Überraschende Bindungsknüpfung des chemischen Elements Bor

Aus zwei mach vier: In der neu entdeckten Kupplungsreaktion wird Molekül A in die (zweifach positiv geladene) Bor-Viererkette B umgewandelt, die nun als Ausgangsstoff für die Synthese von Borketten-Polymeren C dienen soll.

Mit der Knüpfung sogenannter Element-Element-Bindungen können in der Synthesechemie aus kleinen Bausteinen gezielt Strukturen hergestellt werden, die komplexer sind als ihr „Ausgangsmaterial“ und sich zum Beispiel für die ressourcenschonende Herstellung hochwertiger Materialien nutzen lassen. Wissenschaftler am Anorganisch-Chemischen Institut der Universität Heidelberg haben eine bisher unbekannte Kupplungsreaktion entdeckt: Zwei positiv geladene Verbindungen des Elements Bor werden so miteinander verknüpft, dass ein neues Molekül mit einer Kette aus vier Boratomen entsteht. Das Team um Prof. Dr. Hans-Jörg Himmel will nun die Weiterentwicklung der überraschenden Bindungsknüpfung untersuchen.

Element-Element-Kupplungsreaktionen spielen in der Kohlenstoffchemie eine zentrale Rolle. So wird beispielsweise durch die Knüpfung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen aus kleinen Bausteinen mit wenigen Kohlenstoffatomen, wie sie beim „Cracken“ von Rohöl entstehen, eine reiche Produktpalette generiert. Dazu gehören Plastik, Treibstoffe, Fette und Waschmittel, aber auch komplexere Stoffe wie Pharmaka. Aufgrund dieser großen Bedeutung wurden viele verschiedene Synthesevarianten entwickelt. Die Heidelberger Wissenschaftler untersuchen in ihren Forschungsarbeiten Kupplungsreaktionen dieser Art mit Verbindungen des Elements Bor, die ähnlich wie entsprechende Kohlenstoffverbindungen aufgebaut sind.

Wie Prof. Himmel erläutert, entsteht eine neue Element-Element-Bindung generell durch eine Reaktion zwischen zwei elektrisch neutralen oder unterschiedlich polarisierten Atomen, jedoch nicht zwischen zwei positiv oder zwei negativ polarisierten. Nun haben die Heidelberger Wissenschaftler eine Kupplungsreaktion entdeckt, bei der zwei positiv geladene Moleküle miteinander verbunden werden. Möglich wird dies durch eine sogenannte Mehrzentrenbindung, die in der Borchemie eine besondere Rolle spielt. „Das Produkt dieser Reaktion ist eine Verbindung mit vier Boratomen, die ihrerseits ein vielversprechender Vorläufer auf dem Weg zur Herstellung von komplexen Borketten ist“, erklärt Prof. Himmel.

Nach Angaben des Heidelberger Chemikers sind derartige Verbindungen des Elements Bor bislang unbekannt. Sein Team untersucht nun die weiterführende Verknüpfung der Bor-Viererkette zu polymeren Borketten, die eine hohe elektrische Leitfähigkeit und andere interessante Materialeigenschaften besitzen sollten und sich für elektronische und opto-elektronische Anwendungen einsetzen ließen, wie der Wissenschaftler erläutert. Die Ergebnisse der aktuellen Forschungsarbeiten wurden in der Fachzeitschrift „Nature Chemistry“ veröffentlicht.

Originalpublikation:
S. Litters, E. Kaifer, M. Enders, H.-J. Himmel: A boron-boron coupling reaction between two ethyl cation analogues, Nature Chemistry (13 October 2013), doi: 10.1038/NCHEM.1776