Synthesis and mechanochemical activation of copper(I)-bis(NHC) complexes with different architectures

Abstract

Das Herbeiführen chemischer Reaktionen durch den Einfluss mechanischer Kraft ermöglicht eine direkte Umwandlung destruktiver Effekte, wie beispielsweise das Auftreten von Materialschäden aufgrund struktureller Schwachstellen, in produktive Applikationen und bietet somit Möglichkeiten potenzieller Anwendungen in Bereichen der Stress Sensorik oder der autonomen Materialreparatur. Zu diesem Zweck wurden verschiedene latente, hochmolekulare Kupfer-(I)-N-Heterozyklische-Carben (NHC) Komplexe hergestellt, die durch den Einfluss mechanischer Kraft ein aktives Kupfer(I)-Zentrum ausbilden und somit die Möglichkeit besitzen eine fluorogene „Klick“-Reaktion zu katalysieren. Die damit verbundene, kraft-induzierte Erzeugung eines optischen Signals bietet die Möglichkeit zur Untersuchung polymerarchitektonischer Einflüsse auf die Aktivierungseffizienz und ermöglicht zudem durch eine simple Modularität, ein leicht adaptierbares, stress-detektierendes Material zu generieren.

Triggering chemical reactions by mechanical stimuli has become important as it enables the direct transformation of destructive effects, like structural damage or leaking material properties, to productive applications, usable for instance in the field of self-healing and stress-sensing materials. For this purpose, a series of macromolecular copper(I)-bis(N-heterocyclic carbene) (NHC) complexes were designed, inactive in their initial state, but turned to an active state upon cleavage of one shielding ligand solely by force. These catalysts are able to trigger a fluorogenic click reaction of initially non-fluorescent substrates forming a highly fluorescent reporter dye which offers the possibility to investigate the effects of different architectures in respect to the mechanophore activation. Thus, the potential for stress-sensing materials, easily tunable by structural variation could be proven highlighting their versatility and make them beneficial for a broad range of technical applications.