• Interphasen SM sind Bereiche, in denen sich eine stationäre Phase S und eine mobile Komponente M (S, M = Reaktionspartner) in molekularer Dimension durchdringen, wobei keine homogene Phase entsteht.
• Eine stationäre Phase S besteht im allgemeinen aus einem stark verzweigten, porösen oder quellbaren organischen oder anorganischen Polymer oder aus einem organisch/anorganischen Hybridpolymer, einem Spacer (Linker) und den reaktionsvermittelnden Zentren, bei denen es sich um organische Moleküle oder metallorganische Komplexe handeln kann.
• Die mobile Komponente M ist ein hinzutretendes (gasförmiges oder gelöstes) Substrat. In Gegenwart von Lösungsmittel als mobile Komponente M können Polymere ein hohes Quellvermögen aufweisen, so daß in der Interphase SM ein lockeres stationäres Gerüst entsteht, das den Reaktanden fast ebenso gut ausgesetzt ist wie in homogener Phase.

Forschungsziele und Schwerpunkte 

• Synthese und Optimierung geeigneter stationärer Komponenten S mit unterschiedlichen Polymeren, Spacern und reaktiven Zentren.
• Stöchiometrische Reaktionen in der Interphase (Aktivierung kleiner Moleküle, katalytische Teilschritte).
• Katalytische Reaktionen in der Interphase (Carbonylierungen, Hydroformylierungen, stereoselektive Hydrierungen, enantioselektive Hydrierungen, Alken/Kohlenmonoxid-Copolymerisation, CO₂-Hydrierung zu Ameisensäure etc.).
• Abfangen und Charakterisierung von Zwischenstufen, die sich an den Reaktionszentren der Interphasen gebildet haben.
• Herstellung, Charakterisierung und Modulation von Interphasen mit redoxaktiven Zentren.
• Optische und elektronische Eigenschaften Sol-Gel-prozessierter Phthalocyanine.
• Polymere Träger für die Festphasensynthese und die Synthese organischer Einzelverbindungen und Verbindungs-Bibliotheken durch automatisierte parallele Synthesen.
• Mechanistische und kinetische Untersuchungen der in der Interphase SM ablaufenden Reaktionen.
• Verwendung der fixierten Zentren zur effizienten Trennung durch nicht kovalente Wechselwirkungen, z. B. Donor-Acceptor-, van der Waals- und Wasserstoffbrücken-Wechselwirkungen zur Optimierung chromatographischer Prozesse.
• Synthese neuer, selektiverer Trennphasen für die Chromatographie unter besonderer Berücksichtigung der Enantiomerentrennung (Chiralitätserkennung).
• Struktur- und Dynamik-Untersuchungen.

Die Vorteile des Interphasen-Konzepts bei katalytischen Reaktionen bestehen darin, daß sich die abreagierten Substrate leicht und vollständig von der stationären Phase S abtrennen lassen. Außerdem sind die Reaktionszentrendichte und der Reaktionszentrenabstand gezielt steuerbar durch Einführung von Copolymeren. Damit läßt sich die Reaktivität in der Interphase SM einstellen. Je nach Anforderung kann das stationäre S-Gerüst inklusive Spacer flexibler oder starrer gestaltet werden, so daß die Selektivität der Reaktionen steuerbar wird.  Ein wichtiger Punkt ist die verminderte Leaching-Gefahr bei Verwendung polyfunktionalisierter Liganden und Komplexen.

Erhebliche Vorteile und ein breites Anwendungspotential bieten auch die Festphasen-Synthesen in der organischen Chemie. Schließlich sind parallele Reaktionsansätze in Reaktorblöcken und Syntheserobotern möglich (kombinatorische Chemie).

Zur Lösung komplexer chromatographischer Trennprobleme lassen sich maßgeschneiderte stationäre Phasen herstellen, die eine bessere Selektivität als kommerziell erhältliche Trennphasen aufweisen. Die Synthese der stationären Phasen kann entweder in einem Schritt im Sol-Gel-Prozeß oder durch schrittweises Anbinden der aromatischen bzw. aliphatischen Liganden erfolgen. Mehrere Parameter können hierfür optimiert werden. Das Kieselgel beeinflußt die Trennleistung über die Porengröße und den Teilchendurchmesser. Die Ligandendichte wird durch die Funktionalität des verwendeten Silans gesteuert.

