Synthesis of functional organic nanotubes as buildung blocks for bottom-up nanofabrication

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Hecht
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung von 2004 bis 2008
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5438684

• Erstellungsjahr: 2008

Zusammenfassung der Projektergebnisse

2.2.1 Poly(phenylenethJnylen)e mittels Polykondensation Auf der Grundlage der in der Arbeitgruppe neu entwickelten Polykondensationsmethode zur Synthese langer und vor allem Di indefekt-freier PPEs^^^' wurden weitere Strukturen mit unterschiedlichen Verknüpfungsmotiven synthetisiert. So konnten sowohl ort/7o-verknüpfte PPEs mit der Zielstellung faltender n-konjugierte Foldamere synthetisiert werden.'^' Zusätzlich konnten auch pa/'a-verknüpfte PPEs als in wäßrigem Medium effizient emittierende konjugierte Polymere zugänglich gemacht werden.'"*' Die verschieden verknüpften PPE-Einheiten konnten dann ebenfalls in Copolymerarchitekturen wie Diblöcke du Bürsten eingebaut werden.'^^ Durchschlagenden Erfolg hatten die Arbeiten von Christian Kaiser zur Optimierung der Sonogashira-Hagihara-Polykondensation, die mittlerweile PPEs mit mehreren Hundert Wiederholungseinheiten zugänglich machen.'^' In allen Arbeiten wurden die konformationellen Eigenschaften der synthetisierten Makromoleküle in Lösung größtenteils mit Hilfe optischer Methoden (CD, UV/vis, Fluoreszenz) untersucht. Zusätzlich wurde in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Rabe (HU Berlin, Physik) die Konformation an Oberflächen analysiert. 2.2.2 Kovalente und nicht-kovalente Stabilisierung der helikal gefalteten Strukturen Alternative Wege zur kovalenten Stabilisierung der PmPE-Helices wurden untersucht, u.a. dimere Vernetzungen über Ringschlußmetathese und polymere Vernetzungen über Ringöffnungsmetathesepolymerisation. Diese Arbeiten waren nicht von durchschlagendem Erfolg gekrönt, jedoch konnte durch Einführung einer Amid-verknüpften Seitenkette, die noch dazu leicht aus Aminsäuren wie Alanin zugänglich ist, die Helix mit Hilfe von nicht-kovalenten H-Brücken massiv stabilisiert werden. Diese Foldamere zeigen extrem hohe Stabilitäten ihrer Sekundärstruktur in Lösung und weisen eine beachtliche Persistenzlänge von ca. 30 nm auf.'^' 2.2.3 Design photoschaltbarer Foldamere Durch gezielten Einbau von photochromen Azobenzoleinheiten konnte Anzar Khan die ersten photoschaltbaren Foldamere herstellen.'^' Die orts- und zeitaufgelöste Kontrolle über die Helix- Knäuel-Umwandlung kann somit in Zukunft dafür genutzt werden, z.B. Gäste kontrolliert zu transportieren und freizusetzen als auch lichtgetrieben mechanische Arbeit zu verrichten. Arbeiten zur Verbesserung des Systems und dessen Ausnutzung sind bereits im Gange.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A. Khan, C. Kaiser, S. Hecht, Angew. Chem. 2006,778 . 1912-1915; Angew. Chem.. Int. Ed. 2006,45, 1878-1881.
  
  
• A. Khan, S. Hecht, Chem., Eur J. 2006,72 , 4764-4774.
  
  
• A. Khan, S. Hecht, J. Polym. Sei., Part A: Polym. Chem. 2006,44 , 1619-1627.
  
  
• A. Khan, S. Hecht, Polym. Mat. Sd. Eng. 2006,95 , 73-74.
  
  
• A. Khan, S. Hecht. Polym. Prep. 2005,46(1) . 161.
  
  
• A. Khan, S. Müller, S. Hecht, Chem. Commun. 2005, 584-586.
  
  
• Anzar Khan: "Phenylene Ethynylene Foldamers: From Synthesis to Tubular Scaffolding and Photoswitchable Helices", Dissertation, Freie Universität Bertin, Germany, 2005.
  
  
• Christian Kaiser: "Systematische Untersuchungen zum Helix-Knäuel-Übergang in meta- Phenylenethinylen-Polymeren", Dissertation, Freie Universität Bertin, Germany, 2006
  
  
• M. A. Balbo Block, C. Kaiser, A. Khan, S. Hecht, Top. Curr. Chem. 2005,245 , 89-150.
  
  
• M. A. Balbo Block, S. Hecht, Angew. Chem. 2005,117 , 7146-7149; Angew. Chem., Int. Ed. 2005,44 , 6986-6989.
  
  
• M. A. Balbo Block, S. Hecht, Macromolecules 2008,47 , 3219-3227.
  
  
• M. A. Balbo Block, S. Hecht, Polym. Mat. Sci. Eng 2006, 95, 110-111.
  
  
• Marco A. Balbo Block: "Folding Architectures Containing Phenylene Ethynylene Oligomers and Polymers", Dissertation, Freie Universität Berlin, Germany, 2006.
  
  
• S. Hecht, "Design of Folding Macromolecular Architectures: Synthesis, Structural Charactenzation, and Function", Frei Universität Berlin 2006.
  
  
• S. Hecht, Jahrbuch der Max-Planck-Gesellschaft 2007. 307-310.
  
  
• S. Hecht, Materials Today 2005,8(3), 48-55.
  
  
• S. Hecht, Sma//2005,7 , 26-29.