Über die Verknüpfung von sechs Ringen an allen Ecken und Enden

Antragsteller: Henning Klaasen
Fachbereich, Studienrichtung: Chemie; Organisch-Chemisches Institut
Projekttitel: Über die Verknüpfung von sechs Ringen an allen Ecken und Enden
Fördersumme: 2.317,30 Euro
Kontakt: Henning Klaasen

Projektbeschreibung
Gegenstand aktueller Forschung sind organische Materialien, die in elektrischen Schaltkreisen eingesetzt werden können, um metallische Bauteile zu ersetzen. Das wohl bekannteste kohlenstoffbasierte Material ist Graphen, welches erstmals 2004 isoliert werden konnte. Weniger bekannt aber nicht minder interessant sind die poly-Phenylene. Da sie aufgrund Ihrer schlechten Löslichkeit in unsubstituierter Form nur schwer zu untersuchen sind, könnten Sexiphenyle (als Ausschnitte aus poly-Phenylenen mit sechs aneinanderhängenden Ringen) als Modelle genutzt werden. In diesem Projekt sollte eine allgemeingültige Vorschrift entwickelt werden, mit der jedes der 45 verschiedenen Sexiphenyle (45 Isomere) hergestellt werden kann, welche bisher nicht existent ist.

Ich begegnete der zu untersuchenden Problematik bereits zu Beginn meiner Promotion, als ich ein Sexiphenyl mit einem ganz bestimmten Verknüpfungsmuster herstellen musste, da dieses als Modellverbindung für meine Studien genutzt werden sollte. Aufgrund der 45 Isomere erwies sich bereits die Literaturrecherche als schwierig, weil in den gängigen Datenbanken nur nach bestimmten Strukturen gesucht werden kann. Somit können nur die Isomere, welche bereits erfolgreich hergestellt wurden, auch gefunden werden. Aber selbst diese Methoden erwiesen sich als nicht-zeitgemäß, unselektiv oder schlichtweg als nicht reproduzierbar. Somit musste ich eigenständig eine neue Methode entwickeln, um meine Studien abzuschließen. Da ich nun ebenfalls nur ein einziges Sexiphenyl hergestellt hatte, erkannte ich, dass auch diese Methode nur schwer zu finden sein wird und eine allgemeingültige Vorschrift, welche in der Synthese aller Sexiphenyle Anwendung findet, notwendig ist. Dadurch entwickelte sich durch Diskussionen mit Kommiliton*innen und einigen Forschungsgruppenleiter*innen dieses Projekt.

Um dies zu ermöglichen, mussten die drei folgenden Meilensteine erreicht werden:

Die Herstellung der Startmaterialien für die Ausbildung der Sexiphenyle sollte durch eine einfache, leicht variierbare Synthesesequenz mit möglichst geringer Anzahl an Aufreinigungsschritten ermöglicht werden. Dafür sollten kommerziell erhältliche Ausgangschemikalien gewählt werden, die entweder als Standardchemikalie in jedem Labor vorhanden sind oder günstig erwerblich sind, sodass ihre Anschaffung problemlos möglich ist.
Die von mir entwickelte Herstellung der Sexiphenyle sollte optimiert werden, um bessere Ausbeuten zu erzielen. Es war mir zwar möglich, das Sexiphenyl in ausreichender Menge herzustellen und eine Reinheit zu erzielen, welche mit den bisherigen Methoden nicht möglich war, allerdings waren beide Faktoren noch zu verbessern. Somit sollten verschiedene Kombinationen an Chemikalien untersucht werden, um eine bessere Ausbeute zu erzielen.
Es sollte eine breite Bibliothek an unterschiedlichen Sexiphenylen hergestellt werden, um die Suche in gängigen Datenbanken auf diese Methode zu lenken und zu verhindern, dass zukünftige Chemiker*innen nicht vor demselben Problem stehen werden wie ich. Ebenso ist dies auch der Anspruch an die Methode, um sie publizierbar zu machen.

Bis das Projekt wirklich startete vergingen ein paar Wochen, da der Prozess der Chemikalienbestellungen in der Zeitplanung zu Beginn nicht umfänglich einkalkuliert gewesen war. Auch die Planung der zeitlichen Abfolge der vorgesehenen Schritte nahm mehr Zeit in Anspruch, als vorgesehen. Eine erste geplante Symposiumsteilnahme konnte nicht realisiert werden, da dieses leider nicht stattfand.

Im Folgenden konnten erste Erfolge im Labor erzielt werden. Es war mir möglich, innerhalb weniger Wochen eine neuartige und zeitsparende „One-Pot“-Variante der geplanten Suzuki-Kupplungs-Entschützungs-Serie zu erschließen, wodurch dieser Teil des Projektes weniger Zeit in Anspruch nahm, als im Vorhinein eingeplant wurde. Von den drei unterschiedlich substituierten Klassen von Startmaterialien konnten jedoch nur zwei hergestellt werden, was dazu führte, dass von den 45 Isomere bereits 24 nicht mehr realisiert werden konnten.

Zu Beginn der Corona-Krise musste das Projekt dann unterbrochen werden. Da Chemiker*innen, wie auch andere Naturwissenschaftler*innen, auf Labore angewiesen sind und diese im Zuge der Maßnahmen zur Eindämmung des Coronavirus für mehrere Wochen geschlossen wurden, musste das Projekt unterbrochen werden. Auch die vier noch geplanten Konferenzbesuche konnten nicht realisiert werden, da diese entweder auf die nächsten Jahre verschoben oder ersatzlos abgesagt wurden.

Diese sollen jedoch in Zukunft ermöglicht werden, sodass die Sichtbarkeitsphase noch nach Projektende stattfinden kann. Auch im Labor konnten nach der Pause noch wichtige Ergebnisse erzielt werden. Die nötige Optimierung wurde durchgeführt. Es zeigte sich jedoch, dass nur geringe Verbesserungen gegenüber der von mir durchgeführten Methode möglich waren. Mit den so gefundenen optimierten Bedingungen konnte noch eine kleine Bibliothek von elf Sexiphenylen hergestellt werden, von denen die meisten mit einer zufriedenstellenden Reinheit und vollständiger Analytik erhalten wurden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mir dieses Projekt die Herausforderungen, vor denen selbstständige Forschungsgruppenleiter*innen stehen, vor Augen geführt hat. Ich habe wichtige Erfahrungen damit gemacht, flexibel auf äußere Einflüsse zu reagieren. In Zukunft soll, wie oben beschrieben, die Sichtbarkeitsphase nachgeholt werden und es mit den erworbenen Chemikalien ermöglicht werden, die Ergebnisse zu vervollständigen und publizierbar zu machen.