Chirasil-Typ-Stationärphasen sollen zur Enantiomerentrennung in allen gängigen chromatographischen Verfahren (GC, SFC, LC und CEC) eingesetzt werden.

Die Anbindung von Phthalocyaninen und Metallphthalocyaninen an einen polymeren Träger führt zu interessanten Effekten in bezug auf die spezifischen Wechselwirkungen der einzelnen planaren Phthalocyanine. Dies hat Auswirkungen auf die zu untersuchende Photoleitfähigkeit, nichtlinear optische Eigenschaften und Optical-Limiting-Effekte.

Bei Vorliegen redoxaktiver Zentren bietet die Elektrochemie zusätzliche Charakterisierungsmöglichkeiten für Interphasensysteme an.  Darüber hinaus kann sie zur Synthese von stationären Phasen benutzt werden.  Durch Veränderung des Elektrodenpotentials läßt sich auch die chemische Zusammensetzung der Interphase steuern (Quellvorgänge, Ein- und Auswandern von Ionen). Schließlich bietet das Interphasenkonzept einen neuartigen Blickwinkel auf oberflächenmodifizierte Elektroden, deren vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Materialwissenschaften, der Analytik und besonders auch der Katalyse auf der wechselseitigen Durchdringung von flüssiger (Elektrolyt) und stationärer Phase (Elektrode mit modifizierender Schicht und aktiven Zentren) beruhen.

Methoden-Spektrum

• Festkörper- und Suspensions-Kernresonanz-Spektroskopie:
  Sie dient zur Untersuchung des S-Gerüstes, der Spacer, der (Organo)Metallkomplexe, der organischen Zentren und der Reaktionszwischenprodukte. Außerdem läßt sich die molekulare Beweglichkeit in der Interphase studieren.
• Laserkurzzeit-Spektroskopie:
  Quantifizierung schneller dynamischer Vorgänge im Mikro- bis Pikosekundenbereich.
• Die konfokale Lasermikroskopie sowie die IR-Mikroskopie erlauben die räumliche Darstellung der Interphase.
• Die ATR-FT-IR-Spektroskopie ermöglicht die Analyse des Reaktionsverlaufs in planaren Interphasen und quellbaren Polymeren.
• Mit der Röntgenabsorptions-Spektroskopie (EXAFS) gelingt die Bestimmung von Atomabständen in den reaktiven Zentren des S-Gerüsts. Da es sich hier um nichtkristallines Material handelt, versagen Röntgenbeugungs-Methoden.
• Die in den stationären Phasen S eingebauten metallorganischen Komplexe enthalten als reaktive Zentren funktionelle Gruppen (Kohlenmonoxid, Alkene, Alkine etc.), die in den FT- und ATR-FT-IR- und Raman-Spektren meist zu intensiven Banden führen. In gleicher Weise lassen sich mit diesen Spektroskopie-Arten auch die mobile Phase M und die Interphase SM charakterisieren.
• Die Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) oder die Elektronenstrahl-Mikroanalyse (EDX = Energy Dispersive X-ray Analysis) eignen sich für Untersuchungen der Zusammensetzung des S-Gerüsts ("Elementaranalyse").
• Die Raster-Elektronenmikroskopie und die Elektronenenergie-Verlust-Spektroskopie werden für die Charakterisierung des S-Gerüsts verwendet und die Gasphasenadsorption nach BET und die Flüssigphasenadsorption dienen der Ermittlung von spezifischer Oberfläche, Porosität und Quellvermögen.
• Mit elektrochemischen Techniken (z. B. der Cyclovoltammetrie) lassen sich redoxaktive Interphasen SM und deren Komponenten bezüglich ihrer Elektronentransfereigenschaften charakterisieren. Damit können indirekt auch strukturelle Aussagen erhalten werden. Das elektrische Potential über die Interphase SM stellt einen zusätzlichen, kontrollierbaren Parameter für die Interphasenzusammensetzung und -struktur dar.