Ein dispersives QCL-VCD-Spektrometer zur Charakterisierung asymmetrischer Katalysatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Merten
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389178573

In verschiedenen Arbeiten konnte bereits gezeigt werden, dass die chiroptische Version der Infrarotspektroskopie, die sogenannte „vibrational circular dichroism (VCD)“-Spektroskopie, neue Einblicke in die Strukturen und Konformationen asymmetrischer Katalysatoren und Katalysator-Substrat-Komplexe geben kann. Diese Arbeiten waren allerdings bisher auf isolierbare stabile Spezies, z. B. wasserstoffgebundene Cluster mit großen Bindungskonstanten oder in situ und in hoher Ausbeute erzeugte Zwischenprodukte, beschränkt. Diese Einschränkung geht zurück auf den Aufbau des VCD-Experiments: Die VCD-Spektroskopie misst die Differenz in der Absorption von links- und rechts-zirkular polarisiertem IR-Licht. Diese Messungen werden in Transmission durchgeführt, so dass Spektralbereiche in denen Totalabsorption auftritt nicht charakterisiert werden. Solch Totalabsorption tritt auf, wenn aufgrund von kleinen Gleichgewichtskonstanten beispielsweise ein Überschuss an Substrat zur Bildung des Katalysator-Substrat-Komplexes zugegeben werden muss oder wenn ein stark absorbierendes Lösungsmittel verwendet wird. In diesem Projekt soll ein dispersives VCD-Spektrometer aufgebaut werden, das einen Quantenkaskadenlaser (QCL) als helle Lichtquelle nutzt. Mit diesem Spektrometer werden die Einschränkungen durch Totalabsorption weitgehend überwunden werden können. Ausgestattet mit einem weit durchstimmbaren QCL wird es das dispersive QCL-VCD-Instrument ermöglichen, asymmetrische Katalysatoren bei realistischeren Katalysator-Substrat-Verhältnissen zu charakterisieren, was Studien an Systemen mit kleinen Bindungskonstanten ermöglicht. Weiterhin wird eine größere Bandbreite von Lösungsmitteln zugänglich werden - Toluol, Diethylether, sogar Wasser werden möglich werden. Es wird erwartet, dass das QCL-VCD ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis als die FT-VCD ermöglicht, wodurch auch wesentlich schnellere Messungen möglich werden. Dadurch wird Reaktionsverfolgung möglich und spezialisierte Spektrenanalysemethoden können Zugang zu den VCD-Spektren von Zwischenprodukten ermöglichen, die in komplexen Reaktionsgemischen nur in geringer Ausbeute vorhanden sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Tunable CW Quantum-Cascade Laser
• Gerätegruppe: 5730 Spezielle Laser und -Stabilisierungsgeräte (Frequenz, Mode)