@phdthesis{Rietze2020,
  author    = {Rietze, Clemens},
  title     = {Optimierung und Analyse von molekularen Schaltern in komplexen Umgebungen: thermische Stabilit{\"a}t, Auslesbarkeit und Schaltbarkeit},
  doi       = {10.25932/publishup-45959},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459594},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {131},
  year      = {2020},
  abstract  = {Seit Jahrzehnten stellen die molekularen Schalter ein wachsendes Forschungsgebiet dar. Im Rahmen dieser Dissertation stand die Verbesserung der thermischen Stabilit{\"a}t, der Auslesbarkeit und Schaltbarkeit dieser molekularen Schalter in komplexen Umgebungen mithilfe computergest{\"u}tzter Chemie im Vordergrund. Im ersten Projekt wurde die Kinetik der thermischen E → Z-Isomerisierung und die damit verbundene thermische Stabilit{\"a}t eines Azobenzol-Derivats untersucht. Daf{\"u}r wurde Dichtefunktionaltheorie (DFT) in Verbindung mit der Eyring-Theorie des {\"U}bergangszustandes (TST) angewendet. Das Azobenzol-Derivat diente als vereinfachtes Modell f{\"u}r das Schalten in einer komplexen Umgebung (hier in metallorganischen Ger{\"u}sten). Es wurden thermodynamische und kinetische Gr{\"o}ßen unter verschiedenen Einfl{\"u}ssen berechnet, wobei gute {\"U}bereinstimmungen mit dem Experiment gefunden wurden. Die hier verwendete Methode stellte einen geeigneten Ansatz dar, um diese Gr{\"o}ßen mit angemessener Genauigkeit vorherzusagen. Im zweiten Projekt wurde die Auslesbarkeit der Schaltzust{\"a}nde in Form des nichtlinearen optischen (NLO) Kontrastes f{\"u}r die Molek{\"u}lklasse der Fulgimide untersucht. Die daf{\"u}r ben{\"o}tigten dynamischen Hyperpolarisierbarkeiten unter Ber{\"u}cksichtigung der Elektronenkorrelation wurden mittels einer etablierten Skalierungsmethode berechnet. Es wurden verschiedene Fulgimide analysiert, wobei viele experimentelle Befunde best{\"a}tigt werden konnten. Dar{\"u}ber hinaus legte die theoretische Vorhersage f{\"u}r ein weiteres System nahe, dass insbesondere die Erweiterung des π-Elektronensystems ein vielversprechender Ansatz zur Verbesserung von NLO-Kontrasten darstellt. Die Fulgimide verf{\"u}gen somit {\"u}ber n{\"u}tzliche Eigenschaften, sodass diese in Zukunft als Bauelemente in photonischen und optoelektronischen Bereichen Anwendungen finden k{\"o}nnten. Im dritten Projekt wurde die E → Z-Isomerisierung auf ein quantenmechanisch (QM) behandeltes Dimer mit molekularmechanischer (MM) Umgebung und zwei Fluorazobenzol-Monomeren durch Molek{\"u}ldynamik simuliert. Dadurch wurde die Schaltbarkeit in komplexer Umgebung (hier selbstorgansierte Einzelschichten = SAMs) bzw. von Azobenzolderivaten analysiert. Mit dem QM/MM Modell wurden sowohl Van-der-Waals-Interaktionen mit der Umgebung als auch elektronische Kopplung (nur zwischen QM-Molek{\"u}len) ber{\"u}cksichtigt. Dabei wurden systematische Untersuchungen zur Packungsdichte durchgef{\"u}hrt. Es zeigte sich, dass bereits bei einem Molek{\"u}labstand von 4.5 {\AA} die Quantenausbeute (prozentuale Anzahl erfolgreicher Schaltprozesse) des Monomers erreicht wird. Die gr{\"o}ßten Quantenausbeuten wurden f{\"u}r die beiden untersuchten Fluorazobenzole erzielt. Es wurden die Effekte des Molek{\"u}labstandes und der Einfluss von Fluorsubstituenten auf die Dynamik eingehend untersucht, sodass der Weg f{\"u}r darauf aufbauende Studien geebnet ist.},
  language  = {de}
}
@misc{PengYarmanJetzschmannetal.2017,
  author    = {Peng, Lei and Yarman, Aysu and Jetzschmann, Katharina J. and Jeoung, Jae-Hun and Schad, Daniel and Dobbek, Holger and Wollenberger, Ursula and Scheller, Frieder W.},
  title     = {Molecularly imprinted electropolymer for a hexameric heme protein with direct electron transfer and peroxide electrocatalysis},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-400627},
  pages     = {11},
  year      = {2017},
  abstract  = {For the first time a molecularly imprinted polymer (MIP) with direct electron transfer (DET) and bioelectrocatalytic activity of the target protein is presented. Thin films of MIPs for the recognition of a hexameric tyrosine-coordinated heme protein (HTHP) have been prepared by electropolymerization of scopoletin after oriented assembly of HTHP on a self-assembled monolayer (SAM) of mercaptoundecanoic acid (MUA) on gold electrodes. Cavities which should resemble the shape and size of HTHP were formed by template removal. Rebinding of the target protein sums up the recognition by non-covalent interactions between the protein and the MIP with the electrostatic attraction of the protein by the SAM. HTHP bound to the MIP exhibits quasi-reversible DET which is reflected by a pair of well pronounced redox peaks in the cyclic voltammograms (CVs) with a formal potential of -184.4 ± 13.7 mV vs. Ag/AgCl (1 M KCl) at pH 8.0 and it was able to catalyze the cathodic reduction of peroxide. At saturation the MIP films show a 12-fold higher electroactive surface concentration of HTHP than the non-imprinted polymer (NIP).},
  language  = {en}
}
@article{PengYarmanJetzschmannetal.2016,
  author    = {Peng, Lei and Yarman, Aysu and Jetzschmann, Katharina J. and Jeoung, Jae-Hun and Schad, Daniel and Dobbek, Holger and Wollenberger, Ursula and Scheller, Frieder W.},
  title     = {Molecularly Imprinted Electropolymer for a Hexameric Heme Protein with Direct Electron Transfer and Peroxide Electrocatalysis},
  series = {SENSORS},
  volume    = {16},
  journal   = {SENSORS},
  publisher = {MDPI},
  address   = {Basel},
  issn      = {1424-8220},
  doi       = {10.3390/s16030272},
  pages     = {1343 -- 1364},
  year      = {2016},
  abstract  = {For the first time a molecularly imprinted polymer (MIP) with direct electron transfer (DET) and bioelectrocatalytic activity of the target protein is presented. Thin films of MIPs for the recognition of a hexameric tyrosine-coordinated heme protein (HTHP) have been prepared by electropolymerization of scopoletin after oriented assembly of HTHP on a self-assembled monolayer (SAM) of mercaptoundecanoic acid (MUA) on gold electrodes. Cavities which should resemble the shape and size of HTHP were formed by template removal. Rebinding of the target protein sums up the recognition by non-covalent interactions between the protein and the MIP with the electrostatic attraction of the protein by the SAM. HTHP bound to the MIP exhibits quasi-reversible DET which is reflected by a pair of well pronounced redox peaks in the cyclic voltammograms (CVs) with a formal potential of -184.4 +/- 13.7 mV vs. Ag/AgCl (1 M KCl) at pH 8.0 and it was able to catalyze the cathodic reduction of peroxide. At saturation the MIP films show a 12-fold higher electroactive surface concentration of HTHP than the non-imprinted polymer (NIP).},
  language  = {en}
}