Untersuchung von neuen neutralen und ionischen Wirt-Gast-Systemen

Die Wirt-Gast-Chemie (engl. host-guest chemistry) ist ein Teilgebiet in der supramolekularen Chemie, welches sich mit Komplexen beschäftigt, die aus zwei oder mehr Molekülen oder Ionen, einem Wirt und einem Gast, besteht.
Durch den Klimawandel und den damit einhergehenden Fokus auf Nachhaltigkeit haben erneuerbare Energiequellen in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Die Speicherung von Energie in elektrochemischer Form mittels Lithium-Ionen-Batterien ist aufgrund des gesteigerten Interesses für Elektromobilität von besonderer Relevanz. Durch Flüssig-Flüssig-Extraktionen, welche als Wirt-Gast-Interaktion betrachtet werden können, lassen sich Lithium-Ionen aus wässrigen Lösungen recyclen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Extraktionssysteme für Lithiumionen mit β-Diketon-Liganden untersucht. Die Liganden zeigten eine Extraktionseffizienz von bis zu 90 % in Chloroform. Dabei lag der optimale pH-Wert für den effizientesten Liganden bei pH=5. In Versuchen, die mit Schlacke aus realen Lithium-Ionen-Batterien durchgeführt wurden, zeigte sich, dass die Liganden eine Selektivität von Lithiumionen gegenüber Natrium- und Magnesiumionen aufweisen, jedoch Metallionen wie Aluminium- und Calciumionen bevorzugt extrahiert wurden. Auf dem Weg zur Synthese der Liganden wurde eine ungewöhnliche intramolekulare Knoevenagel-Redoxreaktion beobachtet. Vertiefte Untersuchungen des neuartigen Mechanismus dieser Transformation zeigten, dass die elektronische Natur der Substituenten des Diketons einen signifikanten Einfluss auf die Produktbildung und damit den Mechanismus der Reaktion hat.
Desweiteren wurden chirale ionische Flüssigkeiten (CILs) auf Basis von chiralen Sulfonationen synthetisiert, welche in ionischen Wirt-Gast-Systemen, wie der chiralen Erkennung, zur Enantiodifferenzierung untersucht wurden. Zahlreiche CILs zeigten vielversprechende Interaktionen mit enantiomerenreinen Substraten. Am signifikantesten war die Interaktion einer 1,2-Dicyclohexylamin-basierten CIL mit Mosher’s Carbonsäure, welche eine exakte Bestimmung der Enantiomerenverteilung des Gemisches ermöglichte. Die Fähigkeit zur Protonierung des chiralen Anions erwies sich als strukturelle Voraussetzung für eine starke Interaktion. Die dargestellten CILs wurden außerdem in Redoxsystemen der Elektro- und Photochemie untersucht.