Entwicklung neuer Liganden für die Homogenkatalyse

Die Anwendung moderner Übergangsmetallkatalysatoren in der Homogenkatalyse reicht von Umsetzungen im Milligramm-Maßstab im Labor bis hin zu Multitonnen Produktionsanlagen in der chemischen Industrie.

Zur Erzielung optimaler Ausbeuten und Selektivitäten werden die als Katalysator eingesetzten Übergangsmetallkomplexe durch die Wahl geeigneter Liganden für die jeweilige Reaktion optimiert. Hierbei kommen neutrale L-Liganden (Phosphine, Amine etc.) und/oder anionische X-Liganden (Halogenide, Carbanionen etc.) zum Einsatz. Ein vergleichsweise neues Forschungsfeld beschäftigt sich mit den Koordinationseigenschaften von Z-Liganden (σ-Akzeptor Liganden wie z.B. Borane und Alane, Abbildung 1).[1] Hintergrundinformationen zur Klassifizierung von LXZ-Liganden nach der CBC Methode finden Sie hier. Mehr Informationen über die Eigenschaften von Z-Liganden finden Sie hier.

Abbildung 1: Beispiele für verschiedene Übergangsmetallkomplexe mit koordinierten Z-Liganden.

Meine früheren Forschungsprojekte konzentrierten sich auf die Themen Liganden- und Katalysator-Entwicklung für C-C Knüpfungs- und C-C Bindungsbruch-Reaktionen mit Metallen der Cobalt- und Nickel-Gruppe (Link). Der neue Forschungsschwerpunkt liegt auf der Entwicklung neuer Z-Liganden die deren Potential für (neue) C-C und C-X Knüpfungsreaktionen nutzbar machen sollen. Hierzu werden σ-Akzeptoren in das Ligandenrückgrat neutraler Phosphor-Liganden integriert. Die daraus resultierenden ambiphilen Liganden gestatten es die Ladungsdichte am koordiniertem Metall durch eine Kombination von Elektronendonoren und Elektronenakzeptoren gezielt zu manipulieren, um sie perfekt auf die zu katalysierende Reaktion abzustimmen.

Ein wichtiger Schwerpunkt liegt dabei auf der Implementierung von Metallionen als σ-Akzeptor-Ligand. Abbildung 2 zeigt einige bekannte Beispiele von Übergangsmetallkomplexen an die ein Metall-Ligand koordiniert. Durch die Entwicklung neuer ambiphiler Liganden, in denen ein Metall-Ligand fest in das Ligandenrückgrat ("supported framework") eingebunden ist, soll ein neuer Typ von Metall-Liganden dargestellt und deren Einfluss auf die Eigenschaften des koordinierten Übergangmetalls eingehend untersucht werden. Erkenntnisse aus diesen Untersuchungen werden für die gezielte Anwendung in der Homogenkatalyse verwendet werden.

Abbildung 2: Beispiele für verschiede Übergangsmetallkomplexe mit koordinierten Metall-Liganden.

Eine kurze Übersicht zu den wichtigsten Eigenschaften von σ-Akzeptor bzw. Z-Liganden, sowie Verweise auf aktuelle Übersichtsartikel finden Sie hier.

• [1] M. L. H. Green J. Organomet. Chem. 1995, 500, 127-148. Link