Oberflächengestützte Synthese von funktionalisierten Honeycombene-Makrozyklen und verwandten zweidimensionalen Polymerstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Gottfried; Professor Dr. Gerhard Hilt
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290068185

Oberflächengestützte Synthesen stellen einen interessanten Ansatz für die Modifizierung und Funktionalisierung von Grenzflächen und zur Herstellung neuer Funktionsmaterialien dar. Während der letzten fünf Jahre wurde diese Methode vor allem für die Herstellung von ein- und zweidimensionalen Polymeren erprobt. Die oberflächengestützte Synthese von ausgedehnten organischen Molekülen ist dagegen weitgehend unerforscht.Zudem sind bisher nur wenige geeignete Reaktionen zur Knüpfung kovalenter Bindungen auf Oberflächen bekannt. Ausgehend von gemeinsamen erfolgreichen Vorarbeiten verknüpfen wir in diesem Projekt die Expertise für organische Synthese in der Arbeitsgruppe Hilt mit den Kompetenzen im Bereich Oberflächenforschung in der Arbeitsgruppe Gottfried. Maßgeschneiderte Präkursoren, wie z.B. (poly)funktionalisierte Oligophenylen-Derivate, werden dabei mittels hochflexibler übergangsmetallkatalysierter Methoden synthetisiert und anschließend zur Synthese von komplexen funktionalisierten Makrozyklen auf Metall- und Metalloxid-Oberflächen unter wohldefinierten Ultrahochvakuumbedingungen eingesetzt. Zur umfassenden Aufklärung von Struktur und Zusammensetzung der Reaktionsprodukte verwenden wir Rastertunnelmikroskopie (STM), Photoelektronenspektroskopie (XPS/UPS) und komplementäre Methoden. Die folgenden Ziele stehen dabei im Vordergrund: (a) Oberflächengestützte Synthese von ausgedehnten konjugierten Makrozyklen (Honeycombene), die selbstorganisiert langreichweitig geordnete Strukturen auf Einkristalloberflächen von Metallen und Metalloxiden bilden. (b) Periphere Funktionalisierung der Honeycombene-Bausteine zur nachfolgenden kovalenten bzw. koordinativen Verknüpfung zu neuartigen ausgedehnten 2D-Polymeren. (c) Synthese von innen-funktionalisierten Honeycombenen für molekulare Erkennung in der Kavität und andere sekundäre strukturbildende Prozesse, wie z.B. die Größenkontrolle von katalytisch aktiven Metallnanopartikeln. (d) Herstellung von Honeycombenen im Milligramm-Maßstab durch neuartige oberflächengestützte Synthese an Metallnanopartikeln. (e) Entwicklung neuer Bindungsknüpfungsreaktionen zur oberflächengestützten Synthese. Dazu werden wir u.a. [2+2]-Zykloadditionen untersuchen, bei denen die Bindungsknüpfung durch Metalladatome katalysiert wird. Diese Reaktionen werden bei der Synthese neuartiger Makrozyklen wie einem molekularen Dodekagramm erprobt. (f) Untersuchung der Mechanismen von oberflächengestützten Bindungsbildungsreaktionen als Basis für eine systematische Weiterentwicklung und Optimierung dieser Reaktionen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen