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Welcome to the Group of Prof. Dr. Thomas Müller
Carl von Ossietzky-University of Oldenburg - Inorganic Chemistry

 

Oktober 2018

Frustrierte Moleküle verhalten sich radikal

Oldenburger Chemiker finden Hinweise auf Reaktionen mit Lewis-Paaren

Oldenburg. Wasserstoff ist für die chemische Industrie ein wichtiger Rohstoff – und ein umweltfreundlicher Energieträger, etwa für Fahrzeuge mit Brennstoffzellen. Um das träge Molekül allerdings für chemische Reaktionen nutzbar zu machen, sind Reaktionsbeschleuniger nötig. Diese sogenannten Katalysatoren enthalten meist teure Edel- oder giftige Schwermetalle. Ein Forscherteam der Universität Oldenburg und der TU Berlin um den Oldenburger Chemiker Prof. Dr. Thomas Müller hat nun erstmals mit Hilfe von Experimenten wichtige Hinweise darauf gefunden, wie neuartige, ungiftige Katalysatoren – sogenannte „frustrierte Lewis-Paare“ – Wasserstoff zur Reaktion bringen. Die Ergebnisse haben die Forscher jetzt in der internationalen Ausgabe des renommierten Fachmagazins Angewandte Chemie veröffentlicht.

Lewis-Paare bestehen aus einer Säure und einer Base und damit aus zwei Molekülen, die sich sehr stark anziehen und sich in ihrer Wirkung neutralisieren. Bestehen die Lewis-Paare jedoch aus besonders großen Molekülen mit einer speziellen Bauweise, können sie nicht zusammenkommen – sie sind „frustriert“. Vor gut zehn Jahren entdeckten Wissenschaftler, dass diese verhinderten Paare in der Lage sind, beispielsweise mit Wasserstoffmolekülen – die natürlicherweise aus zwei Atomen bestehen – einen Komplex zu bilden und das Molekül letztlich zu spalten. Dabei besteht die Lewis-Säure aus einer Verbindung, die das Element Bor enthält; die Lewis-Base enthält das Element Phosphor. Bereits vor einigen Jahren fanden die Oldenburger Chemiker zudem heraus, dass statt Bor auch Verbindungen mit Silizium sich als Lewis-Säuren eigenen. „Diese Moleküle einzusetzen, um Wasserstoff zur Reaktion zu bringen, wäre wunderbar“, sagt Müller. Denn der Vorteil ist: Phosphor und Silizium kommen im Gegensatz zu Edel- und Schwermetallen sehr häufig in der Natur vor. Zudem sind sie billig und nicht giftig. Auf welche Weise frustrierte Lewis-Paare Reaktionen mit Wasserstoff auf die Sprünge helfen, haben Wissenschaftler bisher jedoch noch nicht verstanden.

Hier setzt die aktuelle Arbeit der Oldenburger Chemiker an: In Experimenten konnten sie erste Zwischenschritte der außergewöhnlichen Reaktion identifizieren. „Wir konnten in unseren Untersuchungen eindeutig zeigen, dass die frustrierten Lewis Paare sehr reaktive Verbindungen, sogenannte Radikale, bilden“, sagt Anastasia Merk, Doktorandin am Institut für Chemie der Universität und Erstautorin der Studie. Nach Ansicht von Müller seien die Erkenntnisse ein wichtiger Schritt, um die Reaktionsfreudigkeit der Lewis-Paare besser zu verstehen. Die Forscher müssen jedoch noch weitere Untersuchungen durchführen, um ihre Schlussfolgerungen verallgemeinern zu können.

Wann frustrierte Lewis-Paare auch in industriellen Prozessen eine entscheidende Rolle spielen könnten, sei bisher noch unklar, sagt Müller. Dies hänge vor allem von wirtschaftlichen Faktoren ab. Er sieht jedoch noch andere Anwendungen für die reaktionsfreudigen Moleküle – und zwar in der Pharmazeutischen Industrie: So könnten künftig Medikamente, bei deren Herstellung Wasserstoff reagieren muss, ohne giftige Metallrückstände hergestellt werden.

