Metallcarbene für die organische Synthese

Neuartige Verbindungen, in denen Metalle und Kohlenstoff in Kombination auftreten, können in industriell relevanten Reaktionen eine wichtige Rolle spielen. Eine EU-Finanzierung versetzte die Wissenschaftler in die Lage, unser Verständnis der Synthesemechanismen zu vertiefen, um stärker Einfluss nehmen zu können.

Industrielle Technologien

Metallcarbene sind neuartige metallorganische Verbindungen mit einer Metall-Kohlenstoff-Doppelbindung. Sie können auf zwei verschiedene Arten zerlegt werden, welche den Oxidationszustand des involvierten Metalls verändern. Die Ausnutzung der Reaktivität von Metallcarbenen lässt konjugierte Einzelmoleküldrähte aus dem Metallzentrum wachsen, die für den Einsatz in der Nanoelektronik geeignet sind. Wissenschaftler untersuchten die Verwendung von Metallcarbenen für industriell maßgebliche organische Synthesereaktionen mit Hilfe der EU-Finanziermittel des Projekts "Nanoscience with surface metal carbenes" (NASUMECA). Im Einzelnen untersuchten sie die Entwicklung heterogener Katalysatoren für Olefin-Metathese-Reaktionen, welche die Umverteilung der Alkene (Olefine) durch Brechen und Regeneration von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen beinhalten. Die Olefin-Metathese hat Aufmerksamkeit erregt, da sie dank ihrer relativen Einfachheit nur wenige unerwünschte Nebenprodukte und gefährliche Abfallstoffe im Vergleich zu anderen organischen Reaktionen erzeugt. Das Team konzentrierte sich mehr auf einzelne katalytisch aktive Zentren in Porphyrinmolekülen anstelle der ursprünglich geplanten Oberflächen, da isolierte Metallatome ein größeres Potenzial aufwiesen. Die Porphyrinmoleküle können eine Vielzahl von Metallzentren aufnehmen, die wichtige Aufgaben beim Sauerstofftransport im Blut und bei der Photosynthese übernehmen. Die Porphyrin-Metallzentren haben außerdem ausgezeichnete katalytische Eigenschaften und können Metallcarbene bilden. Die Wissenschaftler konnten einzelne Schichten aus Porphyrinen ohne Bildung von oberflächengebundenen Nebenprodukten metallieren und die grundlegenden Mechanismen klären. Die Resultate werden voraussichtlich starke Auswirkungen auf das Bereich der Porphyrinoid-Metallchemie haben. Die Forscher nutzten mit Erfolg Trirutheniumdodecacarbonyl zur Erzeugung metallorganischer Verbindungen im Vakuum. Das war ein Hinweis auf die Möglichkeit der Anwendung des gleichen Mechanismus zusammen mit anderen Verbindungen zur Einsatz von Metallzentren, die nicht mittels Festmetall-Sublimation zugänglich sind. Eine weitere derartige Verbindung mit der Bezeichnung Triosmiumdodecacarbonyl wurde tatsächlich dank des mechanistischen Verständnisses des Prozesses metalliert. Das Projekt hat durch Erweiterungen in den Laborkapazitäten und die nachfolgenden Experimente wesentliche Fortschritte auf den Gebieten der metallorganischen Chemie, Oberflächenwissenschaften und der molekularen Selbstorganisation erzielt. NASUMECA hat zusätzlich zur wissenschaftlichen Weiterbildung und Förderung von Managementfähigkeiten sichergestellt, dass eine neue Generation von Forscherinnen und Forschern an Anwendungen von sozioökonomischer Relevanz arbeiten kann.

Schlüsselbegriffe

Metall, Carbene, organometallisch, metallorganisch, Metall-Kohlenstoff-Doppelbindung, Katalysatoren, Olefin, Metathese, Alkene, Porphyrin

NAnoscience with SUrface MEtal CArbenes

Metallcarbene für die organische Synthese

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