Entwicklung von neuartigen Strategien zur Optimierung von Oxidationsreaktionen mit Kupfer(I)-Komplexen und Sauerstoff

Abstract

Die Transformation hin zu einer nachhaltigeren Form der Herstellung von Gütern stellt eine zentrale Aufgabe unserer und kommender Generationen dar. In allen Zweigen der Industrie müssen umweltfreundlichere Alternativen zu etablierten Methoden entwickelt werden, so auch in der chemischen Industrie. Inspiriert durch die Funktionsweise von Enzymen konnten in der Vergangenheit verschiedene Kupfer(I)-Komplexe entwickelt werden, welche die Reaktivität von Enzymen nachahmen. Diese Modellsysteme ermöglichen selektive Oxidationsreaktionen unter milden Bedingungen und mit molekularem Sauerstoff als Oxidationsmittel. Die intermediär gebildete Kupfer-Sauerstoff-Spezies reagiert dabei, unter der Oxidation von organischen Verbindungen, zu Kupfer(II)-Verbindungen ab. Diese Kupfer(II)-Verbindungen sind ihrerseits nicht mehr in der Lage Sauerstoff zu aktivieren. Dieses Reaktionsverhalten stellt zurzeit die größte Limitierung der Methode dar. Erste Ansätze zur Rückgewinnung der Kupfer(I)-Komplexe sind bereits in der Literatur beschrieben. Diese setzen allerdings auf die stöchiometrische Zugabe von Reduktionsmitteln, was ungünstig im Sinne der Atomökonomie ist. Einen effizienteren Lösungsansatz stellt die Verwendung eines Photokatalysators zur Reduktion der Kupfer(II)-Verbindungen dar. Ausgehend von einkernigen Kupfer(I)-Komplexen verschiedener tripodaler Liganden konnte erfolgreich eine Methodik entwickelt werden, um Toluol katalytisch zu Benzaldehyd zu oxidieren. Diese verwendet molekularen Sauerstoff als Oxidationsmittel und verläuft unter milden Bedingungen. Detaillierte Ergebnisse dieses Projekts werden in Abschnitt 3.1 vorgestellt. In einer weiterführenden Arbeit wurden zweikernige Kupfer(I)-Komplexe als Ausgangsverbindungen gewählt, um den Einfluss dieser Modifikation auf die Methodik zu studieren. Diese Anpassung führte zu einer Verbesserung der Ausbeute im Vergleich zu den tripodalen Liganden. Die Ergebnisse dieses Projektes werden in Abschnitt 3.2 präsentiert.