Molekulare Push-Pull Nanographen-Derivate als vis/NIR-Fluoreszenzfarbstoffe

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Siegfried Eigler; Dr. Ute Resch-Genger
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530311849

Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Herstellung und Charakterisierung von neuen Fluoreszenzfarbstoffen, die auf dem Diaminodicyanoquinon-Motiv (DADQ-Motiv) basieren, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen für die optisch-spektroskopischen und photophysikalischen Eigenschaften dieser DADQ-Derivate in verschiedenen Mikroumgebungen und Nanostrukturen abzuleiten. Dabei wird wie folgt vorgegangen: Zunächst werden Nanographen-artige push-pull-Farbstoffe mit DADQ-Motiv synthetisiert. Hierbei werden Imidazol-Donor- bzw. Dicyanomethylen-Akzeptoren als push- bzw. pull-Substituenten eingebaut. Die pi-Systeme werden basierend auf dem Hexabenzocoronen (HBC)-Motiv und dem von uns kürzlich entdeckten Pentaphen-Motiv erweitert mit dem Ziel, eine rotverschobene Absorption/Emission gegenüber dem DADQ-Grundmotiv zu erreichen. Dann erfolgt eine Funktionalisierung an der Peripherie des chromophoren Motivs mit polaren und ionischen Gruppen, um so die lokale Polarität und das Aggregationsverhalten zu steuern. Zudem wird die Löslichkeit durch Substituenten wie Alkyl-, F-haltige Alkyl- bzw. Ether-Gruppen variiert. Die hergestellten DADQ-Derivate werden optisch-spektroskopisch und photophysikalisch in Mikroumgebungen unterschiedlicher Polarität und/oder Protizität und Viskosität untersucht, um DADQ-Strukturen mit besonders interessanten Fluoreszenzeigenschaften (moderate bis hohe Quantenausbeuten; möglichst langwellige Fluoreszenz) und hoher Photostabilität zu identifizieren. Dafür erfolgen statische und zeitaufgelöste spektroskopische Untersuchungen in verschiedenen Lösemitteln und Lösemittelmischungen, um die für eine effiziente Fluoreszenz relevanten Molekülumgebungen/Umgebungsparameter wie Polarität und Viskosität zu bestimmen. Für ausgewählte DADQs wird zudem die Temperaturabhängigkeit der Fluoreszenz untersucht für mechanistische Aussagen Weiterhin werden die optisch-spektroskopischen Eigenschaften der hergestellten DADQ-Derivate im Festkörper bzw. Kristall untersucht sowie das Aggregationsverhalten ausgewählter DADQs in verschiedenen Mikroumgebungen und ihre Photostabilität. Auf der Basis dieser Ergebnisse werden interessante DADQ-Farbstoffe für den Einbau in wasserdispergierbare Nanostrukturen unterschiedlicher Materialzusammensetzung und damit variierter Polarität ausgewählt wie Polymer- und Silika-Partikel (nicht-porös; mesoporös) unterschiedlicher Größe. Außerdem wird die Verkapselung von DADQ-Farbstoffen in mizellaren Strukturen untersucht. Aus dem Vergleich der optischen und photophysikalischen Eigenschaften von DADQ-Derivaten in Nanopartikeln oder mizellaren Systemen mit denen der jeweiligen DADQ-Verbindungen in Lösung und im Festkörper können Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abgeleitet werden, insbesondere für die Lumineszenz, sowie das Potenzial für eine künftige Verwendung als neue Farbstoffklasse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen