Neuartige funktionelle tripodale monomolekulare Filme

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Zharnikov
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437355715

Das Hauptziel des Forschungsprojekts ist Etablierung und Optimierung von einer neuen Art der tripodalen monomolekularen Filme - funktionalen selbstaggregierenden Monolagen (SAMs) auf der Basis der Triptycene-Einheit - in Zusammenhang mit fundamentalen Fragen der monomolekularen Selbstaggregation und angesichts der potentiellen Anwendungen. Der Zusammenbau dieses Systems ist deutlich unterschiedlich von der tetrahedralen Geometrie der konventionalen tripodalen Moleküle. Die Vorteile dieses Systems sind seine Selbstaggregationsfähigkeiten, effiziente elektronische Kopplung innerhalb des Triptycene-Gerüsts, Vielfältigkeit des molekularen Designs anschließend der Charakter und die Anzahl der terminellen Endgruppen, ihre Dichte bei der monomolekularen Selbstaggregation und ihre senkrechte Orientierung im Bezug auf das Substrat. Das Triptycene-Gerüst wird mit den passenden Ankergruppen - entweder Thiolen oder Carboxylen - ausgestattet, die eine effiziente Bindung und Selbstaggregation in tripodaler Adsorptionskonfiguration, mit individuellen Phenylringen orientiert senkrecht zum Substrat, ermöglichen. Diese Basiseinheiten werden optimiert (z. B. durch Einführung einer Linkergruppe) und für weitere Funktionalisierung genutzt, mit einer oder drei funktionellen Endgruppen, angekoppelt in entweder Brückenkopf oder tripodalen Konfiguration. Die erste Konfiguration ermöglich eine vergleichsweise große Separation zwischen der funktionellen Endgruppen so wie aktive Stellen für die Click-Reaktion, Rezeptoren für die spezifische Ankopplung der Biomoleküle (Proteine, usw.), molekulare Schalter und Koordinationsstellen für die Metallionen - mit den Vorteilen der starken Unterdrückung der sterischen Effekte und flexiblen supramolekularen Design ausgehend von der monomolekularen "Vorlage". Die zweite Konfiguration ermöglicht eine hohe Dichte der funktionellen Endgruppen, welche senkrecht zum Substrat ausgerichtet sind, was unter anderem für die effiziente Dipolkontrolle an Grenzflächen benutzt werden kann, sobald man dipolare Endgruppen einsetzt. Unterschiedliche funktionelle Endgruppen werden getestet, um die Möglichkeiten, Flexibilität und Zuverlässigkeit des Verfahrens zu prüfen und die Modelsysteme für potentielle Anwendungen zu entwickeln. Unter anderem werden die Tripod-Schichten in Zusammenhang mit der Dipolkontrolle an Grenzflächen, Effizienz der Click-Reaktion und Ladungstransport durch das Molekül und zwischen der Moleküle untersucht. Die Arbeiten werden in Rahmen einer engen Kooperation mit einigen Partnergruppen durchgeführt, die die notwendigen synthetischen Arbeiten, zusätzlichen Experimente und theoretische Modellierung der Struktur und Eigenschaften der fabrizierten monomolekularen Filme mit modernen Rechenmethoden gewährleisten werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Japan, Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Manfred Buck; Professor Dr. Takafumi Fukushima; Professor Dr. Egbert Zojer