Calciumorganic Compounds – From Curiosity to Ubiquity (CalCUb)
In der chemischen Industrie (Agrochemie, pharmazeutischen Synthese und Grundchemikalien) spielen s‑Blockorganometallverbindungen (hier vor allem Lithium- und Magnesiumorganyle) als Base oder Nukleophil eine essentielle Rolle. Nachteilig ist, dass die weltweiten Lithiumreserven durch das Aufkommen der E-Mobilität rasant schwinden. Die vermehrte Förderung von Lithiumchlorid aus südamerikanischen Salzseen geht auch mit der Zerstörung dieser Landschaften einher. Lithiumverbindungen haben jedoch physiologisch neurologische Wirkungen, wodurch diese möglichst immer vollständig aus pharmazeutischen Produkten entfernt werden müssen. In den nächsten Jahren wird es durch die zunehmende Ressourcenknappheit zu einer Preissteigung von Lithium kommen. All diese Aspekte haben mich motiviert ein Projekt zu starten, Alternativen für lithiumhaltige starke metallorganische Basen zu suchen. In unserer Arbeitsgruppe wurde eine Laborsynthese für Organometallverbindungen des Calciums etabliert, sodass sich auf diesem Feld neue Forschungsprojekte ergeben. Calcium weißt viele Vorzüge in Vergleich mit anderen s-Blockmetalle auf. Es kommt nahezu omnipräsent auf der Erde vor und ist mit 3,4% sehr häufig in der Erdkruste aufzufinden. Somit ist es als Rohstoff auch in Europa verfügbar und kann unter den hier geltenden hohen Umweltstandards gefördert und produziert werden. Auch aus physiologischer Sicht besitzen Calcium-Ionen bis in hohe Konzentrationsbereiche keine Toxizität, da diese auch im menschlichen Körper im Skelettsystem oder bei der Blutgerinnung essentielle Rollen spielen sowie wichtige second messenger darstellen. Die Reaktivität des Calciums nimmt außerdem eine Sonderrolle ein, da es Eigenschaften der s-Blockmetalle mit denen früher d-Blockmetalle vereinigt. Zu Beginn der Förderphase konnte ein neues Kooperationsprojekt mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) in Ulm aufgebaut werden. Ziel dieser Zusammenarbeit ist die Untersuchung von Calcium- (und Magnesium-)organylen in Hinblick auf Anwendungen als Elektrolyt in Erdalkalibatterien.
Zu Beginn der Promotion konnte ein Schritt in Richtung eines einfachen und nachhaltigen Zugangswegs mit der Etablierung in situ Grignard Metallierungsmethode (iGMM) gegangen werden. Es konnte zudem gezeigt werden, dass mit Hilfe dieser Methode Calciumsilylamide in sehr guten Ausbeuten hergestellt werden können. Diese Amide wiederum können als Ausgangstoff zur Synthese einer Vielzahl von Calciumorganylen verwendet werden.
Es konnten zudem erste grundlegende Untersuchungen der elektrochemie von potentiellen Elektrolyten für Ca(Mg)-O2-Batterien in Kooperation mit dem ZSW Ulm erhalten werden. Die Kombination der entwickelten Methode und die Suche nach neuartigen Elektrolyte bildet eine gute Grundlage für weitere Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet.