Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Jacobs-Wissenschaftler entwickeln neue Carben-Komplexe zur vielseitigen industriellen Anwendung

20.03.2013
Carbene sind eine Klasse von meist instabilen Kohlenstoffverbindungen, deren Synthese in Form von Carben-Komplexen erstmalig in den 1970er Jahren gelang.

Für N-heterocyclische Carbene (NHC) fanden sich schnell Anwendungen in der Pharmazie und technischen Prozessen. Wissenschaftler der Jacobs University haben nun neue Synthesewege für stabile und gut handhabbare NHC-Komplexe vorgestellt. Anwendungen ergeben sich als Überladungsschutz in Lithium-Ionen Batterien oder in Form von Flüssigkristallen in LC-Displays. Gefördert wird die Arbeit mit insgesamt € 1,2 Millionen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), dem Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und Merck KGaA.


Verbindung mit flüssigkristallinen Eigenschaften und Molekülstruktur
Foto: Jacobs University

Mit der Vorstufe DFI (1,3-dimethyl-2,2-difluoroimidazolidin) haben Gerd-Volker Röschenthaler, Professor für Chemie an der Jacobs University, und Dr. Tobias Böttcher im Rahmen seiner Doktorarbeit erstmalig einen Carben-Komplex von Phosphor(V) durch oxidative Addition an PF3 und später aus dem wesentlich leichter handhabbaren PCl3 hergestellt. „Unser Ziel war es Synthesemöglichkeiten zu finden, die einfach umsetzbar sind und Arbeitsabläufe in Forschung und Entwicklung erleichtern“, so Röschenthaler.

Der neue Carben-Komplex NHC-PF5 eignet sich für verschiedene Anwendungen. In Kooperation mit Prof. Martin Winter vom MEET-Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster stellte das Jacobs-Forscherteam fest, dass NHC-PF5 als Überladungsschutz in Lithium-Ionen Batterien wirkt: Bei Zugabe in die Elektrolytkomponente einer Batterie, schaltet diese bei 4,6 Volt ab. Das Überladen, was zum Platzen und Entzünden oder schlimmstenfalls zur Explosion der Batterie führen kann, wird so verhindert. Warum NHC-PF5 als Überladungsschutz so gut einsetzbar ist, untersuchen die Wissenschaftler derzeit. An dieser Kooperation beteiligt sind auch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie sowie industrielle Partner, darunter BASF, Volkswagen AG, SGL Carbon, Toda und Merck. Zusammen mit der Universität Münster reichten die Wissenschaflter hierzu ein Patent über „Elektrolyt-Zusatz für Lithium-basierte Energiespeicher“ ein (Universität Münster, Jacobs University Bremen, DE 10 2011 055 028.3, PCT/EP2012/071544).

Neuartige Verbindungen mit flüssigkristallinen Eigenschaften konnten Röschenthaler, Böttcher und ihr Team (Dr. Romana Pajkert und Dr. Maksym Ponomarenko) in Kooperation mit Dr. Matthias Bremer von Merck entwickeln. Die Verbindungen (siehe Abbildung mit Molekülstruktur) weisen besonders große Dipolmomente auf, eine Voraussetzung für den Einsatz als Flüssigkristall. Diese Verbindungsklasse könnte eine neue Art von Flüssigkristallen sein. Das Dipolmoment soll die Eigenschaften verbessern, was beispielsweise eine höhere Brillianz bei Smartphone-Displays oder schnellere Schaltzeiten bei Monitoren und Flachbildschirmen zur Folge hätte.

Zusammen mit Prof. Berthold Hoge der Universität Bielefeld zeigten die Jacobs-Forscher, dass sich Phosphor(V)-Carben-Komplexe durch Fluorwasserstoff sauber zu Salzen mit einem sehr niedrigen Schmelzpunkt (bei Raumtemperatur sind sie flüssig) spalten lassen. Sie können als sogenannte ionische Flüssigkeiten eine breite Anwendung finden. Durch die einfache Herstellung in nur einem Schritt, ist der neue Syntheseweg für die Industrie auch als Reaktionsmedium für organische Synthesen von großem Interesse.

Als weiteren Weg zur Darstellung von Carben-Komplexen wählten Röschenthaler und Böttcher den Carben-Transfer: eine kostengünstige, einfache und vielseitig anwendbare Methode. Hierbei wird zuerst ein Carben-Komplex hergestellt, der stabil und gleichzeitig labil genug ist, um das Carben auf ein anderes gewünschtes Element zu übertragen. Die Wissenschaftler nutzten NHC-SiCl4 als Transfer-Reagenz und übertrugen das Carben auf PCl3 (Chemical Science, 2013, 4, 77-83, DOI: 10.1039/C2SC21214E), als erstes Beispiel eines Carben-Transfers zwischen zwei Hauptgruppenelementen. Darüber hinaus ist auch der Transfer auf Übergangsmetalle möglich, was die Wissenschaftler an Nickel(II) und Palladium(II) chlorid zeigten. Dies ist vor allem deswegen interessant, da solche NHC-Komplexe gute katalytische Eigenschaften besitzen und damit für die Industrie von großer Bedeutung sind. Auch dieses neuartige Herstellungsverfahren wurde patentiert: „Silicon-based Carbene Transfer Reagent“ (Jacobs University Bremen, DE 10 2012 102 535.5).

Fragen beantwortet:
Gerd-Volker Röschenthaler | Professor of Chemistry
E-Mail: g.roeschenthaler@jacobs-university.de| Telefon: +49 421 200-3138

Dr. Kristin Beck | idw
Weitere Informationen:
http://www.jacobs-university.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Besser lernen dank Zink?
23.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Raben: "Junggesellen" leben in dynamischen sozialen Gruppen
23.03.2017 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen