Untersuchung von redoxabhängigen Wirt-Gast-Wechselwirkungen durch redox-schaltbare AFM basierende Einzelmolekülkraftspektroskopie und die Entwicklung eines Einzelmolekülschalters

• Antragsteller: Dr. Daniel Trawny
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260166975

Im letzten Jahrzehnt hat sich die Einzelmolekülkraftspektroskopie (SMFS) auf dem Gebiet der Oberflächenanalytik stark entwickelt, da sie die Quantifizierung molekularer Wechselwirkungen zwischen einzelnen Molekülen ermöglicht. Insbesondere das Ferrocen-Cyclodextrin-System eignet sich sehr gut zur Untersuchung der molekularen Wechselwirkungen, bisher wurden jedoch keine redox-schaltbaren SMFS Experimente an Wirt-Gast-Systemen beschrieben.Dieses interdisziplinäre Forschungsvorhaben beschäftigt sich mit der Untersuchung von redox-schaltbaren Dissoziationsprozessen mit Hilfe der SMFS. Dafür ist es erforderlich, die benötigten Zielverbindungen zu synthetisieren und zu charakterisieren sowie die anstehenden AFM-Experimente durchzuführen. Durch die Analyse der Dissoziationskräfte werden die Grundlagen zur Entwicklung molekularer Maschinen und Schalter geschaffen. Die herausfordernde Aufgabe dieser Arbeit besteht aus der quantitativen Analyse schaltbarer supramolekularer Kräfte auf der Einzelmolekülebene. Neben der Synthese der benötigten Substanzen ist es nötig, eine große Anzahl an SMFS-Experimenten durchzuführen. Dabei müssen verschiedene Parameter wie die Ladungsrate, Oberflächenbedeckung sowie verschiedene Lösungsmittel und Additive variiert werden. Insbesondere sollen SFMS-Experimente durchgeführt werden, in welchen die Wirt-Gast-Wechselwirkungen als Funktion der Ferrocen-Oxidation untersucht werden. Durch die Oxidation wird die Affinität des Ferrocens zum entsprechenden Wirt verändert, so dass die gemessene Reißkraft stark abnimmt. Durch die Kombination von Cyclovoltammetrie und Einzelmolekülkraft-spektroskopie sollte es möglich sein, einen reversiblen Einzelmolekülschalter aufzubauen. Die optimierte Methode lässt sich schließlich auf andere Wirt-Gast-Systeme übertragen und ermöglicht die Realisierung verschiedener Einzelmolekülschalter.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Privatdozent Dr. Jason J. Davis