Synthese von f-Elementverbindungen und deren Koordinations-chemie mit organischen Liganden

Die synthetische Chemie von Actiniden (An) ist nach wie vor weitgehend unerforscht. Dies begründet sich nicht nur durch deren Radioaktivität, sondern auch durch ihre begrenzte Verfügbarkeit. Actinide zeigen außerdem ein breites Spektrum möglicher Oxidationsstufen zwischen +II und +VII, was eine weitere Herausforderung bei der Synthese von Actinidverbindungen darstellt. Unser aktueller Forschungs¬schwerpunkt liegt auf der vierwertigen Oxidationsstufe (An(IV)), einem Zustand, der vorrangig unter anaroben Bedingungen dominiert, wie beispielsweise unter den geochemischen Bedingungen eines nuklearen Endlagers. Die Synthese geeigneter Ausgangsverbindungen sowie die Koordinationschemie der vierwertigen Actinide erfordert Schutzgasbedingungen durch Schlenk-Technik und Inertgasboxen und ist auch daher deutlich weniger untersucht als die Chemie der An(V)- und An(VI)-Verbindungen.

Der erste Schritt zur Synthese von An(IV)-Verbindungen ist die Bereitstellung geeigneter Ausgangs¬stoffe in ausreichender Menge. Dazu stellen wir routinemäßig die wasserfreien An(IV)-chloride her (siehe Abbildung 1), die sich als vielseitige Verbindungen in der anschließenden Koordinationschemie bewährt haben.

Auch die Wahl des Ligandsystems und schließlich die Bedingungen zur Komplexsynthese spielen eine Rolle bei der Stabilisierung der vierwertigen Oxidationsstufe. Für unsere Forschung sind dabei besonders organische O- und N-Donorliganden mit typischen naturrelevanten Bindungsmotiven relevant, wie sie beispielsweise in Carboxylsäuren, Amiden oder Schiff‘schen Basen zu finden sind (siehe Abbildung 2). Durch die Modifizierung der Substituenten lassen sich schließlich die elektronischen Eigenschaften der Komplexe steuern.

Serien strukturanaloger Verbindungen vierwertiger Actinide erlauben schließlich, die Zusammenhänge zwischen der Komplexstruktur und ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften zu untersuchen. Die erhaltenen Ergebnisse werden außerdem dazu beitragen, Modellsysteme für komplexere Systeme zu entwickeln, wie beispielsweise für biologische oder geologische Systeme, die relevant für nukleare Endlager sind.

Wesentliche Methoden

• Einkristall-Röntgenstrukturanalyse (SC-XRD)
• Pulver-XRD
• NMR
• UV-VIS-NIR Spektroskopie
• FT-IR-Spektroskopie
• TRLFS
• Quantenchemische Berechnungen

Projekte

• FENABIUM, Projektnummer 02NUK046B