Originalpublikation: A. Merk et al. (2018). Single electron transfer in frustrated and conventional silylium ion / phosphane Lewis pairs. Angew. Chem. Int . Ed. 2018, 57. DOI: 10.1002/anie.201808922 

Highlight: D. Schilter (2018). Frustration leads to radical behaviour. Nature Reviews Chemistry 2018, 2, 255.

Weblinks

Kontakt

Prof. Dr. Thomas Müller, Institut für Chemie, Tel.: 0441/798-3874, E-Mail: thomas.mueller@uodul.depji

September 2018: NDDK Poster Prize

Saskia Rathjen was awarded a poster prize at the North-German PhD Colloquium (NDDK) in Braunschweig. She presented her poster entitled "Determining the Lewis Acidity of Donor Stabilized Silyl Cations".

June 2017: Forscher stellen neue Katalysatoren her

Herausragende Forschungsarbeit künstlerisch auf Deckblatt eines renommierten Fachjournals dargestellt

Oldenburg. Eine neue Klasse Katalysatoren – also Moleküle, die chemische Reaktionen beschleunigen – hat eine Gruppe NachwuchswissenschaftlerInnen um Prof. Dr. Thomas Müller vom Institut für Chemie an der Universität Oldenburg entwickelt. Anders als Katalysatoren aus sogenannten seltenen Übergangsmetallen, bestehen die Verbindungen aus häufig vorkommenden Elementen. Sie sind daher im Vergleich zu den heute eingesetzten, teuren und meist giftigen Katalysatoren günstiger und umweltverträglicher. Die neuen Reaktionsbeschleuniger könnten beispielsweise schwer abbaubare Fluorkohlenwasserstoffe, die unter anderem als Kältemittel dienen und einen Teil der Treibhausgase ausmachen, in harmlose Kohlenwasserstoffe umsetzen. Die Ergebnisse sind in dem renommierten Fachjournal „Chemistry – A European Journal“ erschienen, das das Thema auf der Titelseite präsentiert.

Ein Katalysator nimmt zwar an einer Reaktion zwischen Molekülen teil und bildet dabei eine vorübergehende Zwischenstufe. Sobald jedoch das gewünschte Produkt entstanden ist, wird der Katalysator wieder unverändert frei und kann erneut die Reaktion beschleunigen. Dem Oldenburger Team um Erstautorin Dr. Natalie Kordts, die inzwischen in der chemischen Industrie arbeitet, ist es gelungen, Katalysatoren herzustellen, die ähnlich reaktionsfreudig wie die bisher verwendeten Reaktionsbeschleuniger sind. „Wir haben die Hauptgruppenelemente Silizium, Sauerstoff und Schwefel so kombiniert, dass sie ähnliche Eigenschaften wie die Katalysatoren aus Übergangsmetallen haben“, erklärt Sandra Künzler, die an der Studie maßgeblich beteiligt war. Zurzeit entwickeln die Chemiker die Katalysatoren weiter „In Zukunft könnten sie für die chemische oder pharmazeutische Industrie von Interesse sein“, ergänzt Doktorandin Saskia Rathjen.

N. Kordts, S. Künzler, S. Rathjen, T. Sieling, H. Großekappenberg, M. Schmidtmann & T. Müller (2017). Silyl Chalconium Ions: Synthesis, Structure and Application in Hydrodefluorination Reactions. Doi:10.1002/chem.201700995   

Weblinks

Den sogenannten Katalysezyklus hat Dr. Natalie Kordts für das Titelblatt des Fachmagazins künstlerisch dargestellt: Die Katze (englisch: cat) symbolisiert den Katalysator (englisch: catalist), dessen wichtigster Bestandteil ein Kation – ein positiv geladenes Teilchen – ist (englisch: cation). Die Beutetiere auf dem Bild stehen für die umgesetzten Moleküle. Foto: Natalie Kordts

March 2017: Ph.D. Defense

Crispin Reinhold passed his final Ph.D. exam successfully.
"Synthesis of Sila- and Germacyclopentadienyl Radicals"

January 2017: Ph.D. Defense

Henning Großekappenberg passed his final Ph.D. exam successfully.
"Eigenschaften und Reaktionen tertiärer und sekundärer Silylkationen sowie aluminiumbasierter Lewis-Säuren"

December 2016: Ph.D. Defense

Dennis Lutters passed his final Ph.D. exam successfully.
"Synthese von neuen Silicium(II)-Verbindungen und Studien zu ihrer Reaktivität"

November 2016: Master Defense

Anastasia Merk successfully defended her master thesis.

