Experimentelle und theoretische Untersuchungen elektrochemischer Schaltprozesse von Kronenether/Ammoniumrotaxanen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Beate Paulus; Professor Dr. Christoph A. Schalley
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 434455294

Mechanisch verzahnte Moleküle wie Rotaxane sind eine wichtige Klasse molekulare Schalter und Maschinen. So lassen sich z. B. in schaltbaren Pendelbusrotaxanen Co-Konformationen - und somit molekulare Bewegungs- und Transportprozesse - gezielt über äußere Signale steuern. Die Umgebung, also etwa Lösungsmittel oder Gegenionen, beeinflussen diese co-konformellen Gleichgewichte teils dramatisch - und somit auch die Funktion der schaltbaren verzahnten Moleküle. Da diese Effekte jedoch in einem komplexen Zusammenspiel mit intramolekularen Wechselwirkungen und der „mechanischen Bindung“ wirken, ist es eine Herausforderung, die Umgebungsbeiträge isoliert zu betrachten und zu quantifizieren. Das Projekt zielt darauf, den Einfluss von Umgebungseffekten in einer Kombination von Experiment und Theorie zu verstehen und ein Modell zu entwickeln, das eine gute Vorhersage von Co-Konformationsänderungen schaltbarer verzahnter Moleküle erlaubt. Zunächst wird eine Bibliothek von elektrochemisch schaltbaren Kronenether-Ammonium-Pseudorotaxanen synthetisiert, die eine systematische Quantifizierung von intramolekularen Wechselwirkungen mittels einer Netzwerkanalyse zulässt. Auf Basis dieses experimentellen Datensatzes werden DFT-basierte theoretische Modelle erstellt, die Energieprofile co-konformeller Änderungen in Kombination mit Moleküldynamikrechnungen vorrausagen können. Dadurch soll es möglich werden, Konformationen und Funktionen schaltbarer Rotaxane mit Hilfe von Umgebungseffekten zu „tunen“. Im letzten Projektteil werden die erarbeiteten Modelle genutzt, um neuartige molekulare Maschinen zu entwerfen, herzustellen und zu untersuchen, die einen direktionalen Transport erlauben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen