Forschung

Mikroplastik (MP) stellt ein zunehmend signifikantes Problem für die Umwelt dar und ist mittlerweile global präsent. Um die Verbreitung und Auswirkung von MP auf die Umwelt im Ansatz zu verstehen ist es wichtig, MP über einen weiten Größenbereich zu identifizieren und zu quantifizieren. Bis jetzt werden Mikroplastik-Partikel (MPP) in Umweltproben hauptsächlich mittels FTIR- oder Raman-Spektroskopie oder durch z.B. Pyrolyse-GC/MS- Verfahren identifiziert und quantifizert. Wir haben in den letzten Jahren die quantitative NMR-Spektroskopie als eine weitere Methode etablieren können, die eine größenunabhängige, schnelle und einfache quantitative Analyse von MPP erlaubt und es ermöglicht, eine Konzentrationsangabe von MP in Umweltproben, beispielsweise in mg MP pro g Umweltprobe, anzugeben.

Cutin und Suberin sind natürlich vorkommende Polyester, die in Pflanzen als äußere Barriere zwischen der Pflanze und der sie umgebenden Atmosphäre (Cutin) oder dem Erdreich (Suberin) bilden. Sie regeln daher unter anderem den Wasserhaushalt von Pflanzen und bieten einen Schutz vor dem Eindringen von Pflanzenpathogenen. Jede Pflanzenart weist ein individuelles Muster aus Bestandteilen dieser Polyester auf, die aus Fettsäuren, langkettigen Dicarbonsäuren oder Hydroxycarbonsäuren, langkettigen Alkanolen und Alkandiolen sowie Glycerin bestehen. Wir synthetisieren selektiv isotopenmarkierte (2H, 13C) Derivate, um zusammen mit Kooperationspartnern den biochemischen Abbauwegen dieser Verbindungen nachzugehen.

In Zusammenarbeit mit der Abteilung Physik des Institutes für Integrierte Naturwissenschaften (Jun.-Prof. Christian B. Fischer) werden wir in einer Masterarbeit die Möglichkeiten zur Modifikation von DLC-Schichten mit Bipyridin- bzw. Pehenantrolineinheiten untersuchen. DLC-Schichten (diamond like carbon) sind Schichten, die durch ein Niedertemperaturplasmaverfahren auf unterschiedlichen Trägern aufgebracht werden können. Im Gegensatz zu Diamant bestehn die Schichten aber nicht nur aus sp3-hybridisierten Kohlenstoffatomen, sondern enthalten einen durch die Abscheidebedingungen in gewissem Rahmen steuerbaren Anteil an sp2-hybridisierten Kohlenstoffzentren. Die bereits beschriebene Anbindung organischer Gruppen durch radikalische Reakton von Azoverbindungen mit der Oberfläche wollen wir auf Koordinationsfähige Ligandfragmente bzw. bereits im Vorfeld koordinierte Liganden übertragen.

Für die Unterstützung des Projektes danken wir:

Ungesättigte Imine lassen sich mit CO und Alkenen (im einfachsten Fall Ethylen) zu heterocyclischen Verbindungen umsetzen. Verbindungen des Typs A und B entstehen in Reaktionen, in denen nur entweder Kohlenmonoxid oder Ethylen vorhanden ist. In Reaktionen beider Substrate entsteht im Normalfall das 1,3-Dihydropyrrolon C in nahezu quantitativer Ausbeute, wenn ein unpolares Lösungsmittel verwendet wird. Der Anteil der 2,3-disubstituierten Pyrrole, D, steigt mit der Polarität des eingesetzten Lösungsmittels. Es ist außerdem möglich, die Reaktion insofern weiter zu vereinfachen, als die Isolierung des Imins als Ausgangsstoff nicht notwendig ist, sondern dass die Reaktion eines ungesättigten Aldehyds mit einem primären Amin als Grundbestandteile des Imins mit CO und Ethylen zu denselben Grundstrukturen A-D führt. Mittels dieser Vier-Komponentenreaktion kann daher ausgehend von kommerziell günstig erhältlichen Ausgangsstoffen in einem einzigen Reaktionsschritt ein hohes Maß an Komplexität erzeugt werden, wobei das einzige Abfallprodukt je ein Molekül Wasser pro Produktmolekül ist.

Synthesen, in denen die Alkenyl- und die Aminofunktion in demselben Substratmolekül vorhanden sind, sollten sich daher zum einfachen Aufbau bicyclischer Systeme eignen. Für den Fall der Verwendung von But-3-en-1-amin konnte diese Möglichkeit für eine Reihe von Resten R tatsächlich realisiert werden. Es werden in diesen Reaktionen selektiv nur die Verbindungen vom Typ F gebildet, hingegen keine Lactamderivate, die B oder C entsprächen. 

Aktuelle Untersuchungen beschäftigen sich mit der Ausweitung der möglichen Substratpalette, der Entwicklung weiterer Tandemreaktionen, die durch das Vorhandensein weiterer funktioneller Gruppen ermöglicht werden, und der Aufklärung des Katalysemechanismus durch DFT-Rechnungen. 

Für die Unterstützung von Projekten im Zusammenhang mit diesem Arbeitsgebiet danken wir: