Funktionelle Nanoschleifen: Spannungsbegünstigte Modifizierung Acetylen enthaltender Cycloparaphenylene

• Antragsteller: Dr. Tobias Andreas Schaub
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388027359

Das Projekt strebt die Verschmelzung des hochaktuellen Forschungsgebietes der Cycloparaphenylene (CPPs) mit dem der reaktiven Acetylene an, um eine breitgefächerte Bibliothek funktionalisierter Nanoschleifen herzustellen. Die so erhaltenen Verbindungen werden eingehend im Hinblick auf ihre Eignung als funktionelle Materialien in organischer Elektronik untersucht.Die Synthesestrategie beruht auf der Umwandlung von in das CPP-Grundgerüst eingebauten, reaktiven Acetylengruppen in ihre entsprechenden Ethylenderivate durch Cycloadditionsreaktionen mit geeigneten Reaktionspartnern. Vorläufige Dichtefunktionaltheorie (DFT)-Berechnungen konnten zeigen, dass in derartigen Reaktionen die inhärente Spannungsenergie des makrozyklischen Rings erniedrigt wird, was eine signifikante Beschleunigung der Reaktionsrate erwarten lässt. Die spannungsbegünstigten Umwandlungen, die die Einführung einer breiten Vielfalt an funktionellen Gruppen in das CPP-Grundgerüst erlauben, gründen dabei auf wohletablierten Reaktionen aus dem Bereich der Acetylenchemie, wie beispielsweise die Diels Alder, [2+2]-Cycloadditions-Retroelektrozyklisierungs- oder Cyclotrimerisierungsreaktionen. Unter Ausnutzung dieses Ansatzes werden wir in der Lage sein, Nanoringe mit maßgeschneiderten Eigenschaften herzustellen, die zum Beispiel als fluoreszierende Komponenten in organischen Leuchtdioden eingesetzt werden oder als makrozyklische Wirtsverbindungen für Fullerenderivate agieren, um Energie- und Elektronentransferprozesse zu befördern.Darüber hinaus stellen CPP-Verbindungen mit eingebauten Acetylengruppen nützliche molekulare Bausteine für die Bildung zweidimensionaler (2D) kovalenter Netzwerke auf Metalloberflächen dar. Mithilfe spannungsbegünstigter Reaktionen werden kohlenstoffreiche 2D Netzwerke mit hoher struktureller Präzision durch thermische Aktivierung auf definierten Metalloberflächen synthetisiert. Die Herstellung und Charakterisierung derartiger Schichten wird mittels Rastersondenmikroskopie (STM und AFM) durchgeführt, wobei die experimentellen Resultate durch DFT-Berechnungen der elektronischen Eigenschaften und Bandstrukturen vervollständigt werden. Die so fabrizierten porösen Nanomaterialien sind nicht nur von entscheidender Bedeutung für molekulare Sensoren, Membranen und miniaturisierter Elektronik, sondern auch von fundamentalem wissenschaftlichem Interesse hinsichtlich ihrer einzigartigen Eigenschaften.Auf dieser Grundlage nimmt sich das Projekt nicht nur der aktuellen Herausforderung an, funktionalisierte CPP-Derivate zugänglich zu machen, sondern eröffnet auch neue Perspektiven im Hinblick auf das Design makrozyklischer Bausteine für Wirt-Gast-Studien sowie zur Herstellung atomar-definierter 2D Polymere. Dementsprechend ist zu erwarten, dass die aus diesem Projekt hervorgehenden Ergebnisse zu fundamentalen und vielseitig einsetzbaren Richtlinien für die Gestaltung und die Synthese neuartiger Materialien führen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Ramesh Jasti, Ph.D.