Spiegel-Symmetriebruch in selbstorganisierten nanostrukturierten Funktionsmaterialien

• Antragsteller: Dr. Mohamed Alaasar
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424355983

Supramolekulare photoschaltbare Materialien sind äußerst interessant für die Entwicklung intelligenter Materialien. In diesem Projekt sollen neuartige Klassen von nanostrukturierten selbstorganisierten Funktionsmaterialien synthetisiert und untersucht werden. Ziel ist es, die grundlegenden Faktoren zu verstehen, die zu makroskopischer Chiralität in fluiden Systemen achiraler Moleküle führen, was u.a. nützliche Einblicke in die Herausbildung der Biochiralität liefern und zu neuen funktionellen chiralen Materialien führen könnte. Wie in der ersten Phase des Projekts bewiesen wurde, können spiegelsymmetriegebrochene isotrope Flüssigkeiten und chirale kubische Phasen kontrolliert erzeugt werden, z.B. durch Alkylketten-Design oder Kernfluorierung und zusätzlich durch Lichtbestrahlung weiter modifiziert werden. Außerdem wurde eine neue flüssigkristalline Phase entdeckt und ihre Struktur aufgeklärt. Die Ziele der zweiten Periode sind von diesen vielversprechenden Ergebnissen inspiriert, die erweitert werden sollen, um verbleibende offene Fragen zu beantworten. Daher sollen die Beziehungen zwischen der Bildung von helikalen Netzwerken und der Verformung der kubischen Gitter zu tetragonalen und anderen Gittern und die Möglichkeiten der Erzeugung neuer Formen helikalen Selbstorganisation in dynamischen Netzwerken untersucht werden. Von Interesse ist dabei insbesondere ein übergreifendes Konzept und Verständnis der Helixbildung und Entwicklung spontaner Chiralität in Netzwerkphasen von polycataren Molekülen, in den Mesophasen der Bent-Core-Mesogene und den helikalen nematischen Phasen mesogener Dimere. Die Zielstrukturen sollen synthetisiert, im Detail untersucht und auf ihre technologischen Anwendungen getestet werden. Dazu sollen wesentliche Strukturen von polycatenaren und bent-core Molekülen miteinander kombinieren werden. Als besonders vielversprechend erscheinen dabei Moleküle mit Oxadiazole- oder Bithiopheneinheiten, welche mit photosensitiven Azobenzen-einheiten verknüpft werden. Darüber hinaus soll die wechselseitige Beeinflussung zwischen transienter Chiralität helikale Molekülkonformationen und flüssigkristalliner helikaler Überstrukturen und der permanenten molekularen Chiralität in diesen fluiden Systemen studiert werden. Die Untersuchung und Charakterisierung der Zielmaterialien und der helikalen Überstrukturen wird unter Verwendung verschiedener Techniken wie Röntgenbeugung, elektrooptische Untersuchungen und „second harmonic generation“ z. T. in Kooperation mit externen Partnern durchgeführt. Diese Kooperationen sind im ersten Antragszeitraum etabliert worden und haben sich bestens bewährt. Dies soll zu einem übergreifenden Verständnis der verschiedenen Arten von spontan spiegelsymmetriegebrochenen fluiden Phasen liefern und zu neuen photoschaltbaren chiralen Materialien für optische, chiroptische, optoelektronische und andere Anwendungen führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen