Rationale Synthese nichtklassischer Nanographene mittels Cyclodehydrofluorierungs-Algorithmus

• Antragsteller: Professor Dr. Konstantin Amsharov
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 264409058

Das rasant wachsende Interesse an nicht-klassischen Nanographenen (extragroße PAKs mit nicht-sechseckigen Ringen, multihelikalen und/oder porösen Systemen) beruht auf den enormenErwartungen hinsichtlich der möglichen Anwendungen dieser Materialien. Die weitverbreitete Anwendung dieser Materialien blieben jedoch schwer fassbar, da ein einfacher Zugang zu dieserMolekülklasse bislang immer noch fehlt. Daher scheint die Entwicklung neuer effektiver Syntheseansätze für diese einzigartige Materialklasse die zentrale Aufgabe auf diesem Gebiet zu sein. Ziel dieses Projekts ist es, Synthesewege für nicht-klassische NGs auf der Grundlage des C-F-Bindungsaktivierungsansatzes zu entwickeln. Die vorgeschlagene Strategie basiert auf einer hochwirksamen Aryl-Aryl-Kupplungstechnik durch Cyclodehydrofluorierung (CDHF), die inunserer Gruppe entwickelt wurde. Wir haben zuvor herausgefunden, dass die intramolekulare Aryl-Aryl-Kupplung unter milden Bedingungen durch Aktivierung der C-F-Bindung effektiv realisiertwerden kann. In der ersten Phase haben wir erfolgreich die Durchführbarkeit unseres Ansatzes für die Synthese von Nanographenen und gespannten geodätischen Systemen einschließlich funktioneller Buckybowls und Fullerene gezeigt. Neben der hohen Selektivität und häufig quantitativen Umsetzung bietet die CDHF die Möglichkeit, eine dominoartige Kopplung (HF-Zipping)durchzuführen. Dies bietet eine wesentliche Flexibilität bei der Gestaltung des Vorläufers und ermöglicht die Ablösung des herkömmlichen schrittweisen Aufbaus des Kohlenstoffgerüsts durch die intramolekulare Eintopfsynthese. Aufgrund unseres großen Erfolgs bei der Synthese von Nanostrukturen, bei denen mehrere CDHF-Algorithmen eingesetzt werden, beabsichtigen wir dieseReaktion weiter zu untersuchen und einen allgemeinen Syntheseansatz für nicht-klassische NGs zu entwickeln. Unsere vorläufigen Ergebnisse zeigen, dass eine Eingliederung von nichtsechseckigenRingen und der Aufbau von multihelikalen NGs möglich ist. Diese Entdeckung weist damit den Weg zur präparativen Herstellung dieser einzigartigen Materialien auf vollständig kontrollierbare Weise. In diesem Projekt soll die Synthese von helikalen, schalenförmigen (Pentagon enthaltenden) und sattelförmigen (Heptagon enthaltenden) NGs durch Aktivierung der CF-Bindung erfolgen. Dies beinhaltet die Synthese von rational fluorierten Vorläufern, gefolgt von einem „Zippen“ in die gewünschten Nanostrukturen. Die jeweiligen nicht-klassischen NGs sollen mit spektroskopischen und elektrochemischen Methoden untersucht werden. Neben vielen weiteren interessanten Aspekten dieses Projekts soll der Mechanismus der Metalloxid-vermitteltenKondensation weiter untersucht werden. Die beispiellos hohe Effizienz der CDHF zeigt das hohe Potenzial und bietet eine solide Basis für die Verwirklichung der geplanten Ziele.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen