Untersuchungen zum Einfluss nichtkovalenter Wechselwirkungen auf Tunnelphänomene per Schwingungsspektroskopie an kryogenen Ionen

• Antragsteller: Dr. Tim Schleif
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459401225

In den letzten Jahren hat die Arbeitsgruppe um Prof. Johnson einen Versuchsaufbau entwickelt, der die Beobachtung interner Umlagerungen von Ionen in der Gasphase unter kryogenen Bedingungen ermöglicht. Ihr Ansatz stört das Gleichgewicht zwischen sich schnell ineinander umwandelnden Isomeren durch Infrarot-Anregung und überwacht dann, ob sich das Gleichgewicht innerhalb des vorgegebenen spektroskopischen Zeitfensters wieder einstellt. Obwohl sie in der Lage waren, das Auftreten solch schneller Gleichgewichte innerhalb eines kleinen binären Wasserkomplexes qualitativ zu bestimmen und sogar einen starken Einfluss des Vorhandenseins von D2 beobachteten, bleibt die Extraktion quantitativer kinetischer Parameter eine Herausforderung. Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Anwendung dieser Methodik auf die schnelle OH-Rotamerisierung von Phenolen, die durch quantenmechanisches Tunneln ermöglicht wird. Damit wird der Anwendungsbereich dieser Experimente auf biologisch und industriell relevante organische Verbindungen erweitert. Um Einblicke in den kaum erforschten Einfluss von nichtkovalenten Wechselwirkungen auf Tunnelphänomene zu erhalten, werden schwingungsspektroskopische Messungen sowohl an den nackten Ionen als auch an Komplexen mit verschiedenen Tags wie Ar oder D2 durchgeführt. Ergänzt werden die experimentellen Arbeiten durch quantenchemische Berechnungen von Schwingungsspektren, Potenzialenergieflächen der Rotamerisierung und Wechselwirkungsenergien von Phenol mit den schwach koordinierenden Tags. Die Untersuchung mehrerer Phenolderivate wird dann einen umfangreichen Datensatz liefern, um die Extraktion kinetischer Parameter aus Schwingungsmessungen kryogener Ionen zu verbessern. Letztendlich werden die durch solche Experimente gewonnenen Erkenntnisse über die Rotamerisierung von Phenolen in der Gasphase unser Verständnis von Tunnelvorgängen im Allgemeinen vertiefen.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeber: Professor Mark A. Johnson