Ultraschnelle Dynamik von Carbonylcarotinoiden in Lösung, Aggregaten und auf Oberflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Lenzer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 30654751

• Erstellungsjahr: 2010

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In diesem Projekt wurden die photoinduzierten Prozesse von Carbonylcarotinoiden in Lösung mit verschiedenen Methoden der Laser-Ultrakurzzeitspektroskopie untersucht. Die intra- und intermolekulare Dynamik verschiedener Carotinoide wurde dabei in organischen Lösungsmitteln unterschiedlicher Polarität charakterisiert, insbesondere für eine Reihe von Apocarotinalen und Apocarotinsäuren mit systematisch variierter Konjugationslänge. Die Experimente wurden durch DFT/TDDFT-Rechnungen begleitet. Erstmals konnte für Carbonylcarotinoide ein ICT-Charakter des ersten angeregten elektronischen Singulett-Zustandes auch in unpolaren Lösungsmitteln, wie z.B. n-Hexan, gefunden werden. Der S1/ICT-Zustand zeigt eine charakteristische transiente stimulierte Emission im nahen IR. Die S1/ICT-Lebensdauer nimmt generell mit zunehmender Polarität des Lösungsmittels ab, wobei der Effekt für die Spezies 12'-Apo-ß-carotin-12'-al und 12'- Apo-ß-carotin-12'-säure am stärksten ist. Die Rechnungen weisen für S1/ICT auf eine Ladungsverschiebung in Richtung der Carbonylgruppe hin, was in polaren Lösungmitteln zu einer stärkeren Stabilisierung des Zustands relativ zu S0 führt. Durch 1-Farben-2-Photonen-Ionisation können auf einfache Weise langlebige Radikalkationen erzeugt werden. Breitbandige Spektroskopie erlaubt dabei die Zuordnung präziser Spektren zu den verschiedenen transienten Spezies.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• "Evidence for an intramolecular charge transfer state in 12'-apo-ß-caroten-12'-al and 8'-apo-ß-caroten-8'-al: Influence of solvent polarity and temperature", J. Phys. Chem. A 111, 5370-5381 (2007)
  M. Kopczynski, F. Ehlers, T. Lenzer und K. Oum
  
• "Investigation of the S1/ICT->S0 internal conversion lifetime of 4'-apo-ß-caroten-4'-al and 8'-apo-ß-caroten-8'-al: Dependence on conjugation length and solvent polarity", J. Phys. Chem. A 111, 2257-2265 (2007)
  F. Ehlers, D.A. Wild, T. Lenzer und K. Oum
  
• "Solvent-dependent ultrafast internal conversion dynamics of n'-apo-ß-carotenoic-n'-acids (n = 8, 10, 12)", Phys. Chem. Chem. Phys. 10, 2180-2188 (2008)
  S. Stalke, D. A. Wild, T. Lenzer, M. Kopczynski, P.W. Lohse und K. Oum
  
• "Femtosecond pumpsupercontinuum probe and transient lens spectroscopy of adonixanthin", Arch. Biochem. Biophys., 483, 213-218 (2009)
  T. Lenzer, S. Schubert, F. Ehlers, P.W. Lohse, M. Scholz und K. Oum