Activation of small molecules by copper and cobalt complexes via proton-coupled multi-electron transfer reactions and the application in catalysis

铜钴配合物质子耦合多电子转移反应活化小分子及其催化应用

基本信息

项目摘要

Many redox reactions in nature and chemistry proceed in the transfer of both, electrons and protons, and in fact, this concept is utilised in the water oxidation of the photosystem II (PS II). At the oxygen evolving centre in the PS II four consecutive single electron transfer steps lead to the oxidation of water. Three out of the four electron transfer steps are most likely coupled to a proton transfer. The (almost) simultaneous transfer of protons and electrons avoids the formation of high energy intermediates, which could be formed in consecutive transfer steps. The mimicking of this reaction is the key step for an energy change from fossil to sustainable fuels. The synthesis of C1-fuels or H2 requires electrons in order to reduce the precursors CO2 or protons. Water is a cheap and widely available source of electrons and the only side product in the water oxidation reaction would be the natural gas oxygen. Among others, the oxidation of water can be performed by transition metal complexes.The project targets the activation of small molecules, in particular the oxidation of water and the reductive cleavage of laughing gas (N2O) by cobalt and copper complexes. Complexes with the earth abundant metal ions copper and cobalt are able to accumulate two or more redox equivalents and thus, to facilitate multistep redox reactions. The complexes feature a very robust ligand scaffold. Furthermore, they may stabilise in-situ formed intermediates and avoid the formation of high energy intermediates in the reaction cascade by coupling electron donation/acceptance with proton donation/acceptance.Novel cobalt and copper complexes will be synthesised and subsequently investigated with respect to their ability to facilitate the proton coupled electron transfer. The concept will be then used to activate small molecules. Stable mono- and dinuclear compounds, which can accumulate multiple redox equivalents, will be exploited for (electro)chemical water splitting catalysis. In addition, copper complexes with a central RS−-unit will be synthesised and utilised for functional studies of N2O-decomposition as model compounds for the N2O-reductase. N2O is the second to last product of the denitrification and naturally decomposed by the N2O-reductase in N2 and water by transferring two electrons and two protons to N2O.
自然界和化学中的许多氧化还原反应都是在电子和质子的转移中进行的,事实上,这个概念被用于光系统 II (PS II) 的水氧化。在 PS II 的氧气放出中心,四个连续的单电子转移步骤导致水的氧化。四个电子转移步骤中的三个很可能与质子转移耦合。质子和电子(几乎)同时转移避免了高能中间体的形成,高能中间体可能在连续的转移步骤中形成。模仿这种反应是能源从化石燃料向可持续燃料转变的关键一步。 C1 燃料或 H2 的合成需要电子来还原前体 CO2 或质子。水是一种廉价且广泛可用的电子源,水氧化反应中唯一的副产物是天然气氧气。其中,水的氧化可以通过过渡金属络合物进行。该项目的目标是小分子的活化,特别是钴和铜络合物对水的氧化和笑气(N2O)的还原裂解。与地球上丰富的金属离子铜和钴的配合物能够积累两个或多个氧化还原当量,从而促进多步氧化还原反应。该复合物具有非常坚固的配体支架。此外,它们可以通过将电子给予/接受与质子给予/接受耦合来稳定原位形成的中间体,并避免在反应级联中形成高能中间体。将合成新型钴和铜配合物,并随后研究其促进质子耦合电子转移的能力。该概念随后将用于激活小分子。稳定的单核和双核化合物可以积累多个氧化还原当量,将用于(电)化学水分解催化。此外,将合成具有中心 RS--单元的铜配合物,并将其用作 N2O 还原酶的模型化合物,用于 N2O 分解的功能研究。 N2O 是反硝化作用的倒数第二个产物,通过 N2 和水中的 N2O 还原酶将两个电子和两个质子转移到 N2O 来自然分解。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Copper Complexes with NH-Imidazolyl and NH-Pyrazolyl Units and Determination of Their Bond Dissociation Gibbs Energies.
具有 NH-咪唑基和 NH-吡唑基单元的铜配合物及其键解离吉布斯能的测定
  • DOI:
    10.1021/acs.inorgchem.5b02084
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    A. Wilting;M. Kügler;I. Siewert
  • 通讯作者:
    I. Siewert
Electrochemical CO2 Reduction Catalyzed by Binuclear LRe2(CO)6Cl2 and LMn2(CO)6Br2 Complexes with an Internal Proton Source.
双核 LRe2(CO)6Cl2 和 LMn2(CO)6Br2 配合物与内部质子源催化电化学 CO2 还原
  • DOI:
    10.1021/acs.accounts.1c00609
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    18.3
  • 作者:
    I. Siewert
  • 通讯作者:
    I. Siewert
Thermochemistry of a Cobalt Complex with Ionisable Pyrazole Protons
具有可电离吡唑质子的钴配合物的热化学
  • DOI:
    10.1002/ejic.201800347
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    M. Wilken;C. Würtele;M. Kügler;F. Chrobak;I. Siewert
  • 通讯作者:
    I. Siewert
Dinuclear Rhenium Complex with a Proton Responsive Ligand as a Redox Catalyst for the Electrochemical CO2 Reduction.
具有质子响应配体的双核铼络合物作为电化学 CO2 还原的氧化还原催化剂
  • DOI:
    10.1021/acs.inorgchem.7b00178
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    A. Wilting;T. Stolper;R. A. Mata;I. Siewert
  • 通讯作者:
    I. Siewert
Electrocatalytic Dihydrogen Production with a Robust Mesoionic Pyridylcarbene Cobalt Catalyst.
  • DOI:
    10.1002/anie.201506061
  • 发表时间:
    2015-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Margarethe van der Meer;E. Glais;Inke Siewert;B. Sarkar
  • 通讯作者:
    Margarethe van der Meer;E. Glais;Inke Siewert;B. Sarkar
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Professorin Dr. Inke Siewert其他文献

Professorin Dr. Inke Siewert的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Professorin Dr. Inke Siewert', 18)}}的其他基金

Synthese von tridentaten Lewis-Säuren und ihr Einsatz als optische Sensoren für umweltrelevante Anionen
三齿路易斯酸的合成及其作为环境相关阴离子光学传感器的用途
  • 批准号:
    152906741
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Fellowships
NSF-DFG Echem: Electrochemical Hydrogenation of Amides and Esters
NSF-DFG Echem:酰胺和酯的电化学氢化
  • 批准号:
    459920716
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants
NSERC-DFG SUSTAIN: Electroreductions of C=O bonds catalyzed by borohydrides
NSERC-DFG SUSTAIN:硼氢化物催化的 C=O 键电还原
  • 批准号:
    534359418
  • 财政年份:
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Research Grants

相似国自然基金

昼夜节律性small RNA在血斑形成时间推断中的法医学应用研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
用于小尺寸管道高分辨成像荧光聚合物点的构建、成像机制及应用研究
  • 批准号:
    82372015
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    48.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
tRNA-derived small RNA上调YBX1/CCL5通路参与硼替佐米诱导慢性疼痛的机制研究
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
中性粒细胞在体内条件下重编程为造血干祖细胞的研究
  • 批准号:
    92068101
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
Small RNA调控I-F型CRISPR-Cas适应性免疫性的应答及分子机制
  • 批准号:
    32000033
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Tousled like kinase介导青光眼中视网膜神经节细胞死亡的作用和机制
  • 批准号:
    32000518
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    16.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
小分子化合物促进肝细胞增殖和肝脏再生的研究
  • 批准号:
    32000504
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
SlDCL4调控番茄果实抵抗病毒的分子机制研究
  • 批准号:
    32002098
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
SIRT1调控突变型p53肿瘤细胞死亡的分子机制研究
  • 批准号:
    31970689
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Small Molecule Activation and Homogeneous Catalysis with Organometallic Molecules Based on Sustainable Transition Metals
基于可持续过渡金属的有机金属分子小分子活化和均相催化
  • 批准号:
    RGPIN-2018-03693
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Development of the reactive cluster sites operating multi-centered activation and multi-electron transfer oriented to resource utilization of inert small molecules
开发面向惰性小分子资源利用的多中心活化和多电子转移反应簇位点
  • 批准号:
    22K05184
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Small Molecule Activation and Homogeneous Catalysis with Organometallic Molecules Based on Sustainable Transition Metals
基于可持续过渡金属的有机金属分子小分子活化和均相催化
  • 批准号:
    RGPIN-2018-03693
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Development of 3D Printed Synthetic Bone Graft Containing Small Molecules for Sequential Activation of Hedgehog and Hypoxia Signaling for Treatment of Nonunion Fractures
开发含有小分子的 3D 打印合成骨移植物,用于顺序激活 Hedgehog 和缺氧信号,用于治疗骨不连骨折
  • 批准号:
    10413956
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Phosphorus-containing interlocked molecules as frustrated Lewis pairs for small molecule activation
含磷联锁分子作为受挫路易斯对用于小分子活化
  • 批准号:
    2580989
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Development of 3D Printed Synthetic Bone Graft Containing Small Molecules for Sequential Activation of Hedgehog and Hypoxia Signaling for Treatment of Nonunion Fractures
开发含有小分子的 3D 打印合成骨移植物,用于顺序激活 Hedgehog 和缺氧信号,用于治疗骨不连骨折
  • 批准号:
    10664885
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Development of 3D Printed Synthetic Bone Graft Containing Small Molecules for Sequential Activation of Hedgehog and Hypoxia Signaling for Treatment of Nonunion Fractures
开发含有小分子的 3D 打印合成骨移植物,用于顺序激活 Hedgehog 和缺氧信号,用于治疗骨不连骨折
  • 批准号:
    10253962
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Small Molecule Activation and Homogeneous Catalysis with Organometallic Molecules Based on Sustainable Transition Metals
基于可持续过渡金属的有机金属分子小分子活化和均相催化
  • 批准号:
    RGPIN-2018-03693
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Chronic Axon Hypofunction in Maternal Immune Activation Models of Neurodevelopmental Disorders
神经发育障碍母体免疫激活模型中的慢性轴突功能减退
  • 批准号:
    10401784
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
Chronic Axon Hypofunction in Maternal Immune Activation Models of Neurodevelopmental Disorders
神经发育障碍母体免疫激活模型中的慢性轴突功能减退
  • 批准号:
    9916658
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了