3.26 Prof. Dr. A.-Dieter Schlüter

Institut für Organische Chemie

Keywords: Zylindrische Dendrimere, Leiterpolymere, zweidimensionale Netzwerke, [1.1.1]Propellane, repetitive Syntheseverfahren, modulare Chemie, Suzuki-Polykondensation, Modellverbindungen, molecular modeling.

Takustr. 3, 14195 Berlin; Tel. +49 30 838-53358, Fax -53357; E-mail: adschlue@chemie.fu-berlin.de

Abstract

The research interests of my group lie in the area of synthetic organic chemistry and are directed towards the synthesis of structurally novel oligomers and polymers. This objective involves both design and synthesis of hitherto unknown monomers and requires the use of a broad range of organic reactions as well as stoichiometric and catalytic reactions with main group metal and transition metal compounds. It further demands the development of polymerization strategies and methods which fulfill the requirements of a good polymer synthesis: efficiency and complete control of structure. Besides the realization of perfect macromolecules, elucidation of their structures is considered very important. Only if the nature of defects and the (hopefully very low) amount to which they are incorporated is known, reliable structure/property correlations can be obtained. The techniques for characterization are solution and solid state high-field NMR spectroscopy, GPC, VPO, membrane osmosis, as well as static and dynamic light scattering (in cooperation).

Wissenschaftlicher Werdegang

Geb.: 1952; Diplom & Promotion: Chemie, U. München (1980 bzw. 1984); Postdoc: U. of California, Berkeley, Prof. K.P.C. Vollhardt (1985/86), U. of Durham, England, Prof. W.J. Feast (1986); MPI für Polymerforschung, Mainz, Prof. G. Wegner (1986-91); Habil.: U. Mainz (1991); Dozentenstip. des Fonds der Chem. Ind. (1991); C3-Professor: U. Karlsruhe (1991); C4-Professor: Org. Chemie, FU Berlin (seit 1992). Mitglied der Beiräte des Inst. für Angew. Chemie, Berlin, und des G.-Schmidt-Zentrums "Supramolekulare Strukturen", Weizmann-Inst., Rehovot, Mitherausgeber der VCH-Zeitschrift Acta Polymerica.

Kooperationspartner

Prof. Markus Antonietti, MPI Kolloid- und Grenzflächenforschung, Teltow Polymercharakterisierung, Aggregation; Prof. Mattias Ballauff, Polymerinst. Karlsruhe Röntgenbeugung, -kleinwinkelstreuung; Prof. Jean L. Brédas, U. Mons, Belgien Theorie, Band-gap-Berechnungen; Prof. Walter Burchard, U. Freiburg Lichtstreuung; Prof. W. James Feast, Dir. IRC, Durham, England Synthese; Prof. Dietrich Haarer, U. Bayreuth Photovoltaik, Elektrolumineszenz; Prof. Henry K. Hall, Jr., U. of Arizona, Tucson, USA Polymersynthese; Prof. Alexej R. Khokhlov, Moscow State U., Rußland Polymercharakterisierung; Prof. Günther Leising, Graz, Österreich Elektrische Leitfähigkeit; Prof. Engelbert W. Meijer, Eindhoven, Niederlande Dendrimersynthese; Prof. Jürgen Rabe, HU Berlin Rastertunnel- und Kraftmikroskopie; Prof. Manfred Schmidt, Mainz Lichtstreuung; Prof. Wolfram Saenger, FU Berlin Einkristallstrukturanalyse; Prof. Samuel I. Stupp, U. of Illinois, Urbana, USA Supramolekulare Chemie; Prof. Giuseppe Zerbi, Politecnico Milano, Italien Schwingungsspektroskopie; Prof. Gianni Zotti, CNR, Padova, Italien Elektrochemie.

Drittmittelgeber

DFG, FCI, Sfb, Grad. Kolleg.

Forschungsgebiete

Die Forschungsinteressen liegen auf dem Gebiet der präparativen, organischen Chemie und sind auf die Synthese strukturell neuartiger Polymere ausgerichtet. Diese Zielsetzung erfordert zunächst das Design und die Synthese geeigneter Monomere, wobei eine breitgefächerte Chemie einschließlich der Lithium- und Übergangsmetallorganik zum Einsatz kommt. Darüber hinaus werden neue Polymerisationsstrategien und -verfahren entwickelt, die den Hauptkriterien einer guten Polymersynthese, wie Effizienz und Einheitlichkeit des Reaktionsablaufes, Genüge leisten. Schließlich gilt es, Oligomere zugänglich zu machen, die als Modelle sowohl zur Struktursicherung als auch zur Extrapolation von Eigenschaften derjeweils entsprechenden Polymere von unschätzbarem Wert sind.

Zur Aufklärung von Strukturfragen (Regio- und Stereochemie, Konformation und räumliche Gestalt) kommt ein breites Methodenarsenal zur Anwendung. Dieses reicht von in der organischen Chemie üblichen Verfahren [NMR- und optische Spektroskopie, Massenspektrometrie (einschließlich MALDI-TOF)] bis hin zu Festkörper-NMR-spektroskopie (Kooperation Prof. Limbach), Gelpermeations-Chromatografie, Viskosimetrie, Osmometrie und Lichtstreuung (in Kooperation). Darüber hinaus werden Konformationanalysen auch mittels theoretischer Verfahren (molecular modeling) durchgeführt.

Bei einem Teil der bearbeiteten Projekte wird auf bestimmte Strukturtypen hingearbeitet, von denen man aufgrund materialwissenschaftlicher oder allgemein physikalischer Erkenntnisse interessante Eigenschaften erwartet.

Dieser Ansatz entspricht der interdisziplinären Natur der Polymerforschung, da die Selektion von Zielstrukturen letztlich auf der Wechselwirkung zwischen Physikern, Materialwissenschaftlern und Chemikern beruht. Konkret werden zur Zeit folgende Projekte bearbeitet: Polyarylene (Pd-katalysierte Polykondensation), Doppelsträngige Polymere (Poly-Diels-Alder Reaktion), Poly([1.1.1]propellan)e (Ringöffnende Polymerisation), Dendritische Strukturen mit nicht-sphärischer Gestalt, Zweidimensionale Netzwerke und Modulare Chemie (Repetitive Syntheseverfahren).

Literaturliste

1. A.-D. Schlüter. "Ladder Polymers: The New Generation" (invited review), Adv. Mater. 1991, 3, 282-291.
2. A.-D. Schlüter, G. Wegner. "Palladium and Nickel Catalyzed Polycondensation - the Key to Structurally Defined Polyarylenes and Other Aromatic Polymers". Acta Polym. 1993, 44, 59-69 (Feature article).
3. A.-D. Schlüter, M. Löffller, V. Enkelmann. "Synthesis of a Fully Unsaturated All Carbon Ladder Polymer". Nature 1994, 368, 831-834.
4. I. Lassale, M. Schmidt, A.-D. Schlüter. "Chain Stiffness of Poly(methoxypropyl[1.1.1]propellane)", Acta Polym., 1994, 45, 389-391.
5. M. Löffler, A.-D. Schlüter, K. Geßler, W. Saenger, J.-M. Toussaint, J.L. Brédas. "Synthesis of fully unsaturated molecular boards". Angew. Chem., 1994, 106, 2281-2284, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1994, 33, 2209-2212.
6. V. Hensel, K. Lützow, A.-D. Schlüter. "Towards large oligophenylene cycles". Am. Chem. Soc., Polym. Chem. Div., Polym. Prepr. 1995, 36(1), 574-575.
7. R. Klopsch, A.-D. Schlüter. "A [1.1.1]Propellane with an Unprotected Hydroxy Group in the Side Chain", Tetrahedron, 1995, 51, 10491-10496.
8. P. Liess, V. Hensel, A.-D. Schlüter. "Oligophenylene Rods: A Repetitive Approach". Liebigs Ann. Chem. 1996, 1037-1040.
9. I. Neubert, E. Amoulong-Kirstein, A.D. Schlüter, M. Antonietti, A. Dautzenberg. "Polymerization of Styrenes with Dendritic Fragments of the First, Second, and Third Generation". Macromol. Chem. Phys. 1996, 17, 517.
10. R. Klopsch, P. Francke, A.-D. Schlüter. "Repetitive strategy for exponential growth of hydroxy-functionalized dendrons". Chem. Eur. J. 1996, 2(10), 234.

Ausgewählte Forschungsprojekte in schematischer Form

Synthese ausgedehnter, monodisperser aromatischer Strukturen zum Studium ihrer optischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften. Gezeigt ist der größte jemals synthetisierte und eindeutig nachgewiesene Aromat (R = C₁₂H₂₅).

Synthese und Charakterisierung doppelsträngiger Polymere (wie 1) und deren Umwandlung in ungesättigte Leiterstrukturen (wie 2), als Materialien für lichtemittierende Dioden und ähnliche optoelektrische Anwendungen.

Figur 1 zeigt das Ausgangspolymer 1 in Filmform (gelb) und seine Umwandlung ins Zielpolymer 2 (gelb/rot).

Entwicklung von Syntheseverfahren für exponentielles Wachstum von dendritischen Fragmenten. Dendron 3 trägt orthogonale Schutzgruppen am Kernstück und in der Peripherie und eignet sich damit für vielfältigen Einsatz. Nachweise über MALDI-TOF-Massenspektrometrie (Figur 2).

Repetitive Synthese von Oligophenylengigantozyklen als Module für die Konstruktion bienenwabenförmiger 2D-Netzwerke. Als Kupplungschemie findet die Pd-katalysierte Suzuki-Kreuzkupplung Anwendung.

Synthese zylindrisch strukturierter Dendrimere mit block- oder schichtartiger Polaritätsverteilung z.B. zur Verwendung als Bausteine für Riesenvesikel oder neuartige Mizellen.

Untersuchung zur Homo- und Copolymerisation substituierter [1.1.1]Propellane. Polymer 4 ist das struktursteifste einsträngige Kohlenwasserstoffpolymer, das zur Zeit bekannt ist.

Weitere Verweise

• AG Schlüter