FOR 618:  Die Aggregation kleiner Moleküle mit präzisen Methoden verstehen - Experiment und Theorie im Wechselspiel

• Fachliche Zuordnung: Chemie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 13532987

Die Aggregation von Molekülen unter Bildung wohlgeordneter Cluster bis hin zu Molekülkristallen ist ein faszinierendes, im Detail aber immer noch wenig verstandenes Phänomen. Die schwachen intermolekularen Wechselwirkungen, die für die Aggregation verantwortlich sind, lassen sich experimentell und theoretisch nur schwer untersuchen. So ist die Vorhersage der Strukturen von Molekülkristallen bis heute ein ungelöstes Problem der Chemie, denn dazu müssen die dynamischen Prozesse verstanden werden, die von der Nukleation weniger Moleküle bis zum makroskopischen Kristall führen.
An diesem Punkt möchte die Forschergruppe ansetzen. Ziel ist es, ein detailliertes molekulares Verständnis von Aggregationsphänomenen - von der Bildung von Dimeren über größere Aggregate als "Urzellen" der Kristallbildung bis zu ausgedehnten Molekülkristallen - zu erhalten.
Die Aggregation und Kristallbildung selektierter Systeme soll in allen Details experimentell und theoretisch untersucht werden. Dazu gehört die Bestimmung von Strukturen, Energien und kinetischen Daten auf allen Stufen der Aggregation.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden vorwiegend kleine Moleküle untersucht, bei denen die intermolekularen Wechselwirkungen am besten quantitativ bestimmt werden können. Die experimentellen Techniken umfassen die spektroskopische Charakterisierung von Aggregaten kleiner Moleküle in der Gasphase, in Molekularstrahlen, in suprafluiden, ultrakalten Heliumtröpfchen und in Inertgasmatrizes. Intermolekulare Wechselwirkungen in Molekülkristallen werden mit Hilfe der Tieftemperaturkristallisation und Röntgenstrukturanalyse bestimmt.
Theoretische Methoden der Forschergruppe sind die quantitative Berechnung von intermolekularen Wechselwirkungen, Quanten-Monte-Carlo-Simulationen und die ab-initio-Molekulardynamik von Aggregaten.
Dieses breite Methodenspektrum mit einer ausgewogenen Beteiligung experimentell und theoretisch arbeitender Arbeitsgruppen erlaubt die Untersuchung der Aggregation in der Gasphase, in Molekularstrahlen, in Matrizes und im Festkörper vom Einzelmolekül bis zu Einkristallen. Der Schwerpunkt liegt dabei bei der quantitativen Bestimmung von Strukturparametern und intermolekularen Wechselwirkungen sowie bei Untersuchungen zur Dynamik von Aggregationsprozessen. Das langfristige Ziel der Forschergruppe ist es, die Aggregatbildung nicht nur zu verstehen, sondern auch auf der Basis von Moleküleigenschaften quantitativ vorauszusagen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Großbritannien

Projekte

• Ab initio-Molekulardynamik-Simulationen wasserstoffverbrückter Systeme: von der Aggregationskinetik bis zur thermischen Umwandlung (Antragsteller Doltsinis, Nikos L. )
• Die Aggregation kleiner Moleküle mit präzisen Methoden verstehen - Experiment und Theorie im Wechselspiel - Zentralprojekt (Antragsteller Sander, Wolfram )
• Herstellung und Charakterisierung von Kristallen und Cokristallisation kleiner Moleküle, vorrangig mit Acetylen, sowie von Pyridin- und Quinolinderivaten, basierend auf Deuterium- bzw. Fluor-Substitution (Antragsteller Boese, Roland ;  Merz, Klaus )
• Hochauflösende IR-Spektroskopie von ultrakalten molekularen Aggregaten (Antragstellerin Havenith-Newen, Martina )
• Quanten Monte Carlo-Simulationen von molekularen Aggregaten bei endlichen Temperaturen (Antragsteller Marx, Dominik )
• Quantenchemische Untersuchungen molekularer Aggregate (Antragsteller Jansen, Georg )
• Schrittweise Aggregation kleiner Moleküle in Düsenstrahlen: Von Dimeren zu den Bildungsblöcken von Kristallkeimen (Antragsteller Kleinermanns, Karl )
• Wasserstoffbrückenaggregate und spezifische Solvatation - Untersuchung von Molekülen mit Heteroatomen, pi-Systemen und von offenschaligen Molekülen (Antragsteller Sander, Wolfram )

• Sprecher: Professor Dr. Wolfram Sander