Study of the Cooperative Effect of Two or More Metal Centers in the Metal-Oxo Mediated OO Bond Formation and Cleavage Steps

Die Natur benutzt h?ufig polynukleare aktive Zentren unter Verwendung von preiswerten und reichlich vorhandenen Metallen wie Mangan, Eisen und Kupfer zur Durchführung von Reaktionen wie der Oxidation von Wasser, Methanoxidation oder der Vier-Elektronen-Reduktion von Disauerstoff zu Wasser. Metall-Oxo-vermittelten O-O Bindungsbildung und Spaltungsreaktionen sind integraler Bestandteile dieser Prozesse. Künstlich hergestellte Katalysatoren mit einer ?hnlichen Effizienz und basierend auf preiswerten und leicht zug?nglichen Materialien sind von gro?em Interesse. Jedoch ist bisher nur eine relativ kleine Anzahl von molekularen Katalysatoren für die oben genannten Prozesse bekannt, von denen die meisten auf teuren ?bergangsmetallen der zweiten und dritten Periode beruhen. Weiterhin ist in den meisten F?llen die bekannte Verbindung nur ein Pr?katalysator und die eigentliche Spezies, welche für die katalytische Aktivit?t verantwortlich ist, unbekannt. Zur Entwicklung neuer, verbesserter Katalysatoren ist es notwendig, die aktive(n) Spezies aller existierenden Komplexe inklusive aller relevanten h?heren Oxidationszust?nde, Intermediate und ?bergangszust?nde zu charakterisieren, um die Mechanismen aufzukl?ren, die die Aktivierung kleiner Moleküle erm?glichen. Vor dem Hintergrund eines detaillierten Einblicks in die synergistischen Effekte von zwei oder mehr Metallzentren w?hrend der metallvermittelten Aktivierung kleiner Moleküle, m?chten wir eine Serie von von multinuklearen Komplexen mit biologisch relevanten ?bergangsmetallen wie Fe, Co, Ni und Cu synthetisieren, in denen die Anzahl der Metallzentren systematisch von zwei bis sechs variiert werden soll. Die Reaktivit?t der Komplexe in O-O Bindungsbildung und Spaltreaktionen, die eine unterschiedliche Art und Anzahl von Metallzentren enthalten, soll anschlie?end mit einem Schwerpunkt auf der Isolation von reaktiven Intermediaten verglichen werden. Eine detaillierte spektroskopische Charakterisierung der reaktiven Intermediate soll in Verbindung mit Reaktivit?ts- und theoretischen Studien durchgeführt werden, die uns helfen sollen eine Beziehung zwischen Struktur und Reaktivit?t für die identifizierten Intermediate zu etablieren. Dieser kombinierte spektroskopische und theoretische Ansatz k?nnte eine Grundlage für die Voraussetzungen schaffen, die für die Entwicklung von effizienten Katalysatoren für die selektive Funktionalisierung von nicht-aktivierten C-H-Bindungen, die Sauerstoffreduktion, oder die Wasseroxidation unter Nutzung von preiswerten und leicht zug?nglichen ?bergangsmetallen der ersten Periode unter Umgebungsbedingungen vonn?ten sind. Das langfristige Ziel dieses Projekts wird die Entwicklung von kosteneffizienten Brennstoffzellen basierend auf erneuerbaren Energiequellen sein.