September 2016: Master Defense

Saskia Rathjen successfully defended her master thesis.

September 2016: Special Guest

Prof. Kim Baines, University of Western Ontario, Canada, is a guest in our working group in Septemeber  2016

February 2016: Master Defense

Jelte Nimoth successfully defended his master thesis.

January 2016: Master Defense

Sandra Künzler successfully defended her master thesis.

January 2016: Heinz-Neumüller Scholarship again!

Dennis Lutters is awarded this year's Heinz-Neumüller Scholarship

December 2015: Ph.D. Defense

Lena Albers passed her final Ph.D. exam successfully.
"Mechanistic Investigations on Lewis Acid-Catalysed Skeletal Rearrangement Reactions of Polysilanes and Germapolysilanes - Subtle Capture of Intermediates"

Not only her flawless defense but also the attendance and support from our guests Dr. Judith Baumgartner, Prof. Christoph Marschner, University of  Graz, Austria, and Prof. Kim Baines, University of Western Ontario, Canada, made this a really special event.

November 2015: Master Defense

Valentin Morosow successfully defended his master thesis.

October 2015: Master Defense

Katherina Rüger successfully defended her master thesis.

September - December 2015: Special Guest

Prof. Kim Baines, University of Western Ontario, Canada, is a guest in our working group from Septemeber to December 2015

March 2015: Ph.D. Defense

Natalie Kordts passed her final Ph.D. exam successfully. 
"Intramolekular stabilisierte Organoelementkationen der Gruppe 14
in der C-F Bindungsaktivierung"

January 2015: Heinz - Neumüller Scholarship

Crispin Reinhold is awarded this year's Heinz - Neumüller Scholarship.

August 2014: ISOS XVII Poster Prizes

Again this time Oldenburg's silicon chemists were awarded with two prizes at the International Symposium on Silicon Chemistry XVII in Berlin. Lena Albers' Poster "Cationic Rearrangements in Polysilanes - The Surprising Preference for Hydrogen Bridged Silyl Cations" was under the ten best posters out of 252 contributions. Natalie Kordts' self drawn poster which she presented in the context of the "Silicon Youth Valley: Si & me" was awarded the special prize for best chemical art.

January 2014: Ph.D. Defense

Matti Reißmann passed his final Ph.D. exam successfully. 
"Synthese, Charakterisierung und Reaktivität von silylkationischen Lewis Paaren"

September 2013: IUPAC Poster Prize

Natalie Kordts was awarded the IUPAC Poster Prize at the GDCh Science Forum Chemistry 2013 in Darmstadt. Combining her remarkable results with her passion in design made her self-drawn poster "New Catalyst for CF Bond Activation" outstanding.

August 2013: Master Defense

Henning Großekappenberg sucessfully defended his master thesis,

May 2013: INTERNATIONAL CHEMISTRY OLYMPICS 2014

Again this year, 18 students from different schools in Lower Saxony joined our preparation seminar for the annual International Chemistry Olympics where they had the chance to deepen their theoretical knowledge and practice working in a laboratory.

December 2012: Ph.D. Defense

André Schäfer passed his final Ph.D. exam successfully.
"Silyliumionen und Silylkationische Lewispaare"

November 2012: Ph.D. Defense

Patrick Zark passed his final Ph.D. exam successfully.
"Experimentelle und theoretische Untersuchungen zu amino- und silylsubstituierten cyclischen Tetrylen"

October 2012: Master Defense

Crispin Reinhold successfully defended his master thesis.

