Inhaltszusammenfassung

Während dieser Arbeit wurden verschiedene Bereiche der molekularen Erkennung untersucht und deren Anwendung in supramolekularer Sensorik evaluiert. Im ersten Teil der Arbeit wurden Molekularstruktur-Affinitäts-Beziehungen untersucht, indem Substrat-Affinitätsprofile für eine Reihe von supramolekularen Wirten auf Basis von Tetraphenylmethan und 9,9‘-Spirobifluoren sowie für Wirte basierend auf Resorcin[4]aren mit einer Auswahl an niedermolekularen Analyten gemessen wurden. Hieraus konnten ne...Während dieser Arbeit wurden verschiedene Bereiche der molekularen Erkennung untersucht und deren Anwendung in supramolekularer Sensorik evaluiert. Im ersten Teil der Arbeit wurden Molekularstruktur-Affinitäts-Beziehungen untersucht, indem Substrat-Affinitätsprofile für eine Reihe von supramolekularen Wirten auf Basis von Tetraphenylmethan und 9,9‘-Spirobifluoren sowie für Wirte basierend auf Resorcin[4]aren mit einer Auswahl an niedermolekularen Analyten gemessen wurden. Hieraus konnten neue Erkenntnisse für das Design und die Synthesestrategie von Affinitätsmaterialien zur Anwendung auf Quarzmikrowaagen gewonnen werden. In der Rigiditätsstudie mit Tetraphenylmethan- und 9,9‘-Spirobifluoren-basierten supra-molekularen Materialien konnte die Überlegenheit des starren Spirobifluoren-Gerüsts gezeigt werden. Hierbei konnte der mit Isosteviol-Derivaten funktionalisierte Spirobifluoren-Grundkörper formstabilere Bindungsstellen ausbilden und so den Gastmolekülen einen prononcierteren Wechselwirkungsraum zur Verfügung stellen. Die systematische Untersuchung der Resorcin[4]aren-basierten supramolekularen Wirte auf ihre Affinität führte zum besseren Verständnis des Einflusses der Hohlraumstruktur, der Zugänglichkeit, der Größe sowie der Art der supramolekularen Wechselwirkungen der Wirtsmoleküle. Hierbei konnte gezeigt werden, dass Resorcin[4]aren-Kavitanden mit definierten, tiefen Kavitäten überlegene supramolekulare Eigenschaften gegenüber weit-offenen und sogar oben verbrückten Resorcin[4]aren-basierten Strukturen aufweisen. Im letzten Teil dieser Arbeit konnte ein neues System zur Detektion, Separation und Lagerung des umweltschädlichen FCKWs Trichlorfluormethan erarbeitet werden. In der Studie wurden planare Bragg-Gitter-Sensoren mit per-Methyl-, per-Ethyl- und per-Allyl-substituierten Cyclo¬dextrinen als Affinitätsmaterialien auf gasförmiges Trichlorfluormethan sensibilisiert. Diese Art der Funktionalisierung hat sich als hocheffizient in der Anwendung erwiesen, da im Vergleich zu einem identischen, aber unbeschichteten Sensor eine bis zu 400-fach höhere Signalantwort erzielt werden konnte. Die vorgestellte Sensorvorrichtung weist eine Nachweis¬¬grenze von bis zu 5 ppm auf. Es konnte ebenfalls eine Abhängigkeit der Adsorptions¬kinetik von der Substituentenlänge gezeigt werden. Auf der einen Seite nehmen die Reaktionszeiten des Sensors mit zunehmender Länge der Substituenten des Affinitäts-materials ab. Auf der anderen Seite konnte eine höhere Sensitivität bei per-Methylierten Cyclodextrinen beobachtet werden. Auf diese Weise konnte ein Sensorsystem zur Trichlor-fluormethan-Detektion realisiert und untersucht werden. Besonders interessante Ergebnisse konnten in Verbindung des Trichlorfluormethans mit per-Methyliertem -Cyclodextrin festgestellt werden. Es konnte die Fähigkeit von Hexakis(2,3,6-tri-O-methyl)-α-cyclodextrin nachgewiesen werden, selektiv einen sehr stabilen supra-molekularen Komplex mit Trichlorfluormethan auszubilden und so dauerhaft zu speichern. Die reversible Komplexierung führte zu einer hocheffizienten und stabilen Kristallisation im Verhältnis 4:1, welche sowohl kristallographisch, als auch thermogravimetrisch nachgewiesen wurde. Am Beispiel eines binären Gemisches aus Dichlormethan und Trichlorfluormethan konnte die außerordentliche Selektivität der Freon 11 Komplexierung innerhalb der Cyclodextrinkavität gezeigt werden. Darüber hinaus wurde die Anwendbarkeit von Hexakis(2,3,6-tri-O-methyl)-α-cyclodextrin als Packungsmaterial für eine Festbett-adsorption demonstriert und somit die Herstellung von wirtschaftlichen, wiederverwend-baren und hoch nachhaltigen Filterelementen für gasförmiges Trichlorfluormethan ermöglicht. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass bei Anwendung dieses Cyclodextrins als Affinitätsschicht auf planaren Bragg-Gitter-Sensoren eine CFC-11-Konzentrationen über 35 Vol% zu einer sichtbaren spontanen Kristallisation der per-Me -Cyclodextrin-Affinitäts-schicht auf der Sensoroberfläche führte, sodass dieses Verhalten effektiv als Einwegsensor adaptiert werden kann und so zum Beispiel zur Überwachung von industriellen Produktions-anlagen oder Anlagen zur Kühlgeräteentsorgung eingesetzt werden kann, um die Umwelt vor der Exposition mit dem schädlichen Trichlorfluormethan zu schützen.» weiterlesen» einklappen

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DDC Sachgruppe:
Chemie