Kristall-Engineering mit Koordinationsverbindungen

• Applicant: Professor Dr. Josef Breu
• Subject Area: Solid State and Surface Chemistry, Material Synthesis
• Term: from 1997 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5372387

Die Packung von Molekülen hat einen entscheidenden Einfluß auf die Eigenschaften des resultierenden Festkörpers. Das Verständnis intermolekularer Wechselwirkungen und deren Einfluß auf die Kristallpackung mit dem Ziel einer Vorhersage bzw. Beeinflussung der sich ausbildenden Struktur (Kristall-Engineering) ist daher der Schlüssel zum Design neuer Materialien mit gewünschten physikalischen und chemischen Eigenschaften. Bei der gezielten und bewußten "Synthese" von Kristallstrukturen bedient man sich bisher vor allem klassischer Wasserstoffbrückenbindungen, weil es sich dabei noch um die robustesten intermolekularen Wechselwirkung handelt. Der Möglichkeit einer kinetischen Produktkontrolle über die Ausnutzung der geschwindigkeitsbestimmenden Keimbildungsprozesse wurde bisher viel zu wenig Beachtung geschenkt. Der Grund dafür liegt wohl im mangelnden Verständnis der zeitabhängigen, mechanistischen Schritte der Keimbildung auf atomistischer oder molekularer Ebene. Die Entwicklung von Strukturmodellen, angefangen bei den ersten Agglomeraten bis hin zum kritischen Keim, die Kenntnis dieses "Übergangszustandes" der Festkörperchemie, sind Grundvoraussetzungen für die gezielte Weiterentwicklung auf diesem Gebiet. Leider ist die Struktur dieser fluktuierenden, instabilen Zwischenstufen experimentell nicht zugänglich. Mit der stark gestiegenen CPU-Leistung sollten sich aber inzwischen realistische Modelle des subkritischen Zustandes über Molekular-Dynamik-Methoden (MD) entwickeln lassen. Im Vorhaben soll deshalb mit MD-Simulationen den Fragen nach Größe und Struktur des kritischen Keims, aber auch nach dem Einfluß des Lösungsmittels, der Übersättigung sowie der Temperatur nachgegangen werden. Als Modellsystem für diese Untersuchungen bietet sich [Ru(bpy)3](PF6)2 in Aceton oder Aceton/Wasser in besonderer Weise an, da für diese Verbindung drei Polymorphe experimentell belegt sind, die Moleküle konformativ rigide sind und folglich als starre Körper behandelt werden können und die intermolekularen Wechselwirkungen für diese Molekülionen wesentlich stärker sind als bei neutralen organischen Molekülen.

• DFG Programme: Research Grants