Elektronische Struktur protonierter aromatischer und chiraler Moleküle

• Antragsteller: Professor Dr. Otto Dopfer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 152966793

Größenselektierte protonierte aromatische Moleküle und deren Cluster werden in der Gasphase mit modernen Methoden der Laserspektroskopie, Massenspektrometrie und Quantenchemie untersucht, um ihre geometrische und elektronische Struktur zu bestimmen. Im Fokus stehen protonierte (polyzyklische) Aromaten von Benzol bis hin zu Coronen, sowie deren Derivate und Cluster mit unpolaren und polaren Liganden (Edelgas, Stickstoff, Wasser), um sowohl hydrophobe als auch hydrophile Solvatation zu charakterisieren. Diese Systeme spielen eine große Rolle in weiten Bereichen der Organischen Chemie, Verbrennungschemie, Biochemie und Astrochemie. Die Protonierung hat einen massiven Einfluß auf die geometrische und elektronische Struktur, da sie die Symmetrie und Aromatizität des pi-Elektonensystems reduziert und zu niederenergetischen Ladungstransferzuständen führt. Damit verändert die Protonierung qualitativ das photochemische Verhalten aromatischer Moleküle, welches experimentell und theoretisch weitgehend unerforscht ist. Weiterhin modifizieren die Protonierung und elektronische Anregungen sehr stark die Wechselwirkung mit den Solvensmolekülen, die damit einen zentralen Aspekt der Studien an hydratisierten Clustern darstellt. Grundlegende zu klärende Fragen beinhalten die Energie, Struktur, Ladungsverteilung, Stelle und Affinität der Protonierung, Relaxation und Fragmentation, sowie den Einfluß von Protonierung, elektronischer Anregung, Mikrosolvatation und Substitution funktioneller Gruppen. Die Analyse der spektroskopischen Daten führt zu einem vertieften Verständnis der photochemischen Eigenschaften dieser wichtigen Stoffklasse auf molekularer Ebene. Innerhalb einer neuen Forschungsrichtung erweitern wir unsere Studien auf protonierte chirale Moleküle und deren Wechselwirkungen. Chiralität und chirale Diskriminierung spielen eine zentrale Rolle in zahlreichen Bereichen der Lebens- und Materialwissenschaften, wobei viele Phänomene auf molekularer Ebene noch nicht verstanden sind. Obwohl die Wechselwirkungen in geladenen (chiralen) Komplexen sehr stark sind, gibt es bisher praktisch keine spektroskopischen Studien zu chiralen ionischen Komplexen. Daher werden wir solche Wechselwirkungen in chiralen geladenen Komplexen in fundamentalen protonierten Modellkomplexen aus (i) 1-Amino-2-Indanol (eingesetzt in asymmetrischer Synthese) und (ii) Glutaminsäure (proteinogene Aminosäure und Neurotransmitter) charakterisieren. Grundlegende chiralitätsspezifische Fragen betreffen die Effekte der Protonierung auf die Stärke der chiralen Diskriminierung, den Beitrag der einzelnen Potentialterme (Repulsion, Elektrostatik, Induktion, Dispersion), sowie Effekte der Solvatation. Ultimatives Ziel ist das Verständnis chiralitätsabhängiger Wechselwirkungen in geladenen Komplexen auf molekularer Ebene.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Nd:YAG Pumplaser
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser