GRK 2620: Ionenpaareffekte in molekularer Reaktivität

Ionenpaare sind allgegenwärtig in der Chemie, weil jede heterolytische oder Einelektronen-redox-Reaktion ein Ionenpaar generiert. Zusätzlich gehören die elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen Gegenionen zu den stärksten aller intermolekularen Wechselwirkungen. Deshalb werden Ionenpaare in allen chemischen Disziplinen erfolgreich genutzt und bestimmen die Eigenschaften von berühmten metallorganischen Reagenzien, anorganischen Clustern und ganzen Katalyseklassen. Jedoch ist die Vorhersage von Grundzustandsstrukturen, Intermediaten und Übergangszuständen gerade bei kleinen Ionenpaaren in Lösung eine Herausforderung, weil Ionenpaare aggregieren und wegen der geringen Abstandsabhängigkeit ihrer starken Wechselwirkungsenergien eine Vielzahl an energetisch ähnlichen dynamischen Strukturen einnehmen, die auch noch stark von Lösungsmittel oder Substratwechselwirkungen beeinflusst werden. Experimentelle Zugänge zu Ionenpaar-strukturen in Lösung sind daher selten und sehr anspruchsvoll. Auch die genaue Beschreibung durch theoretische Berechnungen ist schwierig. Die Aufklärung von Ionenpaarstrukturen und -reaktionsmechanismen ist deshalb ein Ziel dieses GRKs. Im Weiteren werden mechanistische Verzweigungen auf Übergangszustandsniveau für parallele und multimodale Reaktionswege mit experimentellen und computerchemischen Methoden untersucht. Ein dritter Ansatz überträgt verfeinerte Ionenpaar-konzepte auf unterschiedliche chemische Disziplinen, um neue und verbesserte Reaktionen zu entwickeln, vor allem in der Katalyse. Die Perspektiven der unterschiedlichen chemischen Disziplinen auf Ionenpaare sind oft abweichend und komplementär. Die physikalischen Wechselwirkungen, z.B. Coulombkräfte, Dipolmomente oder Polarisation sind jedoch prinzipiell dieselben. Deshalb werden in diesem GRK geschlossene und organische offen-schalige Ionenpaare aus unterschiedlichsten chemischen Bereichen von einem interdisziplinären Team aus Spektroskopikern, Theoretikern und Synthetikern untersucht, um einen maximalen Transfer von Konzepten zu erreichen. Das interdisziplinäre Ausbildungs-programm des GRK fokussiert auf die individuelle Qualifikation der Studenten, ein strukturiertes GRK-Programm und eine projektorientierte exzellente Forschungsumgebung. Die Vision dieses GRKs ist es, transferierbare Ionenpaarkonzepte für die Vorhersage und Kontrolle von Strukturen, Reaktivitäten und Stereoselektivitäten im Rahmen einer exzellenten interdisziplinären Doktorandenausbildung zu erarbeiten.