Multifunktionelle N,O-Donorliganden für d- und f-Elemente: Synthese, Komplexbildung und Struktur

Stipendiatin/Stipendiat: Melanie Mohn

Uran ist das schwerste natürlich vorkommende chemische Element und als radioaktiver Alpha-Strahler und toxisches Schwermetall eine Gefahr für Gesundheit und Umwelt. In den letzten 50 Jahren haben die Mengen an Uran, die durch menschliche Aktivitäten in die Umwelt gelangen, zugenommen und damit auch die Gefahr erhöhter Belastungen der Nahrungskette. Die Koordinationschemie von Uran in unterschiedlichen Oxidationsstufen ist in den letzten Jahren zunehmend in den Blickpunkt des wissenschaftlichen Interesses gerückt. Die Ursachen dafür sind einerseits in der Suche nach neuen Ansätzen zur Lösung der differenzierten Probleme bei der Lagerung und Aufarbeitung von radioaktiven Abfällen und der damit verbundenen Strahlenbelastung zu sehen. Andererseits ist aber auch die chemische Toxizität von Uranverbindungen, die sowohl aus natürlichen als auch aus anthropogenen Quellen wie beim Einsatz von uranhaltigen Düngemitteln in die Umwelt gelangen können, problematisch. Eine exakte Aufklärung von Speziesverteilungen und Verteilungsmechanismen in der Umwelt und somit eine umfassende Kenntnis und Beschreibung der grundlegenden chemischen Zusammenhänge sind notwendig, um den Forderungen des Umweltschutzes zu genügen.Trotz vieler neuer Erkenntnisse zur Koordinationschemie von Uran in wässriger sowie nichtwässriger Umgebung, einer ganzen Reihe von neuen Ligandsystemen und damit verbundenen spezifischen Strukturanordnungen sowie der Verfügbarkeit von neuen sensitiven spektroskopischen Methoden, sind nach wie vor viele Details der relevanten Komplexbildungsreaktionen des Urans sowie deren strukturelle Besonderheiten nicht geklärt. Großer Bedarf besteht dabei in der Entwicklung geeigneter selektiver Komplexbildner zur Bindung von Uranspezies, die technisch (Abfallbehandlung, Schadstofftrennung, Reinigung)oder medizinisch (Chelattherapie) genutzt werden können. Weiterhin gilt es, molekulareErkennungs- und Selbstorganisationsprozesse, wie sie bei Reaktionen in der Umwelt sowie in biologischen Systemen auftreten können oder zum Aufbau supramolekularer Funktionseinheiten notwendig sind, zu charakterisieren bzw. zu nutzen.Die geplanten Untersuchungen für das vorliegende Dissertationsprojekt sollen einen innovativen Beitrag zum besseren Verständnis der Koordinationschemie von Uran(VI) liefern und Anwendungsoptionen herausarbeiten. Ziel ist es dabei, neue oligofunktionelle supramolekulare Ligandsysteme auf Basis von chelatisierenden ß-Diketoneinheiten in Kombination mit entsprechend des HSAB-Prinzips weichen Donorfunktionen, wie Pyridineinheiten, zu synthetisieren und hinsichtlich ihrer Komplexbildungseigenschaften gegenüber Uranyl(VI)- Kationen in Lösung zu untersuchen, kristalline Uranyl(VI)-Komplexe zu isolieren und zu charakterisieren. Aus der Variation von Anzahl und Anordnung der Donorfunktionen in den unterschiedlichen Architekturen sollen typische Struktur-Wirkungsbeziehungen abgeleitet werden.Umfangreiche synthetische Arbeiten zur Darstellung der konzipierten Ligandsysteme und entsprechender Uranyl(VI)-Komplexe sowie der Einsatz unterschiedlicher spektroskopischer Methoden (1H-und 13C-NMR, IR, UV/Vis, ESI-MS, Laserfluoreszenz, Spektroelektroche-mie) zu deren Charakterisierung bilden den Rahmen der Dissertation. Aussagen zum Komplexbildungsverhalten liefert die Strukturaufklärung der Systeme mittels Röntgenkristallstrukturanalyse bzw. mit Hilfe von Flüssig-Flüssig-Verteilungsuntersuchungen und Molecular Modeling-Rechnungen.

Förderzeitraum:
01.01.2009 - 31.01.2013

Institut:
Technische Universität Dresden
Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften
Arbeitskreis Koordinationschemie

Betreuer:
Prof. Dr. Karsten Gloe

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