TetraClick - Tetrazine als vielseitige Bausteine in der Polymerchemie

Im vorgelegten Forschungsprojekt sollen Anwendungsgebiete für elektronenarme Tetrazin-Monomere erschlossen werden. Diese sind aufgrund a) ihrer hohen Reaktivität in Diels-Alder Reaktionen mit inversem Elektronenbedarf (inverse electron-demand Diels-Alder reaction, ied-DA) und b) als Monomere in konjugierten Donor-Akzeptor Polymeren mit niedrigen Bandlücken interessante Bausteine für Funktionspolymere. Ein Ziel der geplanten Forschungsaktivitäten sind daher neuartige Copolymere mit einzigartigen Eigenschaften. In der polymerwissenschaftlichen „Community“ hat die ied-DA erst kürzlich Interesse erlangt, trotz der Möglichkeit, anhand von ied-DA “Klick”reaktionen Polymerketten zu Blockcopolymeren mit neuen, aufregenden Eigenschaften zu konjugieren. Eine wesentliche Hypothese des vorliegenden Projektes ist, dass die ied-DA-Reaktion orthogonal zu zwei durchaus wohlbekannten “Klick”reaktionen (Azid-Alkin und Thiol-En Klickchemie) ist. Die geplanten Copolymere werden dabei dergestalt aufgebaut, dass alle drei “klick”baren Gruppen unter milden (auch biokompatiblen) Reaktionsbedingungen addressiert werden können, wobei keine Schutzgruppentechnik oder Katalyse benötigt wird. Diese Orthogonalität konnte in ersten Vorversuchen zum Projektantrag gezeigt werden. Um eine effiziente „Klick“chemie zu ermöglichen, sind möglichst elektronenarme (da aufgrund des inversen Elektronenbedarfs reaktivere) Tetrazine zu bevorzugen, was auch als ein Leitmotiv für den zweiten Teil des Projektes anzusehen ist. Aufgrund ihrer elektronenarmen Struktur eignen sich die geplanten Tetrazin-Strukturen auch als Akzeptoren für konjugierte Polymere. Durch die steuerbare Elektronenarmut dieser Monomere können bei Wahl eines geeigneten elektronenreichen Comonomers neue p-Typ Donorpolymere erhalten werden, die interessante Eigenschaften für organische Elektronik zeigen könnten. Auch die „Klick“barkeit dieser Strukturen ist von Interesse, da diese zur Morphologiestabilisierung in Bulk-Heterojunction-Solarzellen eingesetzt werden kann. Für diesen Teil des Projektes ist eine Kooperation mit der Gruppe von Prof. Iain McCulloch am Imperial College in London geplant, die in letzter Zeit besonders im Bereich der Entwicklung von elektronenreichen Monomeren für die Herstellung konjugierter Polymere und der Simulation der elektronischen Struktur derselben aktiv war. Insgesamt verstehen die Antragsteller das Projekt als eine Möglichkeit, die Grundlagen für die Entwicklung von tetrazin-basierenden Materialien zu erschließen, die in vielen Bereichen Anwendung finden können.