Fluorchemie: Hochdotierte Förderung für die Fluorchemie-Forschung

Berlin ist schon heute ein Schwerpunkt der Erforschung von fluorierten Verbindungen. Nun stärken der Europäische Forschungsrat (European Research Council, ERC) und die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) den Hotspot der Fluor-Forschung an der Spree mit zwei weiteren hochdotierten Förderungen an der Freien Universität: Einem ERC Consolidator Grant und einem Sonderforschungsbereich. Mit dem ERC Consolidator Grant unterstützt die Europäische Union das Forschungsprogramm „HighPotOx – Untersuchung der Grenzen von hochpotenten Oxidationsmitteln“ am Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie in den kommenden fünf Jahren mit zwei Millionen Euro.

Das Projekt, das von Professor Sebastian Hasenstab-Riedel geleitet wird, zielt darauf ab, neuartige, hochpotente Oxidationsmittel zu entwickeln und diese mittels quantenchemischer Berechnungen sowie experimenteller Techniken zu charakterisieren. „Wir erhoffen uns, mit diesen neuen Oxidationsmitteln ungewöhnliche Moleküle herstellen zu können, die anders nicht oder nur schwer synthetisiert werden können. Und wir erwarten neue Einblicke in die Natur der chemischen Bindung.“ Auch maßgeschneiderte Oxidationsmittel, mit denen sich Biomoleküle gezielt modifizieren lassen, stehen auf der Wunschliste des Chemikers. Neuartige Oxidationsmittel, die deutlich stärker sind als alle bisherigen, sind ebenfalls von großem Interesse. Denn damit ließen sich zum Beispiel Hightech-Metalle aus Elektroschrott wiedergewinnen, was immer noch ein großes Problem darstellt.

Oxidationsmittel werden aber auch als Bleichmittel etwa in der Papierherstellung oder Textilreinigung verwendet und als Desinfektionsmittel. Unverzichtbar sind sie für die chemische Industrie bei der Herstellung vieler Grundchemikalien. „Dabei ist nicht nur die Stärke des Oxidationsmittels entscheidend, sondern unter anderem auch das Zusammenspiel von Oxidations- und Lösungsmitteln, in dem die chemische Reaktion stattfindet“, sagt Hasenstab-Riedel. So kann die Oxidationskraft durch gezielte Kombinationen noch deutlich gesteigert werden. Auch diese Effekte sollen im Rahmen des ERC Projekts „HighPotOx“ erforscht werden.

Die Einzelprojekte sind sehr vielfältig

Am neuen Sonderforschungsbereich „Fluor-Spezifische Wechselwirkungen: Grundlagen und Anwendungen“ (SFB 1349), dessen Initiator und Sprecher ebenfalls Sebastian Hasenstab-Riedel ist, sind neben der Freien Universität die Humboldt-Universität, die Technische Universität, das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft sowie die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung beteiligt. Die 21 beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, 29 Promovierende und drei Postdocs des SFB werden in den kommenden vier Jahren mit elf Millionen Euro gefördert.

„Fluorchemie ist eine Querschnittswissenschaft, die verschiedene Sparten der Chemie mit Bereichen der Pharmazie, Physik und der Geologie verknüpft“, sagt Hasenstab-Riedel. Dementsprechend vielfältig sind die Einzelprojekte des Sonderforschungsbereiches, die sich auf drei Themenkomplexe fokussieren: zum einen auf Wasserstoffbrückenbindungen zu fluorierten Molekülgruppen, etwa bei fluorhaltigen Arzneimitteln, oder der Lagerstättenbildung von Metallen in der Erdkruste. Zum anderen sollen die Interaktionen von Molekülen mit sogenannten fluorierten Lewis-Säuren erforscht werden, die als Katalysatoren bei chemischen Reaktionen eingesetzt werden.

Neue Materialien und Anwendungen entwickeln

Außerdem will man „fluorige Systeme“ wie zum Beispiel superrutschige Oberflächen erforschen. „Verbindet man die Vorteile des Lotuseffektes – also eine raue Oberflächenstruktur, an der sich keine Schmutzpartikel oder Wassertropfen halten können, – mit denen einer Teflonpfanne, an der aufgrund der langen fluorierten Kohlenstoffketten in der Beschichtung keine Proteine haften, gelangt man zu superrutschigen Oberflächen. Sie weisen sowohl Wasser als auch Öle, Fette, Biofilme oder Blut ab“, erklärt Carsten Müller, wissenschaftlicher Koordinator des SFB.

„Viele Anwendungen in unserem Alltag basieren auf den außergewöhnlichen Eigenschaften fluorierter Verbindungen, aber wie diese zustande kommen, ist nur im Ansatz verstanden“, sagt Professor Thomas Braun, stellvertretender Sprecher des SFB. Diese Lücken zu schließen, hat sich der SFB für die kommenden Jahre zur Aufgabe gemacht. Sollte dies gelingen, können aufbauend auf diesen Erkenntnissen neuartige Materialien und Anwendungen entwickelt werden.

Einige der Projektideen gehen auf das Graduiertenkolleg „Fluor als Schlüsselelement“ zurück, das nach neun sehr erfolgreichen Jahren 2018 auslief. Im neuen Sonderforschungsbereich 1349 wird nun ebenfalls ein Graduiertenkolleg zur Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern integriert sein.

Catarina Pietschmann