ISBN 978-3-8439-2159-6

978-3-8439-2159-6, Reihe Organische Chemie

Matthias Winter
Untersuchung supramolekularer Strukturen N,N'-überbrückter Guanidine im Kristall und auf Oberflächen

179 Seiten, Dissertation Universität Köln (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Das supramolekulare Verhalten N,N’-überbrückter Guanidinium-Salze wurde in einer Kombination unterschiedlicher analytischer Methoden untersucht. Zwischen den Ionen eines Salzes bildet sich eine Vielzahl supramolekularer Motive auf der Grundlage ladungsunterstützter Wasserstoffbrücken. Der dirigierende Charakter der Wasserstoffbrücken ermöglicht eine Strukturplanung im Sinne des crystal engineering, sofern alle wesentlichen Einflussfaktoren bekannt sind.

Eine topologische Analyse der Wasserstoffbrücken-Donoren und -Akzeptoren alleine hat sich als nicht ausreichend herausgestellt. Daher mussten andere Einflussfaktoren identifiziert werden, um eine verbesserte Vorhersage zu erlauben. Durch Rastertunnelmikroskopie-Aufnahmen wurden Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen der dreidimensionalen Kristallstruktur von 2-Aminobenzimidazolium-2-hydroxypyrimidinolat und seiner annähernd zweidimensionalen, auf Graphit adsorbierten Monolage herausgearbeitet.

Dieses vertiefte Verständnis der intermolekularen Bindungssituation ermöglichte es, wesentliche Einflussfaktoren bei der Bildung von Wasserstoffbrücken zwischen Donor- und Akzeptor-Molekülen bzw. Molekülionen gezielt mit computerchemischen Methoden zu untersuchen. Dazu wurden die Energien verschiedener Wasserstoffbrückenbindungsmotive untersucht und eine Methode entwickelt, die eine Analyse des Zusammenhalts von Kettenstrukturen untereinander erlaubt. In einer anschließenden kristallographischen Studie verschiedener Guanidinium-Salze konnten die auf theoretischem Wege ermittelten Ergebnisse bestätigt werden. Im Zuge der Auswertung kristallographischer Daten wurde die von Margret Etter entwickelte Graphentheorie um eine Methode zur Benennung relativer Orientierungen ergänzt.

Neben der Topologie der Bindungsstellen hat sich die elektronische Struktur der Ionen als wesentlicher Einflussfaktor interionischer Bindungen herausgestellt. Die Sekundärstruktur innerhalb des Kristalls, also die relative Lage größerer Ensembles zueinander, wird von schwächeren Wechselwirkungen beeinflusst. Hierzu zählen π-π-Wechselwirkungen, Wasserstoffbrücken schwacher Donoren mit schwachen Akzeptoren und hydrophobe Wechselwirkungen fluorierter Alkylreste.