Mainz 2017 – wissenschaftliches Programm

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MO: Fachverband Molekülphysik

MO 14: Theory of Coupled Systems

MO 14.5: Vortrag

Donnerstag, 9. März 2017, 12:00–12:15, N 25

Kraftberechnungen in Spiropyran — •Oliver Brügner und Michael Walter — FIT Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien, Universität Freiburg

Spiropyrane sind photo- und mechanochrome Moleküle. Die ursprünglich farbneutralen Moleküle können sich durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht beziehungsweise durch mechanische Kräfte durch Brechung einer kovalenten Bindung in farbige Isomere mit dem Namen Merocyanin umwandeln. Die induzierte Verfärbung ist reversibel und die Entfärbung lässt sich z.B. durch ultraviolettes Licht induzieren. Diese erstaunliche Eigenschaft macht Spiropyran zu einem Stoff, welcher für die Zukunft viele Anwendungen verspricht.

Mit dem langfristigen Ziel die mechanochromen Eigenschaften zu nutzen, um die Grundlage für die Herstellung von polymeren Kraftsensoren zu entwickeln, haben wir theoretische Untersuchungen basierend auf der Dichtefunktionaltheorie durchgeführt. Bestehende Methoden, um die Kraft zu berechnen, welche zur Verfärbung eines Spiropyranmoleküls benötigt wird, wurden von uns weiterentwickelt. Dabei ergibt sich, dass das Molekül für den Übergang nach Merocyanin zwei verschiedene Energiebarrieren überwinden muss. Die korrekte Bestimmung der benötigten Kraft verlangt die Betrachtung von zwei Reaktionskoordinaten und den zugehörigen Energiebarrieren. Berücksichtigung finiter Temperaturen bringt die berechneten Kräfte in Einklang mit dem Experiment [Gos].

[Gos] Gregory R. Gossweiler, Tatiana B. Kouznetsova, Stephen L. Craig, J. Am. Chem. Soc. 137 (2015) 6148-6151