Eine kombinierte theoretische und experimentelle Untersuchung ultraschneller biomimetisches Fotoschalter – auf dem Weg zu rationalen Designprinzipien

• Antragsteller: Dr. Oleg Kornilov
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545673796

Das Hauptziel des FEMTO-Switch-Projekts besteht darin, eine rationale Grundlage für die chemische Strukturkontrolle der molekularen Energetik und der Dynamik des angeregten Zustands an wichtigen konischen Schnittpunkten (Schlüsselbereiche in der potenziellen Energielandschaft eines Moleküls) zu schaffen. Diese bestimmen letztlich die Reaktionsquantenausbeute ultraschneller Photoschalter auf der Grundlage der C=C-Doppelbindungsisomerisierung. Als molekulare Plattform für diese Untersuchungen wurden zwei molekulare Gerüste gewählt: Oxindol- und Oxopyrrolderivate. Die im Rahmen des Projekts eingesetzten spektroskopischen Werkzeuge umfassen ultraschnelle Methoden der transienten Absorptionsspektroskopie, Fluoreszenz-Upconversion-Spektroskopie und zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie in flüssiger Phase, ergänzt durch fortschrittliche quantenchemische Berechnungen. Um das übergeordnete Ziel zu erreichen, wird das Projektkonsortium auf vier Forschungsziele hinarbeiten, die auf dem Fachwissen der Projektpartner und ihrer bereits bestehenden gemeinsamen Forschungen beruhen: - Durchführung chemischer Substitutionen der Oxindol- (OxI) und Oxopyrrol- (OxP) Plattformen, die sich erheblich auf die Isomerisierungsgeschwindigkeit, das Auftreten einer schwingungskohärenten getriebenen Reaktion und auf die Quanteneffizienz (QY) auswirken. - Direkte experimentelle Beobachtung der Energielandschaft um die CIs beider Schaltertypen durch fs-PES in flüssiger Phase. - Aufklärung der Mechanismen, die die Schwingungskohärenz für die "ballistische" Isomerisierung hervorrufen und aufrechterhalten, durch Kombination von fs-PES-Studien und UV/VIS/NIR-Spektroskopie der transienten Absorption mit einer Auflösung von unter 15 fs mit Berechnungen von Multitrajektorien. - Entwicklung modernster quantenchemischer Methoden zur Erforschung effizienter Berechnungsprotokolle und Strategien für die Simulation experimenteller Beobachtungen, um den beobachteten Einfluss chemischer Substitutionen und der Lösungsmittelumgebung auf die ultraschnelle Dynamik und die Reaktionsausbeute zu rationalisieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stefan Haacke; Miquel Huix-Rotllant, Ph.D.