In dem zum 1.1.2011 gestarteten Transregio-Sonderforschungsbereich (SFB/TRR 88 "3MET") forschen Gruppen an der TU Kaiserslautern und am Karslruher Institut für Technologie gemeinsam an kooperativen Effekten in homo- und heterometallischen Komplexen.

Zum gemeinsamen Thema "Kooperative Effekte in homo- und heterometallischen Komplexen (3MET)" haben sich insgesamt neunzehn Projekte zusammengefunden, aufgegliedert in die drei Projektbereiche (a) Magnetismus, (b) Synthese und Katalyse sowie (c) Optische Eigenschaften und Spektroskopie. Die Wissenschaftler erhoffen sich aus ihrer grundlagenorientierten Forschung langfristig ein großes Potenzial für Anwendungen, etwa für schaltbare Molekülmagnete, selektive Katalysatoren und optische Funktionsmaterialien. In jedem Fall liegt der Ausgangspunkt bei der Herstellung von Verbindungen mit bis zu drei Übergangsmetall-Atomen und der Charakterisierung ihrer Wechselwirkungen auf- und miteinander.

Der AK Bräse engagiert sich hier insbesondere im Projektbereich B: Synthese und Katalyse.

Ein Aufgabenbereich der Untergruppe besteht in der Synthese geometrisch fixierter, chiraler, mehrkerniger metallorgansicher Komplexe und die Untersuchung ihrer katalytischen und optischen Eigenschaften. Außerdem widmen wir uns den Einsatzmöglichkeiten von mehrkernigen Metallkomplexen in den Materialwissenschaften (siehe auch „KSOP“) und für biologische Anwendungen.

Abbildung 1: Durch Paracyclophan-Gerüste lassen sich mehrkernige Metallkomplexe mit katalytisch aktiven Metallzentren darstellen.

Als Ligandensystem bedienen wir uns etwa di- und höherfunktionalisierter Paracyclophanen mit verschiedenen Donormotiven, die durch die rigide Struktur des Paracyclophangerüstes die komplexierten Metallzentren in eine definierte strukturelle Beziehung zueinander bringen.

Die erhaltenen Komplexe werden in verschiedenen Reaktionen als potentielle asymmetrische, multimetallische Katalysatoren getestet und, in Zusammenarbeit mit verschiedenen Arbeitsgruppen, die Kooperation der Metallzentren sowie deren optische Eigenschaften untersucht.

Von Paracyclophan (siehe Metallkomplexe) zu Pyridinophan ist es nur ein kleiner Schritt: Von diesem Punkt aus lassen sich durch Variation der zweiten Donorgruppe zahlreiche Liganden herstellen. Je nach gewähltem Metall, gewählter Stöchiometrie und gegebenenfalls weiterer Liganden lassen sich verschiedensten mehrkernige Systeme herstellen. Die katalytischen Eigenschaften dieser Systeme werden derzeit evaluiert.

Abbildung 2: Von Paracyclophanen zu Pyridinophanen: Ein modulares System für die Darstellung mehrkerniger Komplexe wurde entwickelt.

Abbildung 3: Ein- und mehrkernige Metallkomplexe mit Metallen des d-Blocks eignen sich zum Einsatz in OLEDs.

Im AK Bräse wird an metallorganischen Verbindungen der frühen d-Block-Metalle gearbeitet, die in Organischen Leuchtdioden zum Einsatz kommen können. Diese Verbindungen kommen ohne das heute oft verwendete, aber teure und sehr seltene Metall Iridium aus und basieren stattdessen auf gut verfügbaren Metallen wie Zink und Kupfer. Durch entsprechende Liganden lassen sich auch mit derartigen Systemen sehr effiziente Systeme für OLEDs darstellen, die in puncto Effizienz hinter den bisher standardmäßig verwendeten Iridiumkomplexen nicht zurückstehen.

Neben den interessanten optischen Eigenschaften werden auch diese Systeme für verschiedenste katalytische Anwendungen optimiert und getestet.

Abbildung 4: Mit einfachen, modularen Systemen lassen sich nahezu alle Farben des sichtbaren Spektrums mit Metallkomplexen abdecken. Viele der Systeme weisen neben interessanten optischen auch katalytische Eigenschaften auf.

Die Wechselwirkung von mehrkernigen Komplexen mit biologischen Systemen ist bisher kaum untersucht. Durch die Verwendung fluoreszierender, mehrkerniger Komplexe lassen sich durch Imaging-Verfahren wie die Fluoreszenzmikroskopie interessante Schlussfolgerungen ziehen.

Abbildung 5: Ein grün-fluoreszierender Dreikerner wurde durch Clickchemie kovalent an Zellen geknüpft.

 http://www.3met-symposium2013.de/

[1] Daniel M. Zink, Tobias Grab, Thomas Baumann, Martin N. Nieger, Ericka. C. Barnes, Wim. Klopper, Stefan. Bräse, Organometallics 2011, 30, 3275–3283.

[2] S. Ay, R. E. Ziegert, H. Zhang, M. Nieger, K. Rissanen, K. Fink, A. Kubas, R. M. Gschwind, S. Bräse, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12899–12905.