Wie Diphosphor für chemische Reaktion nutzbar wird

Team aus Göttingen und Frankfurt gelingt Stabilisierung

29.07.2021 - Deutschland

Chemische Synthesen von neuen Wirkstoffen oder Funktionsmaterialien basieren auf der Verwendung molekularer Bausteine. Diese müssen gleichzeitig reaktiv, aber auch stabil genug sein, um den gezielten Einbau in größere Moleküle zu ermöglichen. Ein Forschungsteam der Universität Göttingen und der Goethe-Universität Frankfurt hat nun am Beispiel des Diphosphor-Moleküls (P2) gezeigt, wie solche äußerst instabilen Verbindungen gezielt für chemische Reaktionen eingesetzt werden können. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift CHEM erschienen.

„Die ausgeprägten Unterschiede der Elemente Stickstoff und Phosphor beschäftigen Chemikerinnen und Chemiker schon seit Langem“, sagt Prof. Dr. Sven Schneider vom Institut für anorganische Chemie der Universität Göttingen. „Trotz ihrer direkten Nachbarschaft im Periodensystem der Elemente sind ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften sehr verschieden.“ So liegt zum Beispiel Stickstoff als sehr stabiles zweiatomares Gas N2 vor und ist Hauptbestandteil der Erdatmosphäre. Die analoge Phosphorverbindung existiert dagegen unter gewöhnlichen Bedingungen nicht, weil das P2-Molekül zu festen Phosphormodifikationen polymerisiert. Diese sind für synthetische Zwecke aber schwierig nutzbar.

Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelang nun erstmalig, P2 bei Raumtemperatur zu stabilisieren, und zwar durch Bindung an zwei Platinatome. „Die Stabilisierung als Metallkomplex ermöglichte es uns, die Struktur, die chemische Bindung, aber auch die Reaktivität des P2-Bausteins bei Normalbedingungen mit vielen Methoden im Detail zu untersuchen“, erläutert Prof. Dr. Max Holthausen vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Goethe-Universität Frankfurt am Main. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Methode das P2 sehr wirksam stabilisiert, während die Dreifachbindung zwischen den beiden Phosphoratomen und damit die typische Reaktivität kaum verändert wird.“ Das eingesetzte Prinzip ermöglicht die Herstellung neuer Phosphorverbindungen unter kontrollierten Bedingungen – eine Ausweitung auf benachbarte Elemente des Periodensystems ist aber auch denkbar. Organische Phosphorverbindungen werden zum Beispiel als Pharmazeutika, Pflanzenschutzmittel oder Flammschutzmittel eingesetzt.

Die Arbeit wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und den Europäischen Forschungsrat (ERC) gefördert.