sind. Dies führt zu einer großen Vielfalt einzigartiger Strukturen mit möglichen Anwendungen in den Materialwissenschaften, der Photochemie und der biologischen Chemie, einschließlich der Proteinkristallographie. Lakunäre (leere) POMs können als anorganische, mehrzähnige Makroliganden gegenüber verschiedenen Elektrophilen (z. B. d- und f-Block-Metallionen, organometallische Spezies) betrachtet werden. Dies führt zu einer großen Vielfalt an POM-Strukturen (Form, Größe, Zusammensetzung usw.) sowie Eigenschaften (thermische und oxidative Stabilität, Säuregehalt, Redoxaktivität, Löslichkeit usw.) und potenziellen Anwendungen. Dieses Förderprojekt sollte zum grundlegenden Verständnis neuer POM-Archetypen und -Strukturen und ihres Potenzials in neuen biologischen Anwendungen beitragen. Die Ziele dieser Studie sind die Synthese neuer POM und die Erforschung ihres Potenzials als neuartige Katalysatoren für Anwendungen, bei denen dringend neue Katalysatoren benötigt werden und POM die aussichtsreichsten Kandidaten sind. Die Anwendung von POM in der Katalyse wird durch ihre faszinierenden Eigenschaften angeregt, darunter einstellbare Säure- und Redoxeigenschaften, inhärente Beständigkeit gegen oxidative Zersetzung, hohe thermische Stabilität und beeindruckende Empfindlichkeit gegenüber Licht und Elektrizität. Diese bemerkenswerten Eigenschaften stehen in engem Zusammenhang mit ihren Strukturen und Zusammensetzungen. Die gut definierte atomare Konnektivität von POM bietet die Zusammensetzungsvielfalt, die für eine strenge Bewertung der Auswirkungen der Zusammensetzung auf die katalytische Reaktivität erforderlich ist. Für die Synthese von POM wurden neue synthetische Wege eingeschlagen. Eine Kombination aus Röntgenstrukturanalyse, elektrochemischen und magnetischen Messungen, IR-Spektroskopie, thermogravimetrischer Analyse (TGA), Massenspektrometrie und Elementaranalyse waren die Methoden der Wahl zur Charakterisierung neuer Verbindungen und zum Erreichen der vorgeschlagenen Ziele.