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Charge Separation – A General Motif for the Activation and Catalytic Functionalization of Strong Bonds

Description du projet

Le cerveau plus fort que les muscles

La conception rationnelle de nouvelles molécules pour des applications, allant de l’énergie à la médecine et au-delà, se heurte fréquemment à un goulot d’étranglement, la nature ne voulant pas que les réactions se déroulent. Les scientifiques peuvent savoir quels atomes ils veulent et où ils les veulent, ainsi que les blocs de construction chimiques disponibles pour désassembler et réassembler des molécules à l’instar de briques de Lego. Cependant, les liens solides entre deux atomes peuvent s’avérer difficiles à briser, ce qui complique la tâche consistant à retirer un atome ou un groupe d’atomes et à le remplacer par un autre. Le projet PUSH-IT, financé par l’UE, développe une nouvelle voie pour l’activation et la fonctionnalisation des liens forts de manière durable, ouvrant la porte à une nouvelle ère d’innovation dans la chimie synthétique pour de nombreuses applications.

Objectif

PUSH-IT aims to establish charge-separation within formal multiple bonds as a concept for the activation of strong bonds in redox catalysis. The project is motivated by sustainable chemistry and displays a bottom-up approach for new methods relevant for chemical synthesis as well as chemical energy conversion and storage.
Inspired by heterogeneous catalysis, we will “push electrons” through formal multiple bonds and translate new principles from main-group chemistry to metals, which readily change oxidation states. We propose these charge-separated, vicinal zwitterions as the “activated” key intermediates for the functionalization of strong bonds (C–C, C–H, C–O, N–H and O–H). Importantly, we anticipate complementary and hence hitherto elusive chemo- and regiodiscrimination to the state of the art due to the unprecedented nucleophilicity of these compounds. The targeted applications include both fine- and bulk chemical synthesis.
The interdisciplinary project focuses on coordination chemistry and combines inorganic and organic synthesis with catalysis and advanced spectroscopy. High-end computational design will guide all experiments. More specifically, hitherto unknown vicinal zwitterions of an earth-abundant alkaline earth metal (magnesium), late transition metals (palladium, platinum, gold), and a non-toxic heavy p-block element (bismuth) with carbon (terminal carbides), nitrogen (terminal imides) and oxygen (terminal oxides) atoms will be isolated using innovative and novel synthetic approaches. With these new and exciting molecular coordination compounds in hand, we will establish the stoichiometric activation and functionalization of strong bonds and will develop catalytic redox cycles.
Overall, this research project will introduce a novel mechanism for bond activation in catalysis, which will allow us to understand elementary steps on heterogeneous surfaces as well as invent new chemical transformations in homogeneous reaction media.

Mots‑clés

Régime de financement

ERC-STG - Starting Grant

Institution d’accueil

UNIVERSITAT DES SAARLANDES
Contribution nette de l'UE
€ 1 499 658,00
Adresse
CAMPUS
66123 Saarbrucken
Allemagne

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Région
Saarland Saarland Regionalverband Saarbrücken
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 499 658,00

Bénéficiaires (1)