Die Umwandlung von Olefinen in Aldehyde erfolgt großtechnisch über die Hydroformylierung. Formal werden ein Proton und eine Formylgruppe an eine olefinische Doppelbindung addiert. Dabei entstehen lineare bzw. verzweigte Produkte, welche als n-Aldehyde bzw. iso-Aldehyde bezeichnet werden.
Die Anwendung dieser Synthese kann auf Carbonylverbindungen übertragen werden. Hierfür wird am Carbonyl-Kohlenstoff die Formylgruppe addiert und das Proton auf den Carbonyl-Sauerstoff übertragen. Somit entsteht die reduzierte Form dieser Verbindung. Um dies zu bewerkstelligen, ist also ein Reduktionsmittel nötig. Solche Redoxreaktionen können durch Photoredoxkatalysatoren begünstigt werden.
Die Photoredoxkatalyse wurde im Laufe der Zeit zunehmend zu einer wichtigen Synthesemethode. Bei der Photoredoxkatalyse wird eine Redoxreaktion durch photochemische Initiierung gestartet. Gewinnbringend sind vor allem die Nutzung des Lichts als Energiequelle und oft die milden Reaktionsbedingungen bei Raumtemperatur. Zudem besteht die Möglichkeit stereoselektive Moleküle aufzubauen durch Kombination von Photoredoxkatalyse und Organokatalyse. Viele Verbindungen lassen sich durch Photoredoxkatalyse herstellen, während sie über thermische Reaktionen schwer zu synthetisieren sind. Im Gegensatz zu thermischen Katalysatoren sind Photoredoxkatalysatoren nur im elektronisch angeregten Zustand aktiv. Dabei wird das Substrat durch einen photoinduzierten Elektronentransfer (PET) aktiviert. Somit erscheinen Moleküle im angeregten Zustand als stärkere Reduktions- bzw. Oxidationsmittel als im Grundzustand.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 2 Kenntnisstand
- 2.1 Photophysikalische Prozesse
- 2.1.1 Elektronisch angeregte Zustände
- 2.1.2 Strahlungslose Übergänge
- 2.1.3 Strahlende Übergänge
- 2.2 Photoredoxkatalyse
- 2.2.1 Photophysikalische Eigenschaften eines Photoredoxkatalysators
- 2.2.2 Elektrochemische Eigenschaften eines Photoredoxkatalysators
- 2.2.3 Mechanistische Grundlagen
- 2.3 Carbonylverbindungen und ihre Photochemie
- 2.4 Hydroformylierung
- 2.4.1 Thermische Hydroformylierung
- 2.4.2 Photochemische Hydroformylierung
- 2.5 Allgemeine Eigenschaften von verwendbaren Katalysatoren
- 3 Aufgabenstellung
- 4 Ergebnisse und Diskussion
- 4.1 Synthese der hergestellten Katalysatoren und von Oxazolidin
- 4.2 Untersuchungen zum DPP
- 4.3 UV/Vis-Absorptionsspektroskopische Untersuchungen
- 4.4 Emissionsspektroskopische Untersuchungen
- 4.5 Cyclovoltammetrische Messungen
- 4.6 Photoredoxkatalytische Hydroformylierung
- 4.6.1 Berechnung der Gibbs-Energie
- 4.6.2 Ergebnisse der photokatalytischen Hydroformylierungsreaktionen
- 5 Zusammenfassung und Ausblick
- 6 Experimentalteil
- 6.1 Allgemeine Arbeitsweise
- 6.2 Allgemeine Arbeitsvorschriften für die Belichtungen
- 6.3 Vorschriften zur Synthese der Katalysatoren
- 6.3.1 Vorschrift zur Synthese des Benzylhomophthalimids (1)
- 6.3.2 Vorschrift zur Synthese des Perylens (5)
- 6.4 Vorschrift zur Synthese des Oxazolidins (6)
- 6.5 Vorschrift zur Photohydroformylierung
- 6.5.1 Belichtungen mit neutralem Homophthalimid
- 6.5.2 Belichtungen mit basischem Homophthalimid
- 6.5.3 Belichtungen mit Perylen
- 6.5.4 Belichtungen mit DPP-Pigmenten
- 6.5.5 Belichtungen mit Additiven
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung eines neuen photochemischen Weges zur Hydroformylierung von schwer aktivierbaren Carbonylverbindungen. Es wurden drei verschiedene Katalysatoren (Benzylhomophthalimid, substituierte Diketopyrrolopyrrole, substituiertes Perylen) und mehrere Formyläquivalente eingesetzt. Die Katalysatoren wurden photophysikalisch und elektrochemisch charakterisiert.
- Photoredoxkatalytische Hydroformylierung von Acetophenon
- Photophysikalische Eigenschaften organischer Photokatalysatoren
- Elektrochemische Charakterisierung der Katalysatoren
- Synthese und Charakterisierung der Katalysatoren
- Auswertung der Reaktionsergebnisse und Mechanismusvorschläge
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt die großtechnische Hydroformylierung von Olefinen und die Übertragung dieses Prinzips auf Carbonylverbindungen. Die Vorteile der Photoredoxkatalyse als Synthesemethode werden hervorgehoben, insbesondere die Nutzung von Licht als Energiequelle und milde Reaktionsbedingungen.
