Untersuchung der Grundlagen von chemischen Bindungen und Reaktivität auf atomarer Skala

• Antragsteller: Dr. Alexander Riss
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Analytische Chemie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453903355

Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung von chemischer Reaktivität und Bindung auf atomarer Skala. Wir werden das Wechselwirkungspotenzial zwischen einzelnen Reaktanten mit einer Präzision im Picometer/Piconewton-Bereich messen. Diese Experimente werden zu einem tieferen Verständnis der fundamentalen Konzepte von chemischer Reaktivität und Bindung beitragen, die der Wissenschaft der Chemie, den Biowissenschaften und verwandten Feldern zugrunde liegen.Das Hauptaugenmerk liegt auf der Untersuchung von metallorganischen Bindungen, pi-Wechselwirkung und Lewis-Säure/Lewis Base Interaktionen. Mithilfe von Vergleichsexperimenten und durch systematische Wahl von Reaktanten können Einsichten in grundlegende chemische Fragestellungen gewonnen werden, wie zum Beispiel die Rolle von Heteroatom-Substitution und Aromatizität in pi-Wechselwirkungen und den Einfluss von fraktionellen atomaren Ladungszuständen auf metallorganische Koordinationsbindungen. Außerdem werden wir chemische Reaktivität, wie zum Beispiel Lewis Azidität und Basizität, auf der Sub-Nanometer-Skala quantifizieren und abbilden.Diese Studien werden durch direkte Messungen der Kräfte zwischen zwei atomar definierten Reaktanten in Rasterkraftmikroskopie-Experimenten im Ultrahochvakuum realisiert werden. Die beiden Reaktanten – einer ist an die Rasterkraftmikroskop-Spitze gebunden und der andere an der Oberfläche adsorbiert – werden ausführlich charakterisiert werden, um ihre genaue Struktur und Adsorptionsgeometrie zu bestimmen. Dadurch ist es möglich, ein multidimensionales Feld der Wechselwirkungskräfte zwischen den Reaktanten in Abhängigkeit ihrer relativen Distanz und Orientierung zu messen, das die chemische Interaktion in beispiellosem Detail beschreibt.Die Resultate werden einen grundlegenden Beitrag zum Verständnis und zur Vorhersage von chemischer Reaktivität, sowie für die Modellierung von chemischen Bindungen liefern. Dementsprechend wird das Projekt maßgeblichen Einfluss für technologischen Anwendungsfelder haben, besonders im Bereich der Katalyse, Arzneimittelforschung und für das Reaktions-Design in der organischen Chemie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen