Die Chemie steht vor einem Wandel: Weg von seltenen Edelmetallen, hin zu nachhaltigen und breit verfügbaren Elementen. Forschende wie TUM Junior Fellow Dr. Peter Coburger arbeiten genau an dieser Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und praktischer Anwendung mit dem Ziel, katalytische Prozesse umweltfreundlicher zu gestalten.

In der aktuellen Arbeit „Modular Design Enables Access to Onium-Substituted Diphosphacyclobutadienyl Complexes“ präsentiert das Team um Dr. Peter Coburger eine neue Synthesestrategie für innovative Liganden in der Koordinationschemie. Kern der Studie ist ein modulares „Baukastenprinzip“, bei dem reaktive Liganden direkt im Metallkomplex gebildet werden. Dadurch entfällt die oft problematische Isolierung instabiler Zwischenstufen. Die resultierenden Systeme besitzen eine zwitterionische Struktur und zeigen außergewöhnlich starke Bindungseigenschaften gegenüber Metallen wie Mangan und Cobalt.

Besonders bemerkenswert ist, dass seine Ligandensysteme stärkere π-Donoren sind als klassische Cyclopentadienyl-Systeme. Gleichzeitig lassen sich ihre sterischen Eigenschaften gezielt variieren, ohne die elektronischen Eigenschaften zu verändern. Ein weiterer Vorteil: Durch Photochemie lassen sich gezielt Liganden austauschen und neue Komplexe herstellen. 

Im folgenden Interview gibt Dr. Peter Coburger Einblicke in seinen Werdegang, seine Motivation und die Ideen hinter seiner aktuellen Forschung.

Stelle kurz dich und deinen Werdegang vor?
Ich habe mein Masterstudium 2015 an der Universität Leipzig abgeschlossen. Anschließend promovierte ich von 2015 bis 2019 in der Arbeitsgruppe von Prof. Evamarie Hey-Hawkins, ebenfalls in Leipzig. In meiner Promotion beschäftigte ich mich mit carboransubstituierten Diphosphetanen als Bausteinen für neuartige phosphorbasierte Ligandsysteme. Danach folgte ein Postdoc bei Prof. Robert Wolf in Regensburg (2019–2020), wo ich mich stärker mit der theoretischen Beschreibung ungewöhnlicher Metallkomplexe beschäftigte. Anschließend wechselte ich an die ETH Zürich zu Prof. Hansjörg Grützmacher (2020–2022) und arbeitete dort an der Koordinations- und Redoxchemie biradikaloider Liganden. Seit 2023 bin ich dem Lehrstuhl für Anorganische Chemie mit Schwerpunkt Neue Materialien von Prof. Thomas Fässler an der Technischen Universität München assoziiert und leite eine eigene Arbeitsgruppe, zunächst gefördert durch ein Liebig-Stipendium und seit 2024 im Emmy-Noether-Programm der DFG. 

Was hat dich zu deinem Forschungsthema geführt und welche aktuellen Themen treiben dich an?
Meine wissenschaftliche Laufbahn war geprägt von sehr unterschiedlichen Themen: von Phosphorchemie über theoretische Chemie bis hin zur Koordinationschemie. Anfangs stand vor allem das fundamentale Interesse an neuen Verbindungen im Vordergrund. Mit der Zeit wurde für mich aber auch das Thema Nachhaltigkeit immer wichtiger. Deshalb versuche ich heute, meine Erfahrung gezielt einzusetzen, um katalytische Prozesse nachhaltiger zu machen. Ein zentraler Ansatz ist die homogene Katalyse, bei der bislang oft seltene Edelmetalle eingesetzt werden. Unser Ziel ist es, diese durch in der Erdkruste häufig vorkommende Metalle wie Eisen, Mangan oder Cobalt zu ersetzen, ohne dabei an Effizienz zu verlieren.

Welche Probleme in deinem Fachgebiet hältst du für besonders spannend?
Ein zentrales Problem ist der Ersatz von Edelmetallen in der Katalyse. Trotz vieler Fortschritte sind Edelmetalle oft noch überlegen, insbesondere bei Aktivität und Selektivität. Für manche Reaktionen gibt es bislang sogar überhaupt keine Alternativen, etwa bei der Olefinmetathese. Der Schlüssel liegt darin, die Eigenschaften der Metalle gezielt anzupassen. Dies ist durch gezieltes Ligandensdesign möglich. In unserer Gruppe entwickeln wir daher funktionalisierte π-Systeme, die nicht nur stabilisieren, sondern aktiv an Reaktionen teilnehmen. Durch den Einbau von Phosphor und geladenen Substituenten entstehen kooperative Liganden, die neue Reaktivitäten ermöglichen und sogar instabile Metallfragmente stabilisieren können.

Zur Publikation: Was sind die „Learnings“ und zukünftige Ziele?
Für zwitterionische Diphosphacyclobutadienyl-Systeme gab es bislang keinen allgemeinen Zugang und genau diese Lücke haben wir geschlossen. Mein Doktorand Stefan Frei hat eine Methode entwickelt, mit der sich die Liganden wie in einem Baukastensystem synthetisieren lassen. Dadurch können wir die sterischen Eigenschaften gezielt variieren, während die starken elektronischen Donoreigenschaften erhalten bleiben. Anhand von Cobalt- und Mangankomplexen konnten wir zeigen, dass das Konzept funktioniert und zu unterschiedlichen, teils komplementären Reaktivitäten führt. Zukünftig wollen wir diese Plattform nutzen, um systematisch Struktur–Reaktivitäts-Beziehungen zu untersuchen, etwa bei Hydrophosphinierungen mit Mangan oder bei Olefinreaktionen mit Cobalt.

Welche Techniken nutzt deine Arbeitsgruppe und sucht ihr aktuell Verstärkung?
Wir kombinieren synthetische Chemie, Spektroskopie, theoretische Chemie und Photochemie. Die Synthese erfolgt unter Schutzgasbedingungen (Glovebox/Schlenk-Techniken), während wir zur Charakterisierung Methoden wie die NMR Spektroskopie, Röntgenstrukturanalyse und Massenspektrometrie einsetzen. Ein wichtiger Teil ist die theoretische Modellierung, mit der wir Reaktivität analysieren und verstehen und dadurch neue Systeme vorhersagen können. Außerdem nutzen wir Licht gezielt, um Reaktionen auszulösen, etwa für den Ligandenaustausch. Wir suchen aktuell Studierende, insbesondere für Masterarbeiten im Bereich der katalytische Aktivierung kleiner Moleküle wie Wasserstoff oder Kohlenstoffdioxid mit Mangankomplexen.

Publikation 

Modular Design Enables Access to Onium-Substituted Diphosphacyclobutadienyl Complexes, ChemistryEurope, https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/ceur.202500475

Weitere Informationen

• Peter Coburger, Phosphorheterozyklen für nachhaltige Katalyse
• ChemistryViews Artikel: https://www.chemistryviews.org/building-zwitterionic-phosphorus-analogues-of-cyclobutadienyl-ligands-within-the-metal-coordination-sphere/. Hier berichtet Dr. Peter Coburger in ChemistryViews über den Aufbau und die Untersuchung zwitterionischer Phosphor-Analoga von Cyclobutadienyl-Liganden innerhalb der Metall-Koordinationssphäre sowie deren elektronische Struktur und Bindungseigenschaften.

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