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:
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