Intra- versus intermolekulare Kräfte: der Einfluss von Wechselwirkungen mit Lösungsmittelmolekülen auf die Struktur und die Eigenschaften von großen Molekülen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Petra Imhof, seit 3/2020
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270396767

Die geometrischen und elektronischen Eigenschaften von großen Molekülen können, relativ zur Gasphase, sehr stark durch eine Lösungsmittelumgebung beeinflusst werden. Da in den allermeisten Fällen die Untersuchung chemischer Prozesse in flüssiger Phase durchgeführt wird, bedeutet dies, dass die Kenntnis von Wechselwirkungen eines Moleküls mit dem Lösungsmittel unerlässlich für die Interpretation und Vorhersagbarkeit von chemischen Strukturen und Eigenschaften ist. Die Anwendung von theoretischen Methoden für solche Systeme stellt allerdings eine große Herausforderung dar, da für eine geeignete Beschreibung des Systems ein vollständiges Abtasten der konformativen Energiefläche vonnöten ist. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer Kombination von klassischen Molekulardynamik (MD) Kraftfeldmethoden und quantenchemischen Methoden zur Beschreibung der Wechselwirkung zwischen einem Molekül mit dem Lösungsmittel und zur Quantifizierung von sowohl inter- als auch intramolekularen Wechselwirkungen des Systems, um Strukturänderungen, die durch Einfluss des Lösungsmittels induziert werden, definieren zu können. Die MD-Simulationen sollen dabei durchgeführt werden, m mittels des MD-Abkühlungsverfahrens einen Satz von Strukturen (Molekül plus Lösungsmittelschale) zu extrahieren, welche dann mit genauen quantenchemischen Methoden untersucht werden können. Hierfür kann unser kürzlich entwickeltes inkrementelles Fragmentierungsverfahren verwendet werden, mit welchem die Energie in kovalente und nichtkovalente Beiträge aufgeteilt werden kann. Mit der Benutzung von symmetrieadaptierter Störungstheorie (SAPT) zur Beschreibung des letzteren Beitrages können die inter- und intramolekularen Wechselwirkungen im Molekül-Lösungsmittel-System in weitere Wechselwirkungsbeiträge aufgespalten werden, z. B. Elektrostatische und Dispersionswechselwirkungen. Damit wird es möglich sein, den Einfluss des Lösungsmittels auf die Stabilisierung eines Moleküls durch intramolekulare Wechselwirkungen zu beschreiben und zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1807: Control of London Dispersion Interactions in Molecular Chemistry
• Kooperationspartner: Professor Dr. Timothy Clark
• Ehemalige Antragsteller: Professor Dr. Andreas Görling, von 12/2019 bis 2/2020; Privatdozent Dr. Andreas Heßelmann, bis 11/2019