@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}
}
@article{KocSchardtNolteetal.2020,
  author    = {Koc, Julian and Schardt, Lisa and Nolte, Kim and Beyer, Cindy and Eckhard, Till and Schwiderowski, Philipp and Clarke, Jessica L. and Finlay, John A. and Clare, Anthony S. and Muhler, Martin and Laschewsky, Andr{\´e} and Rosenhahn, Axel},
  title     = {Effect of dipole orientation in mixed, charge-equilibrated self-assembled monolayers on protein adsorption and marine biofouling},
  series = {ACS applied materials \& interfaces},
  volume    = {12},
  journal   = {ACS applied materials \& interfaces},
  number    = {45},
  publisher = {American Chemical Society},
  address   = {Washington},
  issn      = {1944-8244},
  doi       = {10.1021/acsami.0c11580},
  pages     = {50953 -- 50961},
  year      = {2020},
  abstract  = {While zwitterionic interfaces are known for their excellent low-fouling properties, the underlying molecular principles are still under debate. In particular, the role of the zwitterion orientation at the interface has been discussed recently. For elucidation of the effect of this parameter, self-assembled monolayers (SAMs) on gold were prepared from stoichiometric mixtures of oppositely charged alkyl thiols bearing either a quaternary ammonium or a carboxylate moiety. The alkyl chain length of the cationic component (11-mercaptoundecyl)-N,N,N-trimethylammonium, which controls the distance of the positively charged end group from the substrate's surface, was kept constant. In contrast, the anionic component and, correspondingly, the distance of the negatively charged carboxylate groups from the surface was varied by changing the alkyl chain length in the thiol molecules from 7 (8-mercaptooctanoic acid) to 11 (12-mercaptododecanoic acid) to 15 (16-mercaptohexadecanoic acid). In this way, the charge neutrality of the coating was maintained, but the charged groups exposed at the interface to water were varied, and thus, the orientation of the dipoles in the SAMs was altered. In model biofouling studies, protein adsorption, diatom accumulation, and the settlement of zoospores were all affected by the altered charge distribution. This demonstrates the importance of the dipole orientation in mixed-charged SAMs for their inertness to nonspecific protein adsorption and the accumulation of marine organisms. Overall, biofouling was lowest when both the anionic and the cationic groups were placed at the same distance from the substrate's surface.},
  language  = {en}
}