Forschung
Generelle Forschungsthematik des Lehrstuhls
- Präparative und strukturelle Organometallchemie
- Organische Synthese
- Liganden-Design und Ligandensynthese für die Katalyse
- Reaktionsmechanismen in Metallorganik und Katalyse
- "Angewandte" Theorie organischer und metallorganischer Verbindungen
In allen Szenarien für die Chemie der kommenden Jahrzehnte wird bei den absehbar wichtigsten Forschungsrichtungen die herausragende Bedeutung der Katalyse betont. Ihr wird insbesondere in der organischen Synthesechemie eine zunehmend dominante Rolle zukommen. Katalytische Prozesse involvieren in vielen Fällen Übergangsmetalle, Basiswissenschaft der homogenen Katalyse an Übergangsmetallzentren ist die Organometallchemie.
Steigende Anforderungen an Selektivität, Ressourcenschonung und „Atom-Ökonomie“ bei der organischen Synthese in Technik und Laboratorium werden die Ansprüche an homogenkatalytische Verfahren bei organischen Groß- und Zwischenprodukten, aber auch die Bedeutung katalytischer und stöchiometrischer „Templatsynthesen“ von Feinchemikalien an Metallzentren in der Zukunft noch erheblich verstärken. Übergangsmetalle bieten aufgrund ihrer intrinsischen, unterschiedlichen Atomeigenschaften und durch die Möglichkeiten eines rationalen und gezielten Designs von elektronisch abgestimmten und sterisch maßgeschneiderten Liganden eine nahezu unbegrenzte Vielfalt synthetisch nutzbarer Interaktionen und Reaktionen mit organischen Substratmolekülen.
Die Entdeckung neuer homogenkatalytischer Reaktionsweisen oder stöchiometrischer Umwandlungen organischer Substrate mit Übergangsmetallen und deren Entwicklungschancen in Richtung auf industriell einsetzbare Varianten werden entscheidend von Strategie und Ausmaß der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der Organometallchemie der Übergangselemente bestimmt sein. Die experimentelle und/oder theoretische Aufklärung von Struktur-Reaktivitäts-Beziehungen (Modellrechnungen, Spektroskopie, Kinetiken etc.) und das mechanistische Verständnis der auf molekularer Ebene ablaufenden Elementarprozesse sind hierbei Voraussetzungen für eine rational planbare, dem "Trial-and-Error-Vorgehen" entwachsende Katalyseforschung.
Aktuelle experimentelle und theoretische Arbeitsgebiete:
- Aktivierung und Funktionalisierung von C-H-, C-C- und C-X-Bindungen an Übergangsmetallen, N-H-Aktivierung von Ammoniak und Aminen
- Katalytische Hydrosilylierung, Carbonylierung, Hydrocyanierung, Hydroaminierung
- Design und Synthese maßgeschneiderter Liganden
- Experimentelle und theoretische Arbeiten zur Olefinmetathese
- Polymerisationskatalysatoren
- Synthese und Chemie von Kupfer-Carbenen und -Nitrenen
- Quantenchemische Modellrechnungen für Homogenkatalyse und Metallorganik
Am 1. Juli 2002 hat der Sonderforschungsbereich der Heidelberger Chemie (SFB 623: Molekulare Katalysatoren: Struktur und Funktionsdesign) seine Arbeit aufgenommen. Dieser SFB bindet Arbeitsgruppen aus dem Anorganisch-, Organisch- und Physikalisch-Chemischen Institut, aus der Theoretischen Chemie, aus der Pharmazie, der Technischen Chemie und aus dem Interdisziplinären Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) in seine Aktivitäten ein. Durch die enge Verzahnung experimenteller und theoretischer Expertise aller Beteiligten soll vor allem ein tiefgreifendes Grundlagenverständnis von Katalyseprozessen auf molekularer und atomarer Ebene erreicht werden. Die durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft, den Bund, das Land, die Universität und die BASF-SE verfügbar gemachte Großgeräteausstattung wird den Einsatz modernster, robotergesteuerter High-Throughput-Screening- und Parallelsynthese-Technologie im Rahmen der Forschung des SFB ermöglichen.
Nach maximaler Laufzeit von drei Förderperioden wurde der SFB 623 im Jahr 2013 mit großem Erfolg abgeschlossen (Abschlusssymposium).
Monographie zum SFB 623:
Gade, Lutz H. / Hofmann, Peter (Hrsg.)
Molecular Catalysts
Structure and Functional Design
1. Auflage Juli 2014
ISBN 978-3-527-33521-3 - Wiley-VCH, Weinheim
