@phdthesis{Li2009,
  author    = {Li, Xueqing},
  title     = {Hydrogen Bond-directed Self-assembly of Perylene Bisimide Organogelators},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-43727},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Perylene bisimide (PBI) dyes are a widely used class of industrial pigments, and currently have gained significant importance for organic-based electronic and optical devices. Structural modification at the PBI core results in changes of the optical and electronic properties, which enable tailored functions. Moreover, the aggregation behavior of PBIs is alterable and controllable to achieve new materials, among which organogels are of particular interest because of their potential for applications as supramolecular soft materials. In this work, new PBI-based organic gelators were designed, synthesized, and characterized, and the aggregation behaviors under different conditions were intensively studied by various spectroscopic and microscopic methods. In chapter 2, a brief overview is given on the structural and functional features of organogel systems. The definition, formation and reversibility of organogels are introduced. Some examples on dye based organogel are selected, among which PBI-based organogelators reported so far are especially emphasized. Some basic knowledges of supramolecular chirality are also overviewed such as characterization, amplification, and symmetry breaking of the chiral aggregates. According to our former experiences, PBIs tend to form aggregates because the planer aromatic cores interact with one another by pi-pi interaction. In chapter 3, a new PBI molecule is introduced which possesses amide groups between the conjugated core and periphery alkyl chains. It is found that well oriented aggregates are formed by hydrogen bonding and the pi-pi interaction of the cores. These interactions enable the aggregates to grow in one-dimension forming very long fibers, and these fibers further intercross to 3D network structures, e.g., organogels. In comparison to the very few PBI-based gelators reported before, one advantage of this gelator is that, it is more versatile and can gelate a wide range of organic solvents. Moreover, the well-organized fibers that are composed of extended \&\#960;-stacks provide efficient pathways for n-type charge carriers. Interestingly, AFM studies reveal that the PBI molecules form well-defined helical fibers in toluene. Both left-handed (M) and right-handed (P) helicities can be observed without any preference for one handedness because the building block is intrinsically achiral. In chapter 4, we tried to influence the M/P enantiomeric ratio by applying external forces. For example, we utilized chiral solvents to generate chiral aggregates with a preferential handedness. AFM analysis of the helices showed that a enantiomeric ratio of about 60: 40 can be achieved by aggregation in chiral solvents R- or S-limonene. Moreover, the long aggregated fibres can align at macroscopic level in vortex flows upon rotary stirring In chapter 5, bulky tetra-phenoxy groups are introduced in the bay area of the PBI gelator. The conjugated core of the new molecule is now distorted because of the steric hindrance. UV/Vis studies reveal a J-type aggregation in apolar solvents like MCH due to intermolecular pi-pi-stacking and hydrogen-bonding interactions. Microscopic studies reveal formation of columnar aggregates in apolar solvent MCH, thus this molecule lacks the ability to form gels in this solvent, but form highly fluorescent lyotropic mesophases at higher concentration. On the other hand, in polar solvents like acetone and dioxane, participation of the solvent molecules in hydrogen bonding significantly reduced the aggregation propensity but enforced the gel formation. The outstanding fluorescence properties of the dye in both J-aggregated viscous lyotropic mesophases and bulk gel phases suggest very promising applications in photonics, photovoltaics, security printing, or as fluorescent sensors. In chapter 6, we did some studies on combining PBI molecules with inorganic gold nanorods. Gold nanorods were synthesized photochemically. By virtue of the thioacetate functionalized PBIs, the rods were connected end to end to form gold nanochains, which were characterized by absorption spectra and TEM measurement. Such chromophore-nanorod hybrids might be applied to guide electromagnetic radiation based on optical antenna technology.},
  subject      = {Perylenderivate},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Sturm2006,
  author    = {Sturm, Christian},
  title     = {Theoretical Investigation of the Geometrical Arrangements of alpha-alanyl-peptide Nucleic Acid Hexamer Dimers and the Underlying Interstrand Binding Motifs},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20363},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2006},
  abstract  = {Die Funktionalit{\"a}ten der DNA oder RNA werden haupts{\"a}chlich durch die verschiedenen Wechselwirkungen der paarenden Nucleinbasen bestimmt. Um die komplexen Zusammenh{\"a}nge dieser verschiedenen Wechselwirkungen zu verstehen, werden Modellsysteme ben{\"o}tigt, die weniger Restriktionen durch das R{\"u}ckgrat besitzen. Ein Beispiel f{\"u}r solche Systeme sind Peptidnucleins{\"a}uren (PNA), in denen das Zuckerphosphatr{\"u}ckgrat der DNA oder RNA durch ein Peptidr{\"u}ckgrat ersetzt wird. Diederichsen et al. gelang es, eine große Anzahl solcher Systeme mit einen alpha-Alanyl-R{\"u}ckgrat zu synthetisieren, an das kanonische und nicht-kanonische Nucleins{\"a}uren gebunden sind