Entwicklung neuartiger supramolekularer Orientierungsmedien auf Basis von 1,3,5-Benzentricarboxamiden (BTAs)

• Antragstellerin: Professorin Dr. Christina Marie Thiele
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402363279

In den vergangenen Jahren hat die NMR-Strukturaufklärung mittels dipolarer Restkopplungen (residual dipolar coupling, RDC) sowohl im Bereich der Proteinanalytik, als auch kleiner Moleküle verstärkt an Bedeutung gewonnen. Eine Schlüsselposition nehmen in diesem Kontext die so genannten Orientierungsmedien ein: Die dipolare Kopplung stellt eine anisotrope, d.h. richtungsabhängige Wechselwirkung dar, die unter isotropen Bedingungen nicht beobachtbar ist. Üblicherweise werden NMR-Messungen zur Beobachtung anisotroper NMR-Parameter in einem Flüssigkristall oder einem anisotrop gequollenen Gel durchgeführt. Praktisch alle bisher zu diesem Zweck verwendeten Systeme haben jedoch gemeinsam, dass sie auf klassischen polymeren Materialien basieren. Dies ist in vielen Fällen mit erheblichen Herausforderungen im Hinblick auf ihre komplizierte und/oder zeitaufwändige Herstellung und Aufreinigung verbunden. Zur Lösung dieser Problematik haben wir bereits erfolgreich erste lyotrope Flüssigkristalle auf Basis supramolekularer Polymere in organischen Lösungsmitteln entwickelt, welche als Orientierungsmedien genutzt werden können. Die hierfür verwendeten 1,3,5-Benzentricarboxamide (BTAs) sind monomere Verbindungen niedrigen Molekulargewichts, die in Lösung durch Selbstorganisation (Wasserstoffbrückenbindungen, pi-pi-Wechselwirkungen) lange Stapel bilden, welche sich dann im weitesten Sinne analog zu klassischen polymeren Ketten – inkl. der für die Ausbildung flüssigkristallinen Verhaltens nötige Formanisotropie – verhalten. Eine große Herausforderung für den breiten Einsatz dieser supramolekularer Polymere als Orientierungsmedien besteht allerdings bisher in der dynamischen Natur des zugrundeliegenden Selbstorganisationsprozesses: Störende Einflüsse des Lösungsmittels, des Analyten oder auch durch Verunreinigungen können einen drastischen negativen Effekt auf das Aggregationsverhalten und somit auf das erhaltene Orientierungsmedium haben, der bis zum Zusammenbruch der anisotropen Eigenschaften reichen kann. Ein Ansatzpunkt zur Lösung dieses Problems besteht in der Struktur der verwendeten BTAs, die in einen für die Selbstorganisation verantwortlichen Kern und prinzipiell frei wählbare Substituenten unterteilt werden kann. Ansatzpunkte für die geschickte Wahl dieser Substituenten liefert die Literatur. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist daher sowohl die Herstellung und Erprobung bekannter, als auch die Entwicklung neuartig substituierter BTAs für den Einsatz in supramolekularen Orientierungsmedien in organischen Lösungsmitteln. Damit soll eine vielseitige Alternative zu bestehenden, polymer-basierten Systemen etabliert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen