Forschung

Motivation

Das Ziel unserer Forschung ist ein detailliertes Verständnis von chemischen Prozessen auf der molekularen Ebene. Wir glauben, dass diese mechanistischen Kenntnisse nicht nur aus sich heraus wertvoll sind, sondern auf lange Sicht auch dabei helfen werden, optimierte Reagenzien und Katalysatoren zu entwickeln und neue synthetische Methoden und Materialien zu entdecken.

Methoden

Ein Großteil unserer Arbeit beinhaltet organische bzw. metallorganische Synthesen, um chemische Proben herzustellen, die wir dann mit Hilfe verschiedener analytischer Methoden, u.a. NMR-Spektroskopie, UV/vis-Spektroskope oder elektrischen Leitfähigkeitsmessungen, untersuchen. Dabei ist Elektrospray-Ionisierungs-(ESI) Massenspektrometrie eine besonders nützliche Methode, um ionische Intermediate zu charakterisieren. Mit unserem optimierten Analyseverfahren können wir dabei sogar hochempfindliche und flüchtige Spezies detektieren. Um unsere massenspektrometrischen Experimente weiterhin zu verbessern, erforschen wir auch den ESI-Prozess als solches (relative ESI-Aktivitäten von verschiedenen Analyten, effektive Energien der gesprayten Ionen). Des Weiteren wenden wir Tandem-Massenspektrometrie an, um die Gasphasen-Reaktivität von massenselektierten ionischen Intermediaten zu untersuchen. In der Folge erhalten wir die volle Kontrolle über unsere analytischen Systeme und können somit auch nachvollziehen, wie einzelne gebundene Lösungsmittel-Moleküle, unterschiedliche Liganden oder Aggregationszustände die Reaktivität auf Molekularebene beeinflussen. Darüber hinaus können Ionenmobilitätsstudien und spektroskopische Untersuchungen (zusammen mit Kollaborationspartnern) dazu beitragen, die Strukturen der Spezies aufzuklären. Für eine genaue Interpretation der experimentellen Ergebnisse wenden wir auch theoretische Methoden (quantenchemische und statistische Ratentheorie-Rechnungen) an.

Forschungsfelder

Aktuell fokussieren wir uns im Gebiet der Metallorganik auf Grignard-Reagenzien, Organocuprate sowie Organozink- und Organoindium-Verbindungen. Dabei werden deren Aggregations- und Assoziationsgleichgewichte in Lösung untersucht und ihre Reaktivität auf Grundlage kinetischer Messungen in der Lösung und der Gasphase bestimmt. Zusätzlich analysieren wir Übergangsmetall katalysierte Reaktionen, wie Kreuzkupplungen, C-H-Aktivierungen, Hydrogenierung und Polymerisierungen, und konnten Schlüssel-Intermediate in diesen Reaktionen identifizieren. Wir interessieren uns besonders für metallorganische Spezies und Intermediaten in Katalysereaktionen. Gasphasen-Experimente mit massenselektierten Ionen erlauben es uns, einzelne Elementarschritte in höchster Detailgenauigkeit zu untersuchen. Wir fokussieren uns dabei auf die reduktive Eliminierung, Transmetallierung, oxidative Addition, Protodemetallierung und β-Wasserstoff-Eliminierungen.

ESI gilt als weiche Ionisierungsmethode und kann daher auch labile Spezies in die Gasphase bringen, ohne dabei deren Fragmentierung zu verursachen. Wir nutzen daher ESI-Massenspektrometrie ebenfalls, um die Assoziation von Biomolekülen untersuchen zu können.

Um verbesserte Elektrolyte zu designen, müssen die aktiven molekularen Komponenten bekannt sein. In diesem Sinne benutzen wir eine Kombination aus ESI-Massenspektrometrie und elektrischen Leitfähigkeitsmessungen, sodass die Ionen in den Lösungen neuer Aluminat-basierter Elektrolyte analysiert werden können.

Forschungsprojekte

Derzeit betreiben wir sechs Forschungsprojekte in unserer Gruppe. Für weiterführende Details finden Sie die Beschreibungen der Forschungsprojekte nachstehend.