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Olefinmetathese in Graz#


Von

Univ.-Doz. Dipl.-Ing. Dr.techn. Christian Slugovc


Institut für Chemische Technologie Organischer Stoffe


Christian Slugovc
Christian Slugovc


© Forschungsjournal WS 07/08


In den letzten Jahren hat sich eine eher ungewöhnliche chemische Transformation, die Olefinmetathese, zu einem boomenden Wissenschaftszweig entwickelt. Das Grundprinzip der Olefinmetathese beruht auf einem Übergangsmetall-katalysierten Bruch und einem nachfolgenden Wiederzusammensetzen von Kohlenstoff-Kohlenstoff- Doppelbindungen. Ausformungen der Olefinmetathese umfassen die Herstellung von ringförmigen, ungesättigten organischen Verbindungen durch die sogenannte Ringschlussmetathese, das Umwandeln von Ethen und 2-Buten zu Propen durch die Kreuzmetathese oder die Herstellung von Polymeren durch die Ringöffnende Metathese Polymerisation (ROMP). Obige Beispiele illustrieren den breiten Einsatz der Olefinmetathese in verschiedenen Forschungsrichtungen, wie der Organischen Chemie, der Petrochemie oder der Makromolekularen Chemie.


Der Schlüssel zur erfolgreichen Anwendung dieser Reaktion liegt in der Verfügbarkeit eines geeigneten Katalysators. Über die Jahre wurde eine Reihe von Übergangsmetallverbindungen vorgestellt, die diese Reaktion vermitteln können. Insbesondere Molybdän- und Wolfram sowie Ruthenium-basierende Systeme haben sich dabei als besonders nützlich erwiesen. Während Molybdän- und Wolfram-basierende Katalysatoren zwar hoch aktiv sind, so tolerieren diese Katalysatoren nur eine geringe Anzahl an funktionellen Gruppen und sind daher nicht universell einsetzbar. Ruthenium-basierende Katalysatoren hingegen vermögen die Olefinmetathese in Gegenwart von beinahe allen funktionellen Gruppen in verschiedensten Reaktionsmedien zu ermöglichen. Daher konzentriert sich eine Weiterentwicklung des Katalysatorsystems aktuell auf die Adaption von Rutheniumverbindungen für konkrete Anwendungsbereiche.


Initiator für die Olefinmetathese
Abb. 1: Ein typischer Initiator für die Olefinmetathese (links oben); ein multifunktionales Polymer für die optische Sensorik (rechts oben); Mizellbildung solcher amphiphilen Polymere in Methanol (links unten); Änderung der Farbe der Mizelllösung nach Zusatz des Analyten
© Forschungsjournal WS 07/08

Am Institut für Chemische Technologie Organischer Stoffe (ICTOS) der TU Graz wurden in den letzten Jahren spezielle Katalysatoren, oder besser: Initiatoren, für die ROMP von gespannten, ringförmigen Olefinen entwickelt. Dabei ist es uns, gleichzeitig mit R. H. Grubbs, gelungen, den ersten Initiator auf Ruthenium-Basis herzustellen, der eine exzeptionell hohe Aktivität besitzt und die spezielle Eigenschaft aufweist, eine Polymerisation lebend vermitteln zu können. Die lebende Polymerisation ist eine spezielle Ausformung einer herkömmlichen Polymerisation, die sich dadurch auszeichnet, dass die Kettenlängender hergestellten Makromoleküle sehr ähnlich sind und dass spezielle Polymerarchitekturen wie z.B. Block-Kopolymere synthetisiert werden können. In den letzten Monaten konnte in Zusammenarbeit mit dem europäischen Unternehmen UMICORE ein weiterer Initiator mit einem ähnlichen Profil entwickelt und damit die Abhängigkeit der gesamten Forschungsrichtung von US-amerikanischen Firmen reduziert werden. In naher Zukunft wird ein europäisches Projekt des 7. Rahmenprogramms die Forschung über Olefin-Metathese-Katalysatoren bündeln. Neben renommierten Forschergruppen und der Beteiligung von namhaften Firmen (UMICORE, Johnson&Johnson Belgien und SASOL) wird auch die TU Graz einen wesentlichen Anteil am Gelingen dieses Projekts haben, das das ehrgeizige Ziel verfolgt, die technologische Vormachtstellung der USA auf diesem Gebiet zu brechen.


Neben der Entwicklung von Initiatoren beziehungsweise Katalysatorenfür die Olefinmetathese stellt die Herstellung, Untersuchung und Anwendung von hoch spezialisierten funktionellen Polymermaterialien einen weiteren Teil der Forschungsaktiväten dar. In Zusammenarbeit mit den Firmen AT&S, EMS Chemie und Kekelit sowie dem Nanotech Center Weiz, dem Institut für chemische Prozesskontrolle und dem Institut für nanostrukturierte Materialien und Photonik von JOANNEUM Research, dem Institut für Festkörperphysik und dem Institut für Analytische Chemie und Radiochemie der TU Graz sowie dem Institut für Synthesechemie der TU Wien werden Kunststoffe für den Einsatz auf Leiterplatten, biozide Polymere, Aktivmaterialien für organische lichtemittierende Bauteile, organische Halbleiter und Dielektrika für organische Dünnschichttransistoren, makromolekulare Photoinitiatoren für die radikalische Polymerisation oder optische Sensormaterialien entwickelt.