Moleküldynamik-Simulationen zum Stofftransport bei der Reaktivextraktion
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Computer-Simulationen stellen ein geeignetes Werkzeug dar, molekulare Erkennungsmuster und die zugrunde liegenden charakteristischen Wechselwirkungen zu erfassen und zu beschreiben. Schwerpunkt dieses Projektes war es, Molecular Modeling- Rechnungen zur Charakterisierung der Strukturbildung von Aminen mit kationischen und anionischen Partnern in Abhängigkeit von äußeren Parametern (pH, Lösungsmittel) insbesondere auch im Hinblick auf deren Dynamik in Lösung und beim Stoffübergang über Flüssig-flüssig-Phasengrenzen einzusetzen und damit einen Beitrag zum molekularen Verständnis derartiger Vorgänge zu leisten. Durch die damit verbundene Erweiterung des vorliegenden Kenntnisstandes werden gleichzeitig Möglichkeiten einer gezielten Einflussnahme im Sinne einer optimalen Prozeßgestaltung aufgezeigt. Die Rechnungen konzentrierten sich dabei einmal auf die Strukturermittlung von unterschiedlichen Aminliganden und deren Anionen- und Kationenkomplexen unter Einsatz von DFT-Verfahren, weiterhin auf die Beschreibung der Hydratationsdynamik der Modellverbindungen NH3 und alkylsubstituierter Amine sowie speziell auf Moleküldynamik-Simulationen im Extraktionssystem Metallsalz bzw. Säure-H2O/Polyamin-Verdünnungsmittel. Ein wesentliches Ergebnis ist die erstmalige Behandlung von Ammoniak sowie Aminen und ihren protonierten Formen in wässriger Umgebung mit Hilfe von Car-Parrinello-Moleküldynamik-Simulationen sowie die theoretische Ableitung relevanter Basenkonstanten. Die durchgeführten Rechnungen zu Wechselwirkungen von ausgewählten tripodalen Aminen bzw. strukturverwandten Aminocryptanden mit der Lösungsmittelumgebung (Wasser, Toluol, CHCl3) weisen auf einen dominierenden Einfluss von Wassermolekülen hin, wobei signifikante Strukturänderungen durch ausgeprägte Wasserstoffbrückennetzwerke und die Bildung unterschiedlicher Wassercluster impliziert werden. Diese Wechselwirkungen sind ebenfalls von ausschlaggebender Bedeutung für die Zweiphasensysteme, wobei beim Stoffübergang dadurch neben den Strukturänderungen zusätzlich Basizitätsverschiebungen der Aminstickstoffdonorfunktionen wirksam werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Preorganized complexing agents as a tool for selective solvent extraction processes. Ind. Eng. Chem. Res. 2000, 39, 3616-3624
C. Chartroux, K. Wichmann, G. Goretzki, T. Rambusch, K. Gloe, U. Müller, W. Müller, F. Vögtle
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QSPR of extractability trends of lanthanoid series using novel molecular mechanics calculations. In: Solvent Extraction for the 21st Century, M. Cox, M. Hidalgo, M. Valiente, Eds., SCI, London 2001, Vol. 1, pp. 687-692
K. Yoshizuka, K. Inoue, K. Ohto, K. Gloe, H. Stephan, T. Rambusch, P. Comba
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Tailor-made aromatic cage compounds as a tool for selective solvent extraction of metal ions. In: Solvent Extraction for the 21st Century, M. Cox, M. Hidalgo, M. Valiente, Eds., SCI, London 2001, Vol. 1, pp. 239-244
K. Gloe, C. Chartroux, T. Rambusch, F. Ahuis, S. Ibach, F. Vögtle
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A new cryptophane receptor featuring three endo-carboxylic acid groups: synthesis, host behavior and structural study. Chem. Eur. J. 2003, 9, 1104-1112
C.E.O. Roesky, E. Weber, T. Rambusch, H. Stephan, K. Gloe, M. Czugler
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Where the anion extraction is going? Chem. Eng. Technol. 2003, 26, 1107-1117
K. Gloe, H. Stephan, M. Grotjahn
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Anion controlled supramolecular self-assembly of tetraprotonated tris[2-(benzylamino)ethyl]amine. Z. Anorg. Allg. Chem. 2004, 630, 998-1006
B. Antonioli, K. Gloe, K. Gloe, G. Goretzki, M. Grotjahn, H. Heßke, M. Langer, L.F. Lindoy, A.M. Mills, T. Söhnel
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Macrocyclic ligand design. Structure-function relationships involving the interaction of pyridinylcontaining, oxygen-nitrogen donor macrocycles with selected transition and post transition metal ions on progressive N-benzylation of their secondary amines. Dalton Trans. 2004, 3715-3726
J.R. Price, M. Fainerman-Melnikova, R.R. Fenton, K. Gloe, L.F. Lindoy, T. Rambusch, B.W. Skelton, P. Turner, A.H. White, K. Wichmann
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Molecular modeling and related computational techniques. In: Encyclopedia of Supramolecular Chemistry, J.L. Atwood, J.W. Steed, Eds., Marcel Dekker, New York, 2004, pp. 901-908
M. Grotjahn, T. Rambusch, K. Gloe, L.F. Lindoy
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An unprecedented bridging [Ag2(NO3)6]4- anion as a compound of an infinite silver(I) molecular ladder incorporating a dinuclear cationic silver complex of a bis-dipyridylamine ligand. CrystEngComm 2006, 8, 748-750
B. Antonioli, J.K. Clegg, D.J. Bray, K. Gloe, K. Gloe, H. Heßke, L.F. Lindoy
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Comparative study on the transition metal complexes of a novel thiacalix[4]arene derivative. Chem. Phys. 2006, 320, 193-206
A. Suwattanamala, D. Appelhans, M. Wenzel, K. Gloe, A.L. Magalhaes, J.A.N.F. Gomes
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Hydration behaviour of alkyl-substituted amines and their protonated forms: I. Ammonia and methylamine. J. Phys. Chem. A 2007, 111, 9848-9853
H. Heßke, K. Gloe
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A new 34-membered N6O4-donor macrocycle: synthesis, X-ray and solvent extraction studies. New J. Chem. 2008, 32, 132-137
M. Wenzel, K. Gloe, K. Gloe, G. Bernhard, J.K. Clegg, X.-K. Ji, L.F. Lindoy