2 Kenntnisstand: Dieses Kapitel bietet einen Überblick über die photophysikalischen Prozesse (elektronisch angeregte Zustände, strahlungslose und strahlende Übergänge), die Photoredoxkatalyse (photophysikalische und elektrochemische Eigenschaften, mechanistische Grundlagen), die Photochemie von Carbonylverbindungen, die thermische und photochemische Hydroformylierung, sowie die allgemeinen Eigenschaften der verwendeten Katalysatoren (Homophthalimide, Diketopyrrolopyrrole, Perylene).
3 Aufgabenstellung: Die Aufgabenstellung definiert das Ziel der Arbeit: die Entwicklung einer neuen photochemischen Methode zur Hydroformylierung von schwer aktivierbaren Carbonylen unter Verwendung von Benzylhomophthalimid, substituierten Diketopyrrolopyrrolen, substituiertem Perylen und verschiedenen Formyläquivalenten. Die photophysikalische und elektrochemische Charakterisierung der Katalysatoren wird ebenfalls gefordert.
4 Ergebnisse und Diskussion: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Synthese und Charakterisierung der Katalysatoren sowie die spektroskopischen, elektrochemischen und photokatalytischen Untersuchungen. Die Ergebnisse der photoredoxkatalytischen Hydroformylierungsreaktionen werden detailliert diskutiert, einschließlich der Berechnung der Gibbs-Energie und der Identifizierung der entstandenen Produkte.
6 Experimentalteil: Der Experimentalteil beschreibt detailliert die verwendeten Chemikalien, Lösungsmittel und Geräte, sowie die Arbeitsvorschriften für die Synthese der Katalysatoren und die Durchführung der photokatalytischen Reaktionen. Die angewendeten spektroskopischen und elektrochemischen Methoden werden ebenfalls ausführlich erläutert.
Schlüsselwörter
Photoredoxkatalyse, Hydroformylierung, Carbonylverbindungen, C1-Bausteine, Homophthalimid, Diketopyrrolopyrrol (DPP), Perylen, UV/Vis-Spektroskopie, Emissionsspektroskopie, Cyclovoltammetrie, Gibbs-Energie, Pinakolisierung.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Photoredoxkatalytischen Hydroformylierung von Carbonylverbindungen
Was ist das Thema dieser Arbeit?
Diese Arbeit untersucht einen neuen photochemischen Weg zur Hydroformylierung von schwer aktivierbaren Carbonylverbindungen. Im Fokus stehen die Entwicklung und Charakterisierung neuer Photokatalysatoren und die Optimierung der Reaktionsbedingungen.
Welche Katalysatoren wurden verwendet?
Es wurden drei verschiedene Katalysatoren synthetisiert und untersucht: Benzylhomophthalimid, substituierte Diketopyrrolopyrrole (DPP) und substituiertes Perylen. Diese wurden photophysikalisch und elektrochemisch charakterisiert.
Welche Methoden wurden zur Charakterisierung der Katalysatoren eingesetzt?
Die Charakterisierung erfolgte mittels UV/Vis-Absorptionsspektroskopie, Emissionsspektroskopie und Cyclovoltammetrie. Diese Methoden liefern Informationen über die photophysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften der Katalysatoren.
Wie wurde die Hydroformylierung durchgeführt?
Die Hydroformylierung wurde photoredoxkatalytisch durchgeführt. Dabei wird Licht als Energiequelle genutzt, um die Katalysatoren anzuregen und die Reaktion zu ermöglichen. Die Reaktionen wurden unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt und die Produkte analysiert.
Welche Ergebnisse wurden erzielt?
Die Arbeit präsentiert die Ergebnisse der Synthese und Charakterisierung der Katalysatoren sowie die Ergebnisse der photokatalytischen Hydroformylierungsreaktionen. Die Gibbs-Energie wurde berechnet und die entstandenen Produkte identifiziert. Die Ergebnisse werden detailliert im Kapitel 4 diskutiert.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Arbeit am besten?
Photoredoxkatalyse, Hydroformylierung, Carbonylverbindungen, C1-Bausteine, Homophthalimid, Diketopyrrolopyrrol (DPP), Perylen, UV/Vis-Spektroskopie, Emissionsspektroskopie, Cyclovoltammetrie, Gibbs-Energie, Pinakolisierung.
Wie ist die Arbeit strukturiert?
Die Arbeit gliedert sich in eine Einleitung, einen Kenntnisstand, die Aufgabenstellung, die Ergebnisse und Diskussion, eine Zusammenfassung und einen Ausblick sowie einen ausführlichen Experimentalteil. Der Experimentalteil beinhaltet detaillierte Vorschriften zur Synthese der Katalysatoren und zur Durchführung der photokatalytischen Reaktionen.
Was ist das Ziel der Arbeit?
Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer neuen, effizienten und nachhaltigen photochemischen Methode zur Hydroformylierung von schwer aktivierbaren Carbonylverbindungen. Dies beinhaltet die Synthese neuer Katalysatoren, deren Charakterisierung und die Optimierung der Reaktionsbedingungen.
Welche weiteren Aspekte wurden behandelt?
Neben der Synthese und der photokatalytischen Hydroformylierung wurden auch die photophysikalischen Prozesse, die Photoredoxkatalyse und die Photochemie von Carbonylverbindungen ausführlich behandelt. Die Berechnung der Gibbs-Energie liefert Einblicke in die Thermodynamik der Reaktion.
- Citation du texte
- Anonym (Auteur), 2018, Photohydroformylierung. Photoredoxkatalytische Aktivierung von C1-Bausteinen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/491283
