AIDE – Design von Aggregations-induziert dual emittierenden Bichromophoren

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Thomas J. J. Müller; Dr. Ute Resch-Genger
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 514325441

Ziel des Projektes ist die Entwicklung nichtionischer Bichromophoremitter mit einer dualen Emission bzw. einer umgebungssensitiven Mischfarbenemission. Dafür erfolgen die diversitätsorientierte Synthese von neuen Bichromophorbibliotheken und die systematische Ermittlung der molekularen strukturellen Parameter für die aggregations-induzierte duale Emission (AIDE) von Bichromophoren auf der Basis von unterschiedlich substituierten Merocyaninen und Triarylaminen mit Hilfe von optisch-spektroskopischen Untersuchungen in Lösung, an Partikelsystemen und an kristallinen Festkörpern und quantenchemischen Modellierungen. Es werden Bichromophoremitter angestrebt, deren Mischfarbenemission Umgebungsveränderungen wie aprotisch vs protisch oder polar vs apolar spektroskopisch oder Änderungen in der Viskosität anzeigen. Die beiden kovalent miteinander verknüpften emissiven Chromophore (Donor: UV/Vis-Licht-absorbierend, blaue Emission; Akzeptor: rotverschoben absorbierend, langwellige Emission) sind in einem Abstand innerhalb des Förster-Radius‘ angeordnet, so dass bei einer spektralen Überlappung der Emissionsbande des Donors und der Absorptionsbande des Akzeptors ein Energietransfer vom „blauen“ Donor auf den „roten“ Akzeptor erfolgen kann. Der rote Akzeptor wird so ausgewählt, dass seine Emission durch Aggregation in Lösungsmittelgemischen unterschiedlicher Polarität und/oder Protizität gezielt erhöht werden kann. Die resultierende Emissionsfarbe dieser Bichromophorsysteme kann damit über die Effizienz des Energietransfers von Donor und Akzeptor und die vom Aggregationszustand abhängige Effizienz der Emission des Akzeptors gesteuert werden. Voraussetzung für die gewünschte duale Emission mit Beiträgen von Donor und Akzeptor sind somit ein partieller Energietransfer und aggregations-induzierte Emission (AIE) des Akzeptors.Die hierfür zu realisierenden ZieleA) Methodische Entwicklung der Synthesestrategie für AIE-AIDE BichromophorsystemeB) Spektroskopische Identifizierung von Merocyanin-basierten Strukturen mit besonders ausgeprägten AIE-Eigenschaften des Akzeptors und AIDE-Eigenschaften des Bichromophorsystems und der hierfür relevanten Molekülumgebungen/Umgebungsparameter wie Polarität und Viskosität und der Temperaturabhängigkeit dieser Einflüsse; detaillierte Untersuchungen zum Mechanismus des AIDE an ausgewählten Bichromophoren mit spektroskopischen Methoden wie zeitaufgelösten Emissionsmessungen (ps- bis ns- Bereich) und computergestützter Modellierung (QM/MM-Behandlung ausgehend von Kristallstrukturanalysen)C) Stabilisierungsstrategien für Bichromophor-basierte Aggregate und Herstellung und Charakterisierung von wasserdispergierbaren Bichromophor-Nanopartikeln D) Aggregationsuntersuchungen an Partikeloberflächen zur Vorhersage der optischen Eigenschaften von Markern auf Basis von AIE-AIDE Bichromophorsystemen werden in synergetische Zusammenarbeit zwischen synthetischer, physikalisch-organischer Chemie und optischer Spektroskopie erreicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Christoph Janiak; Privatdozent Dr. Oliver Weingart