Elektrophile Reaktivitäten von Substituierten Cyclopropanen

Cyclopropane sind kleine dreigliedrige Ringe, die nur aus Kohlenstoffatomen aufgebaut sind. Die Herstellung von Cyclopropanen ist mit einem zusätzlichen Energieaufwand verbunden, da Spannung durch die komprimierten chemischen Bindungen in diesen Molekülen auftritt. Die in dem dreigliedrigen Ring gespeicherte Energie ist jedoch nicht verloren, sondern kann für Reaktionen genutzt werden, bei denen der Ring geöffnet wird. Aus diesem Grund nutzen synthetische Chemiker seit vielen Jahrzehnten Cyclopropane, um eine breite Palette neuer Produkte herzustellen. Die Fähigkeit, vorherzusagen, ob (und wie schnell) Reaktionen mit Cyclopropanen ablaufen, ist jedoch nach wie vor eine Herausforderung und bisher nicht gut erforscht. In diesem Projekt werden die physikochemischen Eigenschaften von Cyclopropanen untersucht, um das grundlegende Verständnis ihrer Reaktivität bei Ringöffnungsreaktionen zu verbessern. Um eine fundierte Planung von Synthesen mit Cyclopropanen zu ermöglichen, werden in diesem Projekt jene Faktoren systematisch untersucht, die ihre polare Reaktivität bestimmen. Zu diesem Zweck werden Cyclopropane mit zusätzlichen funktionellen Gruppen hergestellt, welche es erlauben ihre Reaktivität einzustellen. Anschließend werden die Reaktionsgeschwindigkeiten von Cyclopropanen mit Reaktionspartnern gemessen. Um tiefere Einblicke in die einzelnen Schritte der molekularen Umwandlungen zu gewinnen, werden die experimentell beobachteten Reaktionsgeschwindigkeiten dann mit modellierten Daten aus quantenchemischen Berechnungen verglichen. Am Ende der ersten Projektphase (24 Monate an der LMU München) wird erwartet, dass mit den Ergebnissen auf einfache Weise vorhergesagt werden kann, ob Cyclopropane unter bestimmten Bedingungen mit einer Vielzahl von Reaktionspartnern reagieren. Die Annäherungswege der Reaktionspartner an die Cyclopropane lassen sich durch Wechselwirkungen mit Katalysatormolekülen lenken, womit die räumliche Struktur der Produkte kontrolliert werden kann. Auf der Basis des grundlegenden Verständnisses der Reaktivität von Cyclopropanen werden Synthesemethoden entwickelt, bei denen Cyclopropane in Kombination mit Katalysatoren den Aufbau anspruchsvoller molekularer Architekturen ermöglichen. Die Anwendung von Katalysatoren für Reaktionen von Cyclopropanen wird während der Rückkehrphase des Projekts erforscht (12 Monate an der JKU Linz).