Promotionsthemen

Synthese und Charakterisierung von Actinidkomplexen mit biologisch inspirierten Modellliganden

Till Sawallisch

Prof. Dr. Thorsten Stumpf, Dr. Robert Gericke (HZDR)

Chemie der f-Elemente

11/2023-11/2026

Obwohl die Nutzung der Kernenergie in Deutschland mit dem Atomausstieg zu einem Ende gekommen ist, stellt die Behandlung der verbliebenen Radionuklide, etwa deren Entsorgung in einem Endlager, weiterhin eine Herausforderung dar. Eine besonders wichtige Rolle dabei spielen die radioaktiven Schwermetalle der Actinide, im Wesentlichen Thorium, Uran, Neptunium und Plutonium, sowie deren mögliche Mobilisierung und ihr Eintrag in die Umwelt. Diese Mobilisierung kann beispielsweise durch die Wechselwirkung dieser Metallionen mit organischen Liganden in biologischen Systemen erfolgen, die im Fokus dieser Arbeit stehen.

Da viele der in der Umwelt vorhandene mögliche Ligandensysteme zu komplex sind, um eine chemische Charakterisierung zu gestatten, sollen stattdessen kleine molekulare Modellsysteme entwickelt werden, deren koordinierende Strukturmotive auch in biologischen Systemen von Bedeutung sind. Zu nennen sind etwa sauerstoff- und stickstoffhaltige funktionelle Gruppen wie Carbonsäureamide, aber auch weichere Donoratome wie Phosphor können eine Rolle spielen. Diese Liganden werden mit den Actiniden zu metallorganischen Modellkomplexen umgesetzt, die einen Einblick in mögliche Wechselwirkungsmodi in der Umwelt bieten und darüber hinaus auch zur Erforschung der noch immer zu wenig verstandenen grundlegenden chemischen Eigenschaften der Actinidmetalle beitragen. Von besonderem Interesse dabei ist die Synthese isostruktureller Verbindungen der Elemente Thorium, Uran, Neptunium und Plutonium mit gleichen Ligandensystemen, die Unterschiede und Trends in der Koordinationschemie dieser Elemente sichtbar machen können. Die synthetisierten Komplexe werden daher mit verschiedenen spektroskopischen und analytischen Methoden im Festkörper wie in Lösung umfassend charakterisiert, darunter XRD, NMR, IR, XAS, SQUID, MS und EA. Diese Ergebnisse können dann mit quantenchemischen Berechnungen gegenübergestellt und ergänzt werden.

Diese Arbeit ist Teil des Verbundprojekts „FENABIUM II“ (Untersuchungen zu den Wechselwirkungen von f-Elementen mit biologisch relevanten Strukturmotiven: Ableitung grundlegender Struktur-Wirkprinzipien für eine Mobilisierung in der Umwelt), welches vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 02NUK077B gefördert wird.