Wechselwirkung von Clustern mit chiralen Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Heiz
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262670452

Im vorliegenden Antrag wollen wir gezielt durch die Wechselwirkung mit chiralen Oberflächen Chiralität in katalytisch aktive, größenselektierte Cluster übertragen. Der Fokus liegt dabei im spektroskopischen Nachweis dieses Chiralitätstransfers sowie auf dem Verständnis der Mechanismen dieses Chiralitätsübertrags. Durch die Auswahl von katalytisch aktiven Metallclustern erwarten wir, dass bei ausreichendem Chiralitätstransfer sich diese Systeme auch für die asymmetrische Katalyse eignen könnten. Dieser Forschungsansatz unterscheidet sich grundsätzlich von anderen Unterfangen, in denen chirale Systeme aus der homogenen Katalyse auf Oberflächen immobilisiert wurden.In einem ersten Schritt sollen zum Erreichen dieses Ziels eine Reihe von chiralen Oberflächen hergestellt und charakterisiert werden. Diese erstrecken sich von unterschiedlichsten, chiralen molekularen Schichten bis hin zu chiralen Oxiden. Auf diese chiralen Oberflächen werden größenselektierte Cluster in Größenbereich von einigen bis maximal 100 Atomen deponiert, um anschließend einen möglichen Chiralitätsübertrag spektroskopisch nachzuweisen. Dabei fokussieren wir uns insbesondere auf reaktive Cluster deren optischen Übergänge nicht mit denjenigen des chiralen Substrats interferieren. Es sind uns keine Studien bekannt, welche einen solchen Chiralitätsübertrag berichten. Dies liegt insbesondere daran, dass es bis zum heutigen Zeitpunkt keinen genügend empfindlichen spektroskopischen Nachweis gegeben hat, diesen Übertrag zu detektieren. Im Rahmen der ersten Förderperiode dieses Projekts ist es uns aber gelungen, dieses experimentelle Problem zu überwinden und es steht uns für die hier vorgeschlagenen Experimente ein selbstgebautes, hochempfindliches Spektrometer basierend auf nicht-linearen Methoden zur Verfügung. Obwohl die dabei verwendete „Second Harmonic Generation Circular Dichroism“ (SHG-CD) Spektroskopie die nötige Empfindlichkeit aufweist, müssen die entsprechenden Auswahlsregeln berücksichtigt werden. So sind keine optischen Übergänge mit einem dynamischen Dipolmoment parallel zur Oberfläche detektierbar. Demzufolge wird ein weiterer Fokus des Antrags nicht nur darin bestehen, den Chiralitätsübertrag in den Cluster zu zeigen sondern auch geeignete Cluster-Oberflächen-Systeme zu finden, bei denen die optischen Übergänge im Cluster nicht durch die Wechselwirkung mit der chiralen Oberfläche destruktiv beeinflusst werden. In diesem Zusammenhang scheinen chirale Oxidoberflächen besonders vielversprechend zu sein. Wird bei geeigneten Systemen der Chiralitätsübertrag erfolgreich nachgewiesen, so soll in einem letzten Schwerpunkt des Projekts auch die thermische Stabilität sowie die Zugänglichkeit des chiralen Zentrums erforscht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel, Spanien
• Kooperationspartner: Dr. Jose Lorenzo Alonso-Gomez; Dr. Yitzhak Mastai