Synthese neuer 2D- und 3D-Suprastrukturen zur Untersuchung der Selbstassemblierung auf HOPG-Oberflächen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden neue 2D- und 3D-Suprastrukturen zur Untersuchung der Selbstassemblierung auf hochgeordnetem pyrolytischem Graphit (engl. <em>highly oriented pyrolytic graphite</em>, HOPG) synthetisiert. <br/> Der erste Teil der Arbeit befasste sich mit der Synthese von zweidimensionalen X-förmigen Molekülen, welche aus einem <em>C</em>₂-symmetrischen Phenylen-basierten Mittelbaustein und linearen Phenylen-Ethinylen (PE)-Stäbchen bestehen, die ihrerseits mit Alkoxyketten versehen und terminal mit einer CPD<em>i</em>PS-Gruppe geschützt sind. Die PE-Stäbchen wurden in <em>Sonogashira</em>-Reaktionen mit dem Mittelbaustein verknüpft, wobei zwei verschiedene Mittelbausteine und zwei unterschiedliche PE-Stäbchen mit verschiedenen Alkoxyketten (OC₃H₇ und OC₆H₁₃) Anwendung fanden. Die erhaltenen X-förmigen Zielmoleküle konnten vollständig charakterisiert und auf ihre optischen Eigenschaften untersucht werden. Die rastertunnelmikroskopischen (engl. <em>scanning tunneling microscopy</em>, STM) Untersuchungen zeigten, dass sich keine selbstassemblierten Monolagen auf der HOPG-Oberfläche ausgebildet hatten. Daher konnten keine geordneten 2D-Strukturen erhalten werden, was potentiell mit einer nicht ausreichenden Länge der Alkoxyketten erklärbar ist. Bei einer der Zielstrukturen adsorbierten jedoch einzelne Moleküle, welche sich mittels STM abbilden ließen. <br/> Im zweiten Teil der Arbeit konnte ein makrozyklisches Plattformmolekül mit molekularem Ständer, welches als Grundlage für die zukünftige 3D-Funktionalisierung von HOPG-Oberflächen dienen kann, erfolgreich synthetisiert werden. Das molekulare Speichenrad (engl. <em>molecular spoked wheel</em>, MSW) wurde modular aus einem Tetraphenyladamantan-Mittelbaustein (Radnabe), drei Phenylen-basierten Ankerbausteinen (Radspeiche /-kranz Segmente), welche jeweils mit je einer Hexadecyloxykette versehen sind, und einem aromatischen Ständermolekül aufgebaut. Die Ankerbausteine und das Ständermolekül wurden hierzu in zwei aufeinanderfolgenden <em>Suzuki</em>-Reaktionen an den Mittelbaustein geknüpft und der entstandene offene Vorläufer in einer dreifachen Nickel-vermittelten <em>Yamamoto</em>-Kupplung geschlossen. Das erhaltene MSW konnte mittels MALDI-TOF Massenspektrometrie und NMR-Spektroskopie charakterisiert werden. Es wurde ebenfalls auf seine optischen Eigenschaften untersucht. Hierbei zeigte sich die zu erwartende bathochrome Verschiebung im UV/Vis-Spektrum durch die Vergrößerung des <em>&pi;</em>-Systems nach der Zyklisierung. Die STM-Experimente zeigten, dass keine selbstassemblierten Monolagen auf der HOPG-Oberfläche ausgebildet wurden und daher keine geordneten 3D‑Strukturen nachzuweisen waren. Die mangelnde Adsorption lässt sich im Hinblick auf weiterführende Untersuchungen mit der zu geringen Zahl von drei Alkoxyketten am gespannten MSW erklären, was in der Konsequenz bedeutet, dass sich eine definierte Adsorptionsgeometrie nicht ausbilden konnte. Nichtsdestotrotz ist dies das erste und bisher einzige nanoskalige rein Phenylen-basierte Plattformmolekül.