400 MHz NMR-Spektrometer

• Fachliche Zuordnung: Molekülchemie
• Förderung: Förderung in 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222703982

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das 400-MHz-NMR-Spektrometer wird mit einem breit einsetzbaren Probenkopf betrieben und im Wesentlichen als „Open Access“-Gerät für 1D- und 2D-NMR-Messungen mit automatischem Probenwechsler sowie für Tief- und Hochtemperatur-NMR-Experimente verwendet. Die Erforschung der Strukturen und Eigenschaften von (supramolekularen) Materialien stellt einen Forschungsschwerpunkt des Instituts für Organische Chemie dar, wobei insbesondere die Arbeitsgruppen Würthner, Lehmann, Lambert, Beuerle und Fernández (inzwischen Universität Münster) zu nennen sind. Zur Charakterisierung von supramolekularen Aggregaten müssen zunächst die Strukturen der diese aufbauenden Monomere aufgeklärt bzw. abgesichert werden, wozu das Gerät intensiv durch Aufnahme verschiedener 1D- und 2D-NMR-Spektren (1H, 13C, DEPT, COSY, HSQC, HMBC, ...) verwendet wurde. In einem zweiten Schritt erfolgt die Untersuchung und Optimierung der Bedingungen für die Aggregation (Lösungsmittel, Konzentration, Temperatur), wobei besonders Tief- und Hochtemperatur-1H-NMR-Messungen an diesem Spektrometer einen entscheidenden Beitrag geleistet haben. Schließlich wurde das 400-MHz- Gerät teilweise auch zur Aufklärung der Struktur der supramolekularen Aggregate unter den zuvor optimierten Bedingungen eingesetzt (u. a. durch zusätzliche NOESY- bzw. ROESY-Messungen). Falls die Empfindlichkeit und/oder Auflösung für diesen Zweck nicht ausreichten, wurden die letztgenannten Studien bei 600 MHz durchgeführt. In diesen Fällen wurde also das 400-MHz-Spektrometer für alle notwendigen Vorversuche genutzt, um nur die wirklich notwendigen Messungen bei 600 MHz ausführen zu müssen. Weiterhin wurde das Gerät in diesem Zusammenhang auch eingesetzt, um über NMR-Titrationen Wirt-Gast-Wechselwirkung und Bindungskonstanten zu studieren. Über die beschriebenen materialwissenschaftlichen Studien hinaus wurde das Spektrometer bei Vorliegen von ausreichend hoher Probenkonzentration und Signalauflösung zur Strukturaufklärung bzw. –verifizierung zahlreicher Moleküle unterschiedlicher Substanzklassen verwendet, u. a. Farbstoffe, Übergangsmetallkomplexe, Mesogene, synthetisierte Naturstoffe (u. a. axial-chirale Biarylverbindungen, Porphyrin-Di- und Trimere), mehrkernige, gekrümmte oder anellierte Aromaten, Linker oder Funktionsmoleküle für nanoskalige Kohlenstoffmaterialien, Oligosaccharide, Naturstoffe, Fullerenderivate, Oligopeptide, Vorläufer für Radikale und Carbene sowie literaturbekannte Vorstufen, wozu das Gerät sowohl von Mitarbeitern aller Arbeitsgruppen des Instituts für Organische Chemie als auch von benachbarten Instituten genutzt wurde. Zu diesem Zweck wurden teilweise auch weitere Kerne in die Messungen einbezogen (15N, 19F, 31P, 11B, 29Si). Hoch- und Tieftemperatur-NMR-Messungen wurden sowohl für supramolekulare Aggregate als auch für nicht aggregierende Moleküle eingesetzt, um Informationen über dynamische Prozesse in diesen Systemen zu erhalten. Zusammenfassend wurde und wird das 400-MHz-NMR-Spektrometer von praktisch allen präparativ arbeitenden Mitarbeitern des Instituts für Organische Chemie sowie einigen benachbarten Instituten für sehr heterogene Anwendungen genutzt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Mechanism of Self-Assembly Process and Seeded Supramolecular Polymerization of Perylene Bisimide Organogelator. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3300-3307
  Soichiro Ogi, Vladimir Stepanenko, Kazunori Sugiyasu, Masayuki Takeuchi, Frank Würthner
  
• Shape-Controlled Synthesis and Self-Sorting of Covalent Organic Cage Compounds. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1035610360
  Stefanie Klotzbach, Florian Beuerle
  
• Shape-Persistent, Sterically Crowded Star Mesogens: From Exceptional Columnar Dimer Stacks to Supermesogens. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 97109714
  Matthias Lehmann, Philipp Maier
  
• Supramolecular block copolymers by kinetically controlled co-selfassembly of planar and core-twisted perylene bisimides. Nat. Commun. 2015, 6, 7009
  Daniel Görl, Xin Zhang, Vladimir Stepanenko, Frank Würthner
  
• A supramolecular ruthenium macrocycle with high catalytic activity for water oxidation that mechanistically mimics photosystem II. Nat. Chem. 2016, 8, 576-583
  Marcus Schulze, Valentin Kunz, Peter D. Frischmann, Frank Würthner
  
• Axial, Helical, and Planar Chirality in Directly Linked Basket-Handle Porphyrin Arrays. J. Org. Chem. 2016, 81, 1075-1088
  Andreas C. Gehrold, Torsten Bruhn, Gerhard Bringmann
  
• Conformational Switching of -Conjugated Junctions from Merocyanine to Cyanine States by Solvent Polarity. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 24702473
  Alhama Arjona-Esteban, Matthias Stolte, Frank Würthner
  
• Impact of Alkyl Spacer Length on Aggregation Pathways in Kinetically Controlled Supramolecular Polymerization. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 670678
  Soichiro Ogi, Vladimir Stepanenko, Johannes Thein, Frank Würthner
  
• Localised and delocalised excitons in star-like squaraine homo- and heterodimers. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 26462657
  Harald Ceymann, Moritz Balkenhohl, Alexander Schmiedel, Marco Holzapfel, Christoph Lambert
  
• Three-Dimensional Metal–Fullerene Frameworks. Chem. Eur. J. 2016, 22, 5982–5987
  Andreas Kraft, P. Roth, D. Schmidt, J. Stangl, K. Müller-Buschbaum, Florian Beuerle