Professur für Physikalische Organische Chemie
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Professur für Physikalische Organische Chemie Prof. Dr. Thomas Straßner Physikalische Organische Chemie, Technische Universität Dresden, Bergstrasse 66, D-01062 Dresden Aktuelle Forschungsgebiete -Metallkomplexe N-heterocyclischer Carbene -Homogenkatalytische Reaktionen -Quantenchemie und Reaktionsmechanismen -Triplettemitter für OLEDs -Organokatalyse in Theorie und Praxis -Chirale Carbene für stereoselektive Reaktionen Metallkomplexe N-heterocyclischer Carbene Seit der Entdeckung der überraschenden Stabilität der N-heterocyclischen Carbene durch Arduengo im Jahre 1991 haben Übergangsmetallkomplexe mit diesen Liganden eine Vielzahl von Anwendungen als Katalysatoren in organischen Synthesen und industriellen Prozessen gefunden. Als hochstabile, elektronenreiche σ-Donoren ersetzen sie zunehmend die bisher verwendeten Organophosphane in metallorg. Katalysatoren. Im Arbeitskreis von Prof. Straßner werden neue Metallkomplexe mit chelatisierenden Biscarbenliganden entwickelt, die aufgrund von mehreren Metall-Kohlenstoffbindungen eine noch höhere Stabilität aufweisen. Diese neuen Katalysatoren erlauben daher, auch schwierige Reaktionen wie die CHAktivierung von Methan bei niedrigen Temperaturen durchzuführen. Quantenchemie und Reaktionsmechanismen Homogenkatalytische Reaktionen Von einer homogenen Katalyse wird gesprochen, wenn bei einer chemischen Reaktion der Katalysator und die Reaktanden in der selben Phase vorliegen. Bei den in der Arbeitsgruppe von Prof. Straßner untersuchten homogenen Katalysatoren wird das zentrale Metallatom meist von Carbenliganden komplexiert, die einen wesentlichen Einfluss auf Selektivität und Umsatz der Reaktionen haben. Derzeit werden BiscarbenKatalysatoren für organische Reaktionen, wie zum Beispiel die Mizoroki-Heck Reaktion, die Hydrosilylierung und die CH-Aktivierung von Alkanen untersucht. Eine in den letzten Jahren immer wichtiger werdende Form der Katalyse ist die enantioselektive Organokatalyse. Anstelle von Übergangsmetallen werden organische Moleküle als Katalysatoren verwendet. Entscheidend für die Stereoselektivität ist hierbei der Übergangszustand der Reaktion. Bei dem hier gezeigten Übergangszustand einer ClaisenUmlagerung erfolgt die Aktivierung des Substrats durch die Ausbildung von Wasserstoffbrücken vom organischen Katalysator zum Substrat. Die Quantenchemie hilft auch hier beim Verständnis der Mechanismen. R R' + R Pd-Kat. + HX 140 °C, NaOAc, DMAc R' X Hydrosilylierung: R'' CH2 + H SiR3 R' Pt oder Ru-Kat. CH CH2 SiR3 R' R'' CH-Aktivierung: Biscarben Kat. CH4 + CF3COOH CF3 COOCH 3 2 KHSO4 K2 S2O8 Triplettemitter für OLEDs Der Hauptgrund für das weit verbreitete Interesse an der OLED Technologie ist der geringe Energiebedarf bei gleichzeitig intensiver Farbdarstellung und langer Haltbarkeit solcher Displays. Diese Eigenschaften werden vor allem für mobile Geräte benötigt. Besonders die sogenannten „phosphorescent-OLEDs“ (PHOLEDs) zeigen hier ein besonderes Potential. Im Gegensatz zu den heute häufig verwendeten „fluorescentOLEDs“, die nur ca. 25% der elektrischen Energie in Licht umwandeln können, zeigen die PHOLEDs eine deutlich höhere Lichtausbeute. Diese effizientere Elektrophosphoreszenz kann dabei durch einen Energietransfer von einem fluoreszierenden zu einem phosphoreszierenden organischen Molekül erreicht werden. Die Quantenchemie ist die Anwendung der Quantenmechanik auf chemische Problemstellungen. Dank immer schnellerer Computer sind quantenchemische Rechnungen trotz des beträchtlichen Rechenaufwandes heute mit hoher Genauigkeit möglich. Diese Rechnungen tragen entscheidend zum Verständnis der molekularen Abläufe katalytischer Reaktionen bei. Organokatalyse in Theorie und Praxis Mizoroki-Heck Reaktion: Chirale Carbene für stereoselektive Reaktionen N N N R2 N R2 2 IR1 + Pd(OAc)2 R1 N DMSO R2 N N R1 N Pd I I R2 R1 Durch die Verwendung von chiralen Imidazoliumsalzen in der Synthese von Biscarbenkomplexen sind chirale Übergangsmetallkomplexe zugänglich. Diese können in der organischen Synthese als Katalysatoren für den Aufbau von neuen enantiomerenreinen Produkten dienen. Wir danken:
