Cu-Einkristalldiffraktometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Einkristallstrukturanalyse stellt an unserem Institut eine essentielle Technik zur Strukturaufklärung organischer Moleküle dar, um das Packungsverhalten einzelner Moleküle im Festkörper detailliert zu untersuchen. In Kombination mit anderen analytischen Methoden lassen sich so Struktur-Eigenschafts-Beziehungen ableiten, die zur Neu- und Weiterentwicklung (opto)elektronischer Bauteile auf Basis organischer Materialien dienen. Darüber hinaus wird die Konstitution und Konfiguration von organischen Molekülen untersucht, die sich aufgrund ihres paramagnetischen Verhaltens und/oder ihrer geringen Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln einer eindeutigen Charakterisierung mittel NMR-Spektroskopie entziehen. Dank des neuen Diffraktometers konnten in vielen Forschungsbereichen bedeutende Fortschritte erzielt werden, welche ohne ein solch leistungsstarkes Instrument nicht denkbar wären. So wurde eine Reihe von dipolaren Merocyanin-Farbstoffen als halbleitende Materialien für organische Transistoren und Solarzellen untersucht, deren Leistungsfähigkeit mit dem Packungsverhalten der einzelnen Moleküle im Festkörper korreliert. Mithilfe der Röntgenstrukturanalyse konnte erstmals gezeigt werden, dass eine gestaffelte Packung der Farbstoffmoleküle zu einem deutlich erhöhten Ladungstransport und einer gesteigerten Solarzelleneffizienz führt. Im Falle eines zweifach chlorierten Naphthalinbisimids konnte durch Sublimation ein bisher unbekanntes Polymorph der Verbindung erhalten werden, dessen Eigenschaften als einkristalliner Feldeffekttransistor wesentlich von der Festkörperstruktur der Verbindung abhängt. In Forschungsarbeiten zur Darstellung von Perylenbisimidradikalen und –biradikalen, welche unter anderem als Ladungsträger- und „singlet fission“-Materialien diskutiert werden, konnten einige der dabei synthetisierten offenschaligen Systeme durch Einkristallstrukturanalyse eindeutig charakterisiert werden, während durch andere analytische Methoden nur unzureichende Informationen erlangt werden konnten. Auch im Bereich der supramolekularen Chemie konnten durch Röntgenstrukturanalyse weitreichende Einblicke in die Mechanismen der Selbstassemblierung und die dabei auftretenden nicht-kovalenten Wechselwirkungen erhalten werden. So tragen diesen Untersuchungen zur Folge kooperative CH-O- und π-π-Wechselwirkungen zur Ausbildung von Gelen und faserartigen Strukturen bei. Darüber hinaus lassen sich durch multiple Wasserstoffbrückenbindungen dreidimensionale Netzwerke aufbauen deren Zusammensetzung durch Einkristallstrukturanalyse aufgeklärt werden konnte. Die bisher 15 in den letzten drei Jahren publizierten Arbeiten verdeutlichen den hohen Stellenwert dieser experimentellen Methode an unserem Institut, welche auch in zahlreichen Kooperationen zur Lösung komplexer Fragestellungen beiträgt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Arranging Fullerenes through Hydrogen Bonding. Eur. J. Org. Chem. 2014, 523–528
Andreas Kraft, Marcel Gsänger, Florian Beuerle
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/ejoc.201301298) - Multiple CH-O interactions involving glycol chains as driving force for the self-assembly of amphiphilic Pd(II) complexes. Chem. Commun. 2014, 50, 13366–13369
Christina Rest, Anja Martin, Vladimir Stepanenko, Naveen K. Allampally, David Schmidt, Gustavo Fernández
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C4CC06152G) - NIR-Absorbing Merocyanine Dyes for BHJ Solar Cells. Chem. Mater. 2014, 26, 4856-4866
André Zitzler-Kunkel, Martin R. Lenze, Nils M. Kronenberg, Ana-Maria Krause, Matthias Stolte, Klaus Meerholz, Frank Würthner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/cm502302s) - Ambient Stable Zwitterionic Perylene Bisimide- Centered Radical. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 3661–3614
David Schmidt, David Bialas, Frank Würthner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201408067) - An ambient stable core-substituted perylene bisimide dianion: isolation and single crystal structure analysis. Chem. Sci. 2015, 6, 1663–1667
Sabine Seifert, David Schmidt, Frank Würthner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/C4SC03671A) - Complete Monitoring of Coherent and Incoherent Spin Flip Domains in the Recombination of Charge- Separated States of Donor-Iridium Complex-Acceptor Triads. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 11011–11021
Johannes H. Klein, David Schmidt, Ulrich E. Steiner, Christoph Lambert
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jacs.5b04868) - Head-to-Tail Zig-Zag Packing of Dipolar Merocyanine Dyes Affords High-Performance Organic Thin-Film Transistors. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 10512– 10515
Aifeng Lv, Matthias Stolte, Frank Würthner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201504190) - Influence of Solid-State Packing of Dipolar Merocyanine Dyes on Transistor and Solar Cell Performances. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 13524–13534
Alhama Arjona-Esteban, Julian Krumrain, Andreas Liess, Matthias Stolte, Lizhen Huang, David Schmidt, Vladimir Stepanenko, Marcel Gsänger, Dirk Hertel, Klaus Meerholz, Frank Würthner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/jacs.5b06722) - Near-IR Phosphorescent Ruthenium(II) and Iridium(III) Perylene Bisimide Metal Complexes. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1570–1573
Marcus Schulze, Andreas Steffen, Frank Würthner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201410437) - Single-Crystal Field-Effect Transistors of new Cl 2 -NDI Polymorph Processed by Sublimation in Air. Nat. Commun, 2015, 6, 6954
Tao He, Matthias Stolte, Christion Burschka, Nils H. Hansen, Thomas Musiol, Daniel, Kälblein, Jens Pflaum, Xutang Tao, Jochen Brill, Frank Würthner
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ncomms6954)
