Zum Einfluss von supramolekularen Direktoren auf den Oberflächen von porösen Wirten mit chiralen Wänden auf die Dynamik von Enantiomeren als Gästen

• Antragsteller: Professor Dr. Sebastian Polarz
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428188436

Die chromatographische Auftrennung von chemisch Verbindungen stellt ein wichtiges Anwendungsgebiet von porösen Festkörpern dar. Auf Grund der Verwandtschaft von Enantiomeren ist deren Aufreinigung aufwändig. Der chromatographische Trennprozess ist zu einem Teil statistisch geprägt, da von der großen Anzahl von Kontakten mit der Oberfläche durch Diffusion nur einige in der korrekten Orientierung erfolgen, um einen stereochemischen Unterschied bzgl. der intermolekularen Wechselwirkung zu induzieren. Ein Höchstmaß an Mobilitätsunterschied der zu trennenden Enatiomere bei minimaler Menge der auf den Oberflächen gebundenen, chiralen Selektoren ist wünschenswert. Um neue Konzepte in der stereoselektiven Chromatographie zu identifizieren, ist es hilfreich, einen Blick in einen anderen Bereich zu werfen, den der asymmetrischen Katalyse. Alleinig die Gegenwart eines chiralen Liganden ist nicht ausreichend, um bestmögliche Enantiomerenüberschüsse zu erzielen. Die Kontrolle über die Orientierung der Ausgangsverbindungen zum aktiven Zentrum ist ausschlaggebend. Die Übertragung des letztgenannten Konzepts auf Wirt-Gast-Chemie leitet zu unserer Vision über: Die Generierung von Oberflächen, die in der Lage sind chirale Gäste so zu orientieren, dass die Beeinflussung ihrer Mobilität und somit der enantioselektive Trennungseffekt optimiert wird. Eine zielgerichtete Synthese derartig komplexer Wirtsmaterialien kann nur dann erfolgreich sein, wenn man dem Trennungsprozess mit molekularer Präzision zuschauen kann und die Mobilität von Gästen nahe an chromatographischen Prozessbedingungen quantifizieren kann. Wir konnten in Vorarbeiten zeigen, dass Letzteres durch die Anwendung verschiedener Elektronenspinresonanz- (ESR) Techniken möglich ist. Die Methoden sind nun soweit ausgereift, um detaillierte Informationen zur Trennung in chiralen, Aminosäure-modifizierten Organosilikatmaterialien als Modellsystemen zu erhalten. Im ersten Arbeitspaket wird es um eine Kontrolle über die Confinement-Bedingungen gehen. Es werden neue Templatierungsstrategien vorgestellt, mit denen Organosilikatmaterialien mit enger Porengrößenverteilung im Bereich 50-150 nm erhalten werden können. Die systematische Veränderung der Wechselwirkung zwischen chiralen Nitroxiden als Spinsonden mit den Oberflächen steht im Zentrum des zweiten Arbeitspakets. Wie nicht-chirale Nachbargruppen den Trennprozess beeinflussen und, ob man diese als molekulare Direktoren für die spezifische Orientierung der Gäste einsetzen kann, stellt eine spannende Fragestellung dar. Unsere wichtigste Observable ist der Enantiomerenselektivitätsfaktor alphaT, der aus cw-ESR Messungen zugänglich ist. Darüber hinaus werden auch Koeffizienten für den nanoskopischen und makroskopischen Transport ermittelt werden, z.B. durch bildgebende ESR Spektroskopie. Abschließend möchten wir überprüfen, wie die Erkenntnisse zur Wirt-Gast-Chemie sich in der realen Anwendung niederschlagen, indem HPLC Trennungsexperimente durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Malte Drescher