Juli 2012: Ph.D. Defense

Claudia Gerdes passed her final Ph.D. exam successfully.
"Terphenylsubstituierte 7-Silanorbornadiene und das erste 7-Silanorbornadienylkation als Precursorverbindung für ein intermediäres Silyliumyliden"

Juli 2012: Master Defense

Dennis Lutters successfully defended his master thesis.

May 2012: International Chemistry Olympics 2013

For the fourth time our workgroup held a two day preparation seminar for the annual International Chemistry Olympics. 26 ambitious students from different schools in Lower Saxony joined this course where they had the chance to extend their theoretical knowledge and to experience the practical work in a laboratory.

March 2012: OLB-/EWE-Award

Crispin Reinhold is awarded this year's OLB-/EWE-Award for outstanding student performance.

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February 2012: Visiting Ph.D. student from France

Juliette Berthe, Ph.D. student at Laboratoire Hétérochimie Fondamentale et Appliquée, Toulouse, (Group of Prof. A. Baceiredo) is conducting a research project in our group from February till April.

October 2012: Highlight Article

Our article "A New Synthesis of Triarylsilylium Ions and Their Application in Dihydrogen Activation" in Angewandte Chemie is ranked as very important paper.
A. Schäfer, M. Reißmann, A. Schäfer, W. Saak, D. Haase, T. Müller,
Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 12636.

View

- NWZ 7. December 2011

- Pressemitteilung CvO Universität Oldenburg 455/11

- Chemie.de 23. November 2011

- DWV-Mitteilung 2012, 16, 28

- Wasserstoffspiegel 2012, 4

- A. Schulz, A. Villinger, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, n/a. (Hightlight Article)

October 2011: Visiting student from Iran

Nastaran Hayati Roodbari from Teheran University, Teheran, Iran is conducting a research project in our group as an IAESTE student from October till November.

November 2011: Master Defenses

Lena Albers, Corinna Borner, Natalie Kordts and Kai Schütte all successfully defended their Master theses.

August 2011: Oldenburg's Silicon chemists are ahead

Patrick Zark and André Schäfer received both Poster Awards at the XVI International Symposium on Organosilicon Chemistry (ISOS XVI, August 14 - 18, 2011, McMaster University, Hamilton Ontario, Canada) out of a competition of 172 Posters (see www.isos-xvi.org/). They enjoyed (and survived) together the first price, a round trip with a DC3 Dakota. Claudia Gerdes perfected our performance with a Poster of Distinction!

André Schäfer and Claudia Gerdes were also very successful at the Inorganic Discussion Weekend of the Canadian Chemical Society (IDW, August 19 - 21, Crown Plaza, Niagara Falls, Ontario, Canada). André won the poster competition and Claudia's poster received once again a mark of distinction. Needless to say that they presented different topics at both conferences! (see www.isos-xvi.org/post-isos-overview/).

June 2011: Highlight Articel

Our article "Stannylium Ions, a Tin(II) Arene Complex, and a Tin Dication Stabilized by Weakly Coordinating Anions" in Chemistry is ranked as very important paper.
A. Schäfer, F. Winter, W. Saak, D. Haase, R. Pöttgen, T. Müller,
Chemistry - A European Journal 2011, 17, 10979.

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- Nachrichten aus Chemie + Technik, March 2012

June 2011: Cover Page of Organometallics

Our article "Disilylfluoronium Ions - Synthesis, Structure and Bonding" was selected for the front cover of Organometallics.
N. Lühmann, H. Hirao, S. Shaik, T. Müller,
Organometallics 2011, 30, 4087.

Mai 2011: Ph.D. Defense

Nicole Lühmann passed her final Ph.D. exam successfully.
"Die Anwendung von Organoelementkationen der Gruppe 14 in der CF-Aktivierung und theoretische Studien zu Verbindungen mit einem zweifach koordinierten Siliciumatom"

January 2011: Ph.D. Defense

Nadine Dehnert passed her final Ph.D. exam successfully.
"Reaktion der Halogenide der Gruppe 14 mit 1,5-Diphenylbisbidin"



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