Schwache Wechselwirkungen zwischen organischen Molekülen: Strukturelle Vielfalt und ihre schwingungsspektroskopischen Auswirkungen

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Beschreibung

Zwischenmolekulare Wechselwirkungen und insbesondere Wasserstoffbrücken sind schon lange Gegenstand verschiedenster Untersuchungen. Dabei werden meist Kontakte zwischen N-H und O-H Bindungen auf der einen und freien Elektronenpaaren an N- und O-Atomen auf der anderen Seite betrachtet. Derartige Wechselwirkungen bilden das Grundgerüst von Proteinen und DNA. Abgesehen von diesen typischen Formen intermolekularer Wechselwirkung existieren allerdings auch schwächer ausgeprägte Varianten, die alleine oder als zusätzlicher, Struktur prägender Faktor an der Bildung von Aggregaten mitwirken. Hier sind zunächst atypische Formen der Wasserstoffbrücke zu nennen. Ein bekanntes Beispiel ist die CH-Gruppe, die bezüglich ihrer Bedeutung als Wasserstoffbrückendonor lange Zeit angezweifelt wurde, jedoch mittlerweile etabliert ist. Als Wasserstoffbrückenakzeptor bieten sich außerdem ?-Systeme an. Auch jenseits des Themas Wasserstoffbrücken existieren attraktive Wechselwirkungen, die zur Bildung von Aggregaten führen können. Sie gehen auf elektrostatische und induktive Wechselwirkungen sowie Dispersionswechselwirkungen zurück. Ein gutes Beispiel für Elektrostatik stellt CO2 dar, dessen Selbstaggregate bereits ausführlich untersucht wurden und das in Kombination mit Methylacetat auch in dieser Arbeit behandelt wird. Induktion und Dispersion sind insbesondere dann wichtig, wenn einer oder beide Bindungspartner keine ausgeprägte Ladungstrennung aufweisen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden solche schwachen Wechselwirkungen zwischen Molekülen mittels Jet-FTIR-Spektroskopie und Vergleich mit quantenchemischen Rechnungen untersucht. Die Abkühlung im Überschallstrahl sorgt dafür, dass die bei Raumtemperatur oft nicht beständigen Aggregate spektroskopisch nachweisbar werden. Da sich durch Clusterbildung in der Regel sichtbare Veränderungen im Schwingungsspektrum zeigen, ist eine Separation der Aggregate von den Monomeren möglich. Die in der Arbeit behandelten Systeme lassen sich in Strukturen mit CH-Funktionen (Halogenkohlenwasserstoffe), NH-Funktionen (vor allem Pyrrolidin- und Pyrrolderivate) und Carbonylgruppen (Laktone, Ester, Hydroxyester) aufteilen. Jede der genannten Gruppen bietet dabei eine Fülle an Beispielen für die Bildung von Molekülaggregaten unter Mitwirkung schwacher Wechselwirkungen, die mit Hilfe von Schwingungsspektroskopie im Überschallstrahl nachgewiesen werden konnten.