Heptazine derivatives for the assembly of supramolecular structures and porous networks

• Applicant: Professor Dr. Arne Thomas
• Subject Area: Polymer Materials ; Solid State and Surface Chemistry, Material Synthesis ; Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2016 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 290138723

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Im Projekt wurden eine Vielzahl von neuen Syntheserouten für Heptazin-basierte Moleküle und Materialien entwickelt. Wie schon anfangs erwähnt, ergaben die Umstände, dass das Projekt immer wieder unterbrochen werden musste und dann zu einer anderen Zeit von einer ganzen Reihe von Mitarbeitern bearbeitet wurde. Das führte leider dazu, dass es im Projekt noch eine ganze Reihe „loser Enden“ gibt, d.h. das viele interessante Ansätze noch nicht vollständig ausgearbeitet und beendet wurden. Im Kernthema des Projekts, Heptazinbasierten Moleküle und Netzwerke, wurde daher bisher auch nur wenig publiziert, dabei hätten es viele Ergebnisse durchaus verdient, mit einer Publikation gewürdigt zu werden. Ein Grund für die Zurückhaltung war dabei, dass für viele der sauber hergestellten und vollständig charakterisierten Moleküle und Materialien (noch) keine durchschlagende Eigenschaft oder Anwendung gefunden werden konnte. Im Nachhinein muss dazu gesagt werden, dass der Fokus auf die photokatalytische Wasserstoffevolution vielleicht doch zu eng war und man durchaus auch über andere photokatalytische Reaktionen oder ganz andere Anwendungen hätte nachdenken sollen. Die im Projekt hergestellten Heptazin-basierten Molekülen und Materialien liegen natürlich noch vor und können daher weiter untersucht und getestet werden. Auch nach Abschluss des Projekts ist daher noch mit weiteren Ergebnissen zu rechnen. Zur Herstellung kristalliner, hochporöser Gerüstmaterialien scheint die Route einer nukleophilen Substitution am Trichlorheptazin zum Anbringen funktioneller Gruppen am vielversprechendsten. Mit dieser Idee wurde erst spät im Projekt begonnen, sie ermöglicht aber die einfache Synthese von Monomeren für die COF Synthese. Dies konnte bisher für ein Heptazin-Imin-COF gezeigt werden, welches eine hohe Kristallinität und permanente Oberfläche aufweist.

Publications

• Donor-acceptor covalent organic frameworks for visible light induced free radical polymerization, Chem. Sci. 2019,10, 8316-8322
  P. Pachfule, A. Acharjya, J. Roeser, R.P. Sivasankaran, M.Y. Ye, A. Brueckner, J. Schmidt, A. Thomas
  
• Vinylene-Linked Covalent Organic Frameworks by Base-Catalyzed Aldol Condensation. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 14865 –14870
  A. Acharjya, P. Pachfule, J. Roeser, F. J. Schmitt, A. Thomas
  
• Cobalt-Exchanged Poly(Heptazine Imides) as Transition Metal–Nx Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction, Adv.Mater. 2020, 32, 1903942
  M.-Y. Ye, S. Li, X. Zhao, N. V. Tarakina, C. Teutloff, W. Y.Chow, R. Bittl, A. Thomas
  
• Metal-Assisted and Solvent-Mediated Synthesis of Two-Dimensional Triazine Structures on Gram Scale, J. Amer. Chem. Soc. 2020, 142, 12976-12986
  A. Faghani, M.F. Gholami, M. Trunk, J. Müller, P. Pachfule, S. Vogl, I. Donskyi, M. Li, P. Nickl, J. Shao, M. R.S. Huang, W. E.S. Unger, R.l Arenal, C. T. Koch, B. Paulus, J.P. Rabe, A. Thomas, R. Haag, M. Adeli
  
• Synthesis of Vinylene-Linked Covalent Organic Frameworks from Acetonitrile: Combining Cyclotrimerization and Aldol Condensation in One Pot, J. Amer. Chem. Soc. 2020, 142, 14033–14038
  A. Acharjya, L. Longworth-Dunbar, J. Roeser, P. Pachfule, A. Thomas
  
• Protonated Imine-Linked Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic Hydrogen Evolution, Angew.Chem. Int. Ed. 2021, 60,19797–19803
  J. Yang, A. Acharjya, M.-Y. Ye, J. Rabeah, S. Li, Z. Kochovski, S. Youk, J. Roeser, J. Grüneberg, C. Penschke, M. Schwarze, T. Wang, Y. Lu, R. van de Krol, M. Oschatz, R. Schomäcker, P. Saalfrank, A. Thomas