Protonenschwamm

Als Protonenschwamm bezeichnet man bestimmte aromatische Diamine, welche ungewöhnlich hohe Basizitätskonstanten besitzen. Diese resultiert daher, dass die eng beieinander stehenden Amingruppen bei einer Mono-Protonierung die destabilisierenden Überlappungen der Stickstoff-Elektronenpaare und die starke sterische Spannung verringern. Die starke N–H–N-Wasserstoffbrücke verringert die sterische Spannung zusätzlich.

Beispiele
1,8-Bis(N,N-dimethylamino)-naphthalin

1,8-Bis(N,N-dimethylamino)-naphthalin wurde 1968 von Roger Alder an der University of Bristol synthetisiert und von Sigma-Aldrich unter dem Handelsnamen Proton Sponge vermarktet.[1][2] Bei dieser Verbindung handelt es sich um ein Diamin, bei dem die zwei Dimethylaminogruppen sich auf derselben Seite des Arens in peri-Position befinden.

Die korrespondierende Säure der Verbindung hat in wässriger Lösung einen pKa-Wert von 12,1 und ist eine der stärksten bekannten Aminbasen.[1][3] Wegen der sterischen Hinderung der Gruppen ist das Molekül ein schwaches Nukleophil. Wegen dieser Kombination von Eigenschaften wird es in der organischen Synthese als hoch-selektive nicht nukleophile Base genutzt.

Andere Beispiele sind:

  • 4,5-Bis(dimethylamino)-fluoren
    4,5-Bis(dimethylamino)-fluoren
  • 1,8-Bis(hexamethyl­triamino­phosphazenyl)­naphthalin
    1,8-Bis(hexamethyl­triamino­phosphazenyl)­naphthalin

Verwendung

Protonenschwämme dienen in der organischen Synthese zur Deprotonierung organischer Verbindungen. In Niedertemperaturbrennstoffzellen werden sie als Membran eingesetzt.[4]

Literatur
  • Heinz A. Staab, Thomas Saupe: „Protonenschwamm“-Verbindungen und die Geometrie von Wasserstoffbrücken: Aromatische Stickstoffbasen mit ungewöhnlicher Basizität. In: Angewandte Chemie. 100, 1988, S. 895–909, doi:10.1002/ange.19881000704.
  • Ralph Puchta, Andreas Scheurer: Sind Metalloprotonencryptanden möglich?, Z. Naturforsch., 2010, 65b, 231 – 237. doi:10.1515/znb-2010-0303

Einzelnachweise
  1. F. Gerson, E.Haselbach, G. Plattner: Radical anion of 1,8-bis(dimethylamino)naphthalene ("proton sponge"). In: Chem. Phys. Lett. Band 12, Nr. 2, Dezember 1971, S. 316–319, doi:10.1016/0009-2614(71)85074-1.
  2. A. Szemik-Hojniak, W.Rettig, I. Deperasinska: The forbidden emission of protonated proton sponge. In: Chem. Phys. Lett. Band 343, Nr. 3, 2001, S. 404–412, doi:10.1016/S0009-2614(01)00690-X.
  3. R. W. Alder: Strain effects on amine basicities. In: Chem. Rev. Band 89, Nr. 5, 1989, S. 1215–1223, doi:10.1021/cr00095a015.
  4. Universität Stuttgart: Studienarbeit Modelluntersuchungen zu Protonenschwamm-Membranen für Brennstoffzellen
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