SFB 663:  Molekulare Antwort nach elektronischer Anregung

• Fachliche Zuordnung: Chemie ; Biologie
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 12901640

Der Sonderforschungsbereich zielt auf ein umfassendes, mechanistisches Verständnis photoinduzierter Prozesse in komplexen Systemen mit biochemischer, materialwissenschaftlicher und medizinischer Relevanz ab. Im Fokus stehen Reaktionskaskaden auf elektronisch angeregten Potenzialhyperflächen. Primäres Ziel ist die detaillierte Aufklärung der ablaufenden Prozesse sowie die Identifikation und Charakterisierung reaktiver Zwischenzustände - insbesondere langlebiger Triplettzustände. So ist es langfristig möglich, gezielt neue oder verbesserte photoaktive Substanzen zu konzipieren.
Zentrale Themen des Sonderforschungsbereichs sind: Photostabilität, Photoprotektion und Photoreaktivität. Photostabile Substanzen zeichnen sich durch effiziente Selbstschutzmechanismen gegen Photodegradation aus: Ihre Antwort auf elektronische Anregung ist eine schnelle Relaxation in den elektronischen Grundzustand, so dass langlebige, reaktive Anregungszustände, die zur Zerstörung des Moleküls führen könnten, nur mit geringer Wahrscheinlichkeit angenommen werden. Substanzen, die selbst nicht ausreichend photostabil sind, benötigen zur Stabilisierung bei Lichtexposition einen externen Schutz. Photoprotektoren löschen langlebige, reaktive Anregungszustände anderer Moleküle durch Energieübertragungsprozesse. Eine elektronische Anregung kann aber auch gezielt eingesetzt werden, um chemische Reaktionen zu initiieren, die thermisch nicht freiwillig ablaufen. Details des photochemischen Reaktionspfads hängen nicht alleine vom Photorezeptor ab, sondern werden durch seine Umgebung mitbestimmt. Dies wird besonders deutlich im Falle einer Einbindung in eine heterogene Umgebung, wie sie ein Protein oder ein Polymer darstellt.
Die Photostabilität einer Substanz, ihre Reaktivität im elektronisch angeregten Zustand, ihre photoprotektiven Eigenschaften sowie die Umwandlung ihrer photonischen Anregung in andere Energieformen sind für viele wissenschaftliche Fachgebiete von zentraler Bedeutung. Innerhalb des Sonderforschungsbereichs spannt sich der Bogen von photochemischen Themen (photolabile Schutzgruppen, photostabile Farbstoffe) über biologisch-medizinische Fragestellungen (endogener Sonnenschutz, Photoprotektion des Chlorophylls bei der Photosynthese, Wechselwirkung von DNS-Basen und aromatischen Aminosäuren mit UV-Licht) bis hin zu materialwissenschaftlichen Aspekten (photovernetzbare Membranen, optische Kraftsensoren für Polymere, biosensorische, biomimetische Systeme).

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Abgeschlossene Projekte

• A01 - Direkte Spektroskopie von Triplett-, Ladungstransfer- und übergangsverbotenen Singulett-Zuständen in Molekülen und Stoßkomplexen (Teilprojektleiter Weinkauf, Rainer )
• A02 - Bestimmung der Lage elektronisch angeregter Zustände, sowie der zugehörigen Strukturen und Lebensdauern (Teilprojektleiter Schmitt, Michael )
• A03 - Analyse von Struktur und Reaktivität in elektronisch angeregten Singulett- und Triplettzuständen von Molekülen und Clustern (Teilprojektleiter Gerhards, Markus )
• A04 - Primärprozesse und unmittelbare molekulare Folgemechanismen nach Photoanregung in Gas- und kondensierter Phase (Teilprojektleiter Kleinermanns, Karl )
• A07 - Elektronische Struktur und Wechselwirkung der Triplettzustände von Carotinoiden und Chlorophyllen (Teilprojektleiter Lubitz, Wolfgang )
• A08 - Steigerung der Signalstärke und Photostabilität von Fluorophoren bei der Einzelmolekülspektroskopie (Teilprojektleiter Müller, Thomas J. J. ;  Seidel, Claus )
• B01 - Photoprotektion und Photodynamik durch Mikronährstoffe und analoge Verbindungen (Teilprojektleiter Martin, Hans Dieter ;  Stahl, Wilhelm )
• B01 - Mikronährstoffe und analoge Verbindungen: Photoprotektion und Photostabilität (Teilprojektleiter Martin, Hans Dieter ;  Stahl, Wilhelm )
• B02 - Molekulare Grundlagen photoprotektiver Mechanismen in Pflanzen (Teilprojektleiter Holzwarth, Alfred R. ;  Jahns, Peter )
• B03 - Schwingungsspektroskopische Untersuchungen an Flavin-haltigen biomimetischen Systemen (Teilprojektleiter Gärtner, Wolfgang ;  Heberle, Joachim )
• B04 - Einfluss mechanischer Kräfte auf die photochemischen Primärprozesse polymergebundener Chromophore (Teilprojektleiter Kühnemuth, Ralf ;  Ritter, Helmut ;  Seidel, Claus )
• B05 - Immobilisierung von chromophoren Gruppen an funktionalisierten Copolyimiden (Teilprojektleiterin Staudt, Claudia )
• B06 - Caged Compounds: Entwicklung verbesserter Werkzeuge für die Biophysik auf der Grundlage eines mechanistischen Verständnisses (Teilprojektleiter Schaper, Klaus )
• C01 - Quantenchemische Bestimmung von spinmagnetischen Wechselwirkungen und Singulett-Triplett-Kopplungen mit Multireferenz-Konfigurationswechselwirkungs- Methoden (Teilprojektleiterin Marian, Christel M. )
• C02 - Dichtefunktional und Hartree-Fock basierte Berechnung der Nullfeldaufspaltung in großen Molekülen (Teilprojektleiter Neese, Frank )
• C03 - Energetische Lage von Ladungsübertragungszuständen (Teilprojektleiter Fleig, Timo )
• C04 - Elektronisch angeregte Zustände in großen Molekülen (Teilprojektleiter Thiel, Walter )
• Z01 - Zentrales Verwaltungsprojekt (Teilprojektleiterin Marian, Christel M. )

• Antragstellende Institution: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
• Beteiligte Institution: Forschungszentrum Jülich; Forschungszentrum Jülich GmbH ; Institute of Complex Systems ; Molekulare Biophysik (ICS-5) (aufgelöst); Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (CEC); Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
• Sprecherin: Professorin Dr. Christel M. Marian