GRK 2112:  Molekulare Biradikale: Struktur, Eigenschaften und Reaktivität

• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262511252

Biradikale spielen eine wichtige Rolle in Verbrennungsprozessen, der Atmosphäre oder in interstellaren Wolken. Außerdem nehmen biradikalische Zustände eine Schlüsselstellung bei der Bildung lichtemittierender angeregter Zustände in optoelektronischen Materialien ein. Dynamische Prozesse in Biradikalen und Molekülen mit biradikalischen Zuständen zu verstehen und korrekt zu beschreiben, ist daher für viele Bereiche der Chemie und Physik von essentieller Bedeutung. Das Ziel des beantragten Graduiertenkollegs ist es, biradikalische Systeme zu untersuchen, deren elektronische Struktur durch zwei ungepaarte Elektronen in entarteten oder fast entarteten Molekülorbitalen gekennzeichnet ist. Ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften unterscheiden sich drastisch von denen geschlossenschaliger Moleküle, da die aus den entarteten Molekülorbitalen resultierenden, energetisch eng benachbarten elektronischen Zustände miteinander wechselwirken. Im Einzelnen wollen wir - die Beziehung zwischen der Molekülstruktur und den Eigenschaften von Biradikalen untersuchen, wie den Einfluss von Substituenten auf Stabilität und Spinmultiplizität. - die Bildung und Photophysik ladungsgetrennter biradikalischer Zustände und langlebiger Triplettzustände verstehen sowie den Einfluss der Umgebung auf diese. - die Struktur angeregter elektronischer Zustände sowie die Mechanismen chemischer Reaktionen von Biradikalen in Gasphase und Lösung experimentell untersuchen und theoretisch beschreiben. Um diese Ziele zu erreichen, werden Synthese, Spektroskopie und Theorie kombiniert. Als experimentelle Methoden werden zeit- und frequenzaufgelöste laserspektroskopische Techniken, auch im Magnetfeld, die Elektronenspinresonanz (ESR) und die Spektroelektrochemie eingesetzt. Die elektronische Struktur soll mit quantenchemischen Methoden berechnet werden, während der Einfluss der Umgebung mit Hilfe von Hybridansätzen quantifiziert werden soll, die quantenchemische Methoden mit Kraftfeldrechnungen kombinieren. Einblicke in die molekulare Dynamik werden durch "Surface Hopping" Dynamik und Modell-Hamiltonoperatoren gewonnen. Wir wollen die Bindungsverhältnisse in organischen Biradikalen, aber auch in anorganischen Spezies wie Diborenen besser beschreiben und Phänomene in komplexen offenschaligen Systemen auf grundlegende Prinzipien zurückführen.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• Sprecher: Professor Dr. Ingo Fischer
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Holger Braunschweig; Professor Dr. Tobias Brixner; Professor Dr. Vladimir Dyakonov; Professorin Dr. Viktoria H. Däschlein-Geßner; Professor Dr. Volker Engel; Professor Dr. Bernd Engels; Professor Dr. Tobias Hertel; Professorin Dr. Anke Krüger; Professor Dr. Christoph Lambert; Professor Dr. Roland Mitric; Professor Dr. Jens Pflaum; Professor Dr. Andreas Steffen; Professor Dr. Frank Würthner