Umgebungseinflüsse auf die C-C- und C-O-Torsionsdynamik in Molekülen und Molekülaggregaten: Schwingungsspektroskopie bei tiefen Temperaturen

Tobias Wassermann

ISBN 978-3-8325-2399-2
442 pages, year of publication: 2010
price: 45.00 €
Umgebungseinflüsse auf die C-C- und C-O-Torsionsdynamik in Molekülen und Molekülaggregaten: Schwingungsspektroskopie bei tiefen Temperaturen

Die Konformation eines Moleküls kann entscheidenden Einfluss auf seine Funktionalität ausüben. Ein besonders beeindruckendes Beispiel dafür ist die Proteinfaltung: korrekt gefaltete Proteine können ihre Funktion im Organismus erfüllen, wohingegen fehlgefaltete Proteine u.U. sogar schwere Erkrankungen auslösen können.

Die Energieabfolge der unterschiedlichen Konformere, die ein Molekül annehmen kann, wird durch verschiedene z.T. sehr subtile Faktoren bestimmt. Nicht-kovalente Wechselwirkungen zwischen Molekülteilen oder mit der Umgebung, wie Wasserstoffbrückenbindungen oder andere schwache Wechselwirkungen, wie Dispersionskräfte, können entscheidenden Einfluss auf die Energieabfolge haben. Um diese Faktoren umfangreich untersuchen und charakterisieren zu können, wurden in der vorliegenden Arbeit geeign te Modellsysteme ausgewählt, die über eine sanfte Konformationslandschaft verfügen. Im Fokus des Interesses stand die Torsionsisomerie um C-C- und C-O-Einfachbindungen. Alkane und Alkohole stellen typische Modellsysteme dafür dar.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein systematischer Ansatz verfolgt. Den Ausgangspunkt stellen umfangreiche Untersuchungen kleinerer Modellmoleküle, wie Propanol, dar. Auf der Basis eines umfassenden Verständnisses der Konformationsgleichgewichte dieser Modellsysteme konnten weitere Ei nflüsse studiert werden: Aggregation und Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindung en, die Umhüllung mit Argonatomen und Nanomatrixisolation oder die Isolation in Festkörpermatrizen.

Durch chemische Substitution wurde die Zahl der konformativen Freiheitsgrade verringert oder vergrößert, um wichtige Trends innerhalb oder zwischen Verbindungsklassen abzuleiten. Durch selektive Bestrahlungen konnten Isomerisationen induziert und beobachtet werden. Darüber hinaus konnten andere Phänomene und Eigenschaften, wie der Elastizitätsmodul von Polyethylen oder die Protonentransferdynamik und Photochemie von Diketoverbindungen, untersucht werden.

Die Untersuchungen in dieser Arbeit waren als Doppelpromotionsabkommen zwischen der Georg-August-Universität Göttingen und der Université de Provence (Aix-Marseille I) angelegt. Dadurch standen verschiedene experimentelle Techniken zur Verfügung. Schwingungsspektroskopische Analysemethoden (FTIR- und Raman-Spektroskopie) konnten in der Gasphase, in Überschallexpansionen und an Festkörpermatrizen angewendet werden. Die Probemoleküle konnten somit in verschiedenen Zuständen präpariert werden; dies stellt einen Schlüssel für die umfangreichen Charakterisierungen dar.

Die folgenden Systeme wurden in dieser Arbeit untersucht: Propanol und die n-Alkanole Butanol bis Hexanol, Ethanol und tert-Butylalkohol, gemischte Systeme aus Methanol oder Ethanol mit Wasser, die n-Alkane Pentan bis Hexadecan und die Diketoverbindungen Malonaldehyd und Acetylaceton