Endbericht deutsch

Das START-Projekt Y-120 beschäftigte sich primär mit der Entwicklung der Organosiliciumchemie. Verglichen mit der organischen Chemie, einer hochentwickelten Disziplin mit einem gewaltigen Repertoire zur Manipulation von Bindungen zwischen Atomen, stehen der Organosiliciumchemie dafür nur eine geringe Auswahl an Methoden zur Verfügung. Ein Grund für diese Einschränkung ist in der Tatsache begründet, dass Silicium nur beschränkt in der Lage ist Mehrfachbindungen auszubilden. Zusätzlich ist das Gebiet auch weniger entwickelt, weil bislang weniger Forschung betrieben wurde. Die wichtigste Reaktion zur Ausbildung von Silicium-Silicium Bindungen ist immer noch die Umsetzung von Siliciumhalogeniden mit hochreaktiven Alkalimetallen. Diese Reaktion ist unselektiv und aufgrund der harschen Reaktionsbedingungen inkompatibel mit vielen Ausgangsmaterialien. Aus technologischer Sicht ist Silicium das wichtigste Rohmaterial für die Mikroelektronikindustrie. Während heute Computerbauteile in Festkörpertechnik produziert werden, verlangt die weiter zunehmende Miniaturisierung nach Materialien mit elektronischen Schaltfähigkeiten im molekularen Maßstab. An diesem Punkt werden molekulare Materialien mit ähnlichen Eigenschaften wie Silicum interessant. In diesem Zusammenhang sind Moleküle mit Silicium-Silicium Bindungen, sogenannte Polysilane, von Bedeutung. Diese sind in der Lage Elektronen des Bindungssystems entlang einer Kette zu delokalisieren. Diese Eigenschaft ist jedoch eng mit der räumlichen Ausrichtung der Moleküle verknüpft. Um nun die Materialeigenschaften von Polysilanen im Detail studieren zu können, sind Methoden zur Synthese und zur Manipulation der räumlichen Ausrichtung ein unbedingtes Erfordernis. Die Haupterrungenschaften des START-Projekt Y-120 liegen nun in der Entwicklung geeigneter Methoden zur Ausbildung und Manipulation von Silicium-Silicium Bindungen. Mithilfe dieser Methoden war es möglich viel komplexere Polysilane zu synthetisieren als bisher. Der Schlüssel in diesem Zusammenhang war die Entwicklung der Chemie negativ geladener Polysilanverbindungen. Während die Chemie der Siliciumverbindungen bei denen Silicium den Part eines positiven Elements einnimmt sehr gut entwickelt ist, ist das Gebiet mit umgekehrter Ladungsverteilung nur wenig erforscht. Die Kombination dieser beiden Bereiche erweist sich jedoch als großartige Synthesemethode für Polysilane. Ein Aspekt von speziellem Interesse war jener der Herstellung zyklischer Polysilane. Ein wirklicher Glanzpunkt in diesem Zusammenhang war die elegante erstmalige Synthese eine Polysilanmoleküls, welches eine molekulare Untereinheit des Siliciumkristallgitters darstellt. Die Verwendung von Polysilanen als Teile elektronischer Schaltkreise ist immer noch ein Gebiet das erst entwickelt werden muss. Grundlagen für die gezielte Herstellung der dafür erforderlichen Verbindungen wurden jedoch im Rahmen dieses Projekts erarbeitet.

Endbericht englisch

The START-project Y-120 has mainly dealt with the development of organosilicon chemistry. Compared to the field of organic chemistry, which is a highly developed discipline with a huge repertoire to form and break bonds between atoms, the number of methods to achieve these tasks in organosilicon chemistry is limited. One reason for this limitation is caused by the fact that silicon is not capable to form multiple bonds with the same ease as carbon does. But in addition the chemistry is also less developed because fewer people have worked in the field. The most important reaction to form silicon-silicon bonds is still the treatment of silicon halides with highly reactive alkali metals. This reaction is not very selective and the conditions are so harsh that only few starting materials are compatible with it. From a technological point of view silicon is a very important element as it is the raw material on which the whole microelectronic industry is built. While contemporary computer devices are all solid state, the drive for further miniaturization calls for materials which can provide computational abilities on a molecular scale. At this point molecular entities resembling the properties of silicon become of interest. And compounds with silicon-silicon bonds, so called polysilanes, are indeed known to possess some interesting features. For example they are known to delocalize electrons from the bonding system along the chain. This property, however, is connected intimately with the spatial orientation of the molecule. In order to study the material properties of polysilanes in more detail, it is a prerequisite to develop new methods for the selective synthesis and control of spatial orientation of these. The main achievements of the START-project Y-120 lie exactly in the development of suitable methods for the formation of silicon-silicon bonds. With these reactions at hand we were able to selectively prepare compounds which are more complex than the compounds available until now. A key topic we have addressed in this connection is the formation of negatively charged polysilane compounds. While the chemistry of silicon compounds, where silicon acts as the positively charged part is very well developed, the area with silicon in the opposite polarisation was only sparsely developed. However, the combination of theses two areas provides a great synthetic tool for the preparation of polysilanes. One area of polysilanes we were especially interested in was that of cyclic structures. A definite highlight of the project was the elegant synthesis of a first small polysilane molecule, which is a molecular substructure of crystalline silicon. The use of polysilanes as part of electronic devices is still an area which has to be developed, however, some important foundations for the targeted synthesis of these compounds have been laid by the work carried out in this project.