Heterokinoid-baserade (bi-)radikaler - Från fundamentala bindningsstudier till små-molekyl aktivering

Tidsperiod:

1 januari 2022 – 31 december 2025

Projektledare:

Andreas Orthaber

Finansiär:

Vetenskapsrådet

Bidragstyp:

Projektbidrag

Budget:

3 863 000 SEK

Att utforska nya molekyler och bindningsmotiv är grundläggande för kemins framsteg; forskning som har som mål att designa, syntetisera och undersöka nya kemiska strukturer kan avslöja nya fysikaliska och kemiska egenskaper och möjliggöra enastående (foto- / redox-) reaktioner. Flesta organiska föreningar byggs upp av kol, väte, kväve, syre, etc., i.e. de ”lätta” huvudgruppämnet. Att utforska ”element-substitution”, dvs. ersätta ett kolfragment med isolobala, dock tyngre huvudgruppmotiv ger en mångfald nya bindningssituationer och kan därmed öppna en ny kemisk reaktivitet som inte kan uppnås med grundämnet som vanligtvis finns i organiska molekyler. Isolobala ersättningar innebära att t. ex. ett kol fragment (R2C=) ersätts av en pniktogen fragment (R-P=) där samma antal bindningselektroner finns, dock bindningssituation, reaktivitet, och den elektroniska situationen påverkas rejält av det här utbyte. Förra sekel riktade sig den här forskningen endast mot att kunna framställa och isolera såna ”underliga” föreningar, dock är vi nu it ett läge där vi kan utveckla nya system och använder de i olika området såsom nya opto-elektronisk-material, sensorer, och katalysatorer.Kinoid-motiv bestående av enbart kol och eller kol och syre vanligtvis förekommer i naturen och spelar viktiga roller i (redox-)processer av biologiska system och andra kemiska reaktioner, medan motsvarande föreningar som innehåller heteroelement utöver de som vanligtvis finns i organiska föreningar är sällsynta. Projektet ska designa och undersöka nya neutrala, katjoniska och anjoniska kinodier baserade på konjugerade system som terminernas av pniktogen-pniktogen, pniktoen-kol, pniktogen-ammonium (=N+) och pniktogen-borat (B-) enheter. Utöver den kinoida resonansformen finns ett visst bidrag från en aromatisk-biradikalsk resonansform. Förhållandet av bidraget från dessa två resonansformer kan ge upphov till antingen en dipolär eller radikal reaktivitet. Uppbyggnaden av dessa föreningar – konjugationsväg/aromaticitet och vilken pniktogen atom används – kommer att styra vikten av resonansformerna och därmed kommer att reglera deras kemisk reaktivitet. Syfte på detta projekt är att skapa reaktiva huvudgrupp-föreningar som har förmågan att bryter starka bindningar, t. ex. sigmabindningen i vätgas eller oreaktiva C-H enheter; men även andra små molekyler som koldioxid kan aktiveras. Elektronsturktur hoss dessa heterokinoid föreningar kan möjligtvis leder till att ersätter övergansmetall katalysator i katalytiska processer och leder till en grönare och effektivare användning av vara resurser. Detta projekt utgår från en frågeställning inom grundforskning om hur underliga molekylmotiven kan framställas, karakteriseras och deras bindningssituation ska beskrivas (WP 1-3). Vi utveckla dessa molekyler med hänsyn till användningen som reaktiva species i aktivering av ”små molekyler”, d.v.s. katalys-liknande processer (WP 4). Det ger en samhällsrelevant aspekt till vår forskning inom kemiska industrin och kampen mot resursslöseri, då huvudgruppämnet inte är sällsynta och möjliggör en långsiktig och hållbar framställning av katalysatorer.Frågeställning adresseras på ett brädd sätt, där olika kemi-inriktningar (fysikalisk, teoretisk, syntetisk, analytisk, material) kombineras för att skåpa ideala förutsättningar till ett framgångsrikt projekt. Projektet omfattar tydliga arbetspaket med uppnåbara mål inom syntes, karakterisering och reaktivitetsundersökning. Vi förvänta oss ett flertal relevanta publikationer i ansedda granskade journaler.