Katalytische Reduktion von Stickstoff zu Ammoniak

Die Reduktion von Stickstoff unter Standardbedienungen (Raumtemperatur und Normaldruck) ist eine der größten Herausforderungen in der Chemie. In der Natur erfolgt die Stickstofffixierung durch Nitrogenasen, hierbei ist die FeMo Nitrogenase jene, die am besten bekannt und untersucht ist. Nitrogenasen produzieren ca. 108 Tonnen Ammoniak im Jahr; dies ist mit der Weltproduktion von Ammoniak, welcher durch das Haber-Bosch Verfahren bei hohen Temperaturen (350-550C) sowie hohem Druck (150-350 atm) aus Stickstoff und Wasserstoff gewonnen wird, vergleichbar. Die Katalytische Reduktion von Stickstoff zu Ammoniak unter Zuhilfenahme von Protonen und Elektronen wird derzeit nur in der Arbeitsgruppe des Nobelpreisträgers Professor R. R. Schrock erfolgreich durchgeführt. Hierbei dienen sperrige Triamidoamin Liganden als Schutz für das reaktive Molybdänzentrum. Das vorliegende Forschungsprojekt befasst sich mit der Synthese neuartiger Triamidoamin Liganden, welche Diphenylamino- oder Diphenylpyrrolyl Gruppen aufweisen, sowie deren Anwendung bezüglich der katalytischen Reduktion von Stickstoff. Hierfür soll eine Reihe von 3,5-Bis(diphenylamino)phenyl Derivaten synthetisiert werden, welche aus 2,4,6- oder 3,5-substituierten 1-Iodobenzolen aufgebaut sind. Durch geeignete Wahl der Substituenten am 1-Iodobenzol (Elektronen ziehende- (EWG), Elektronen schiebende- (EDG), sowie sterisch anspruchsvolle Substituenten) kann die Elektronendichte des Metalls sowie die sterische Abschirmung verändert werden. Desweiteren sind 2,5-Diphenylpyrrol Derivate leicht zugänglich, und auch hier kann eine Feinjustierung des Liganden durch Substitution an den Phenylgruppen durch EWD, EDG sowie sterisch anspruchvolle Substituenten erfolgen. Der resultierende Molybdänkatalysator, welcher entweder 3,5-Bis(diphenylamino)phenyl oder 2,5-Diphenylpyrrol Triamidoamin Liganden enthält, soll bezüglich der katalytischen Reduktion von Stickstoff zu Ammoniak untersucht werden. Hierbei soll die gebildete Menge an Ammoniak über die Indophenol Methode quantifiziert werden. Ein weiterer Schwerpunkt der geplanten Arbeiten ist die Isolation und Charakterisierung von Zwischenstufen, welche im Laufe des katalytischen Prozesses gebildet werden, insbesondere jener, welche noch nicht in der Arbeitsgruppe von Prof. Schrock isoliert werden konnten. Hierbei sollte es mit den vorgeschlagenen Verbindungen möglich sein, genau diese Intermediate zu isolieren und zu charakterisieren. Zur Untersuchung sowie zur Charakterisierung der geplanten Verbindungen bietet das Labor von Prof. Schrock, sowie das M.I.T modernste chemische und spektroskopische Methoden, wie NMR, IR, Raman, MS, ESR, UV/vis, Kristallstrukturanalyse, elektrochemische, sowie Stopp flow kinetische Untersuchungsmethoden.