Dr. Christina Römelt - Chemical Synthesis

Vita

Studium (Chemie)Universität Bonn (2003-2008)
Diplom (organische Chemie)Universität Bonn (2008)
Promotion (organische Chemie)Universität Bonn (2008-2010), Universität Mainz (2010-2013)
ForschungsprojektNovartis, Basel (2013)
Wiss. MitarbeiterinMPI CEC (2014-2017)
GruppenleiterinChemical Synthesis, MPI CEC (seit 2017)
Publications

Full publications list | ORCID

Selected MPI CEC publications

  • Tarrago, M., Römelt, C., Nehrkorn, J., Schnegg, A., Neese, F., Bill, E.,  Ye, S. (2021). Experimental and Theoretical Evidence for an Unusual Almost Triply Degenerate Electronic Ground State of Ferrous Tetraphenylporphyrin. Inorganic chemistry. doi:10.1021/acs.inorgchem.1c00031.
  • Berkefeld, A., Roemelt, M., Römelt, C., Schubert, H., Jeschke, G. (2020). Modulating Effect of Ligand Charge on the Electronic Properties of 2Ni–2S Structures and Implications for Biological 2M–2S Sites Inorganic Chemistry 59(23),17234–17243. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.0c02467
  • Römelt, C., Weyhermüller, T., Wieghardt, K. (2019). Structural characteristics of redox-active pyridine-1,6-diimine complexes: Electronic structures and ligand oxidation levels Coordination Chemistry Reviews 380, 287-317. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2018.09.018
  • Wang, M., Römelt, C., Weyhermüller, T., Wieghardt, K. (2019). Coordination Modes, Oxidation, and Protonation Levels of 2,6-Pyridinediimine and 2,2′:6′,2′́-Terpyridine Ligands in New Complexes of Cobalt, Zirconium, and Ruthenium. An Experimental and Density Functional Theory Computational Study Inorganic Chemistry 58(1), 121 132. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.8b01949
  • Römelt, C., Ye, S., Bill, E., Weyhermuller, T., van Gastel, M., Neese, F. (2018). Electronic Structure and Spin Multiplicity of Iron Tetraphenylporphyrins in Their Reduced States as Determined by a Combination of Resonance Raman Spectroscopy and Quantum Chemistry Inorganic Chemistry 57(4), 2141-2148. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.7b03018
  • Römelt, C., Song, J.S., Tarrago, M., Rees, J.A., van Gastel, M., Weyhermüller, T., DeBeer, S., Bill, E., Neese, F., Ye, S.  (2017). Electronic Structure of a Formal Iron(0), Porphyrin Complex Relevant to CO2 Reduction Inorganic Chemistry 56(8), 4745-4750. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.7b00401

Chemische Synthese

Figure 1
Abb. 1. Ligand-Reduktionsreihe von [FeTPP] zu den katalytisch aktiven [Fe(II)TPP● ●]2- Spezies.

Aufgrund der mehrheitlichen Verwendung kohlenstoffbasierter Brennstoffe in industriell laufenden Verbrennungsprozessen ist der CO2-Anteil in der Atmosphäre innerhalb der letzten hundert Jahre um 40% angestiegen.

Die Forschung innerhalb meiner Gruppe beschäftigt sich mit der Wiederumsetzung von CO2 in Bausteine (z.B. Formaldehyd, Ameisensäure, Oxalsäure, Methanol, CO), welche dann weitere Verwendung finden können. Aufgrund der hohen thermodynamischen Stabilität von CO2 muss die Umsetzung zum CO2●– Radikal mit Hilfe von geeigneten Katalysatoren eingeleitet werden. Besonders Eisen Tetraphenylporphyrine (FeTPPs) sind, in Gegenwart von externen oder internen Protonenquellen, bekannt für ihre hohen Umsatzraten und -geschwindigkeiten.1-5

Da der elektronische Grundzustand der katalytisch aktiven Spezies [FeTPP]2– über Jahrzehnte hinweg kontrovers diskutiert und nicht eindeutig bestimmt werden konnte, haben wir uns mit der Aufklärung dieser Fragestellung befasst. Eine kombinatorische Studie aus Spektroskopie und Theorie, speziell im Bereich Mössbauer, XAS und Resonanz-Raman, lieferte hierbei eindeutige Beweise für Ligand-basierte Reduktion. (Abb. 1).6

Figure 2
Fig. 2. TPP moiety carrying four sulfonamide substituents.

Weiterhin ist die Synthese neuartiger Katalysatoren und die Untersuchung ihrer elektrokatalytischen Fähigkeiten Teil unseres Forschungskonzeptes. Hierbei sollen beispielsweise neue Porphyrin-Systeme mit geeigneten Substituenten synthetisiert werden, welche a) in der Lage sind, ein CO2-Fe-Intermediat über H-Brücken zu stabilisieren und b) in der Lage sind, ihre Protonen für den weiteren Reaktionsverlauf leicht zur Verfügung zu stellen. Die Stabilisierung dieser CO2-Fe-Intermediate könnte es ermöglichen, ein solches Substrat zu isolieren und spektroskopisch zu untersuchen, um weitere elektronische und mechanistische Schritte innerhalb des Katalysezyklus zu identifizieren.

In einem ersten Versuch wurden hierzu Sulfonamid-Gruppen an ein TPP-Gerüst angebracht. Eisen-Insertion in den Liganden ergibt so einen sehr vielversprechenden Katalysator für elektrochemische Umsetzungen.

References

1. I. Bhugun, D. Lexa and J. M. Saveant, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 1769 - 1776.

2. M. Hammouche, D. Lexa, J. M. Saveant and M. Momenteau, J. Electroanal. Chem. Interfacial Electrochem. 1988, 249, 347-351.

3. C. Costentin, S. Drouet, G. Passard, M. Robert and J. M. Saveant, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 9023-9031.

4. C. Costentin, G. Passard, M. Robert and J. M. Saveant, P. Natl. Acad. Sci 2014, 111, 14990 - 14994.

5. C. Costentin, G. Passard, M. Robert and J. M. Saveant, J. Am.Chem. Soc. 2014, 136, 11821-11829.

6. C. Roemelt, J. Song, M. Tarrago, J. A. Rees, M. van Gastel, T. Weyhermueller, S. DeBeer, E. Bill, F. Neese and S. Ye, Inorg. Chem. 2017, 56, 4745-4750.