Steuerung von Stereoselektivität in der heterogenen Katalyse durch Funktionalisierung von Pt-Nanopartikeln mit Prolin und Prolinderivaten

• Antragsteller: Professor Dr. Marcus Bäumer, seit 9/2018
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289757887

Reine Enantiomere chiraler Moleküle sind bspw. als pharmazeutische Wirkstoffe oder Pflanzenschutzmittel von enormer Relevanz. Die Nachfrage an enantiomerenreinen Stoffen steigt kontinuierlich und damit die Problematik der nachhaltigen Darstellung. Die asymmetrische Katalyse ist daher eines der wichtigsten Zukunftsthemen in der chemischen Forschung und von großer ökologischer und ökonomischer Relevanz. Während in der Bio- und metallorganischen Katalyse das Thema intensiv untersucht wird, ist es in der heterogenen Katalyse - bis auf wenige Konzepte - weitestgehend unerforscht. Asymmetrische, heterogene Katalyse ist daher für die Grundlagenforschung eine wichtige Herausforderung, die neue konzeptionelle Ideen benötigt. In den letzten Jahren ist es dem Antragsteller gelungen in einem Proof of Concept erste Schritte in Richtung eines neuartigen Ansatzes zu machen. Es wurden kolloidale Pt Nanopartikel (NP) gezielt mit hydrophilen Liganden durch koordinatives oder kovalentes Anbinden funktionalisiert, dann geträgert und als heterogene Katalysatoren eingesetzt. Das Potenzial dieses Konzeptes konnte eindrucksvoll aufgezeigt werden und es ließen sich bereits in den ersten Arbeiten Stereoselektivitäten erzielen. Aufgrund der noch geringen Anzahl an Arbeiten zu diesen neuartigen Systemen ist noch völlig unbekannt, wodurch ihre katalytischen Eigenschaften bestimmt sind, was allerdings Voraussetzung ist, um stereoselektive, aktive und stabile ligandenfunktionalisierte Nanopartikelkatalysatoren entwickeln zu können. Neuste Vorarbeiten zeigen, dass sich durch die Verwendung von Aminliganden die Aktivität der Systeme signifikant steigern lässt und sogar höhere Aktivitäten erzielen lassen als mit ligandenfreien Partikel. Außerdem konnte mithilfe von Prolin als Ligand für die Hydrierung eines beta-Ketoesters (Ethylacetoacetat) bereits ein Enantiomerenüberschuss von 34 % erreicht werden. Ziel des Projekts ist es, aufbauend auf diesen Vorarbeiten die Hydrierung von beta-Ketoestern auf Pt NP funktionalisiert mit Prolin und Prolinderivaten zu untersuchen. Um diese Aufgabe systematisch bearbeiten zu können, wurde in Vorarbeiten ein Syntheseweg entwickelt mit dessen Hilfe alle katalytisch relevanten Materialeigenschaften (Partikel, Ligand, Träger) unabhängig voneinander variiert werden können. Unter Verwendung dieser Strategie soll nun der Einfluss dieser Größen sowie der Reaktionsparameter auf die katalytischen Eigenschaften (Stereoselekvitität, Aktivität und Stabilität) untersucht werden. Da ligandenfunktionalisierte NP sowohl Charakteristika homogener, metallorganischer (Ligand) als auch heterogener Katalysatoren (Partikel, Träger) aufweisen, gelten als Leitfaden für die Studien etablierte Denkweisen aus beiden Feldern. Dadurch soll über die Bestimmung des Einflusses der Systemparameter hinaus herausgefunden werden, inwieweit Erkenntnisse und Wissen aus den beiden Katalysefeldern auf geträgerte ligandenfunktionalisierte NP anwendbar sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Sebastian Kunz, bis 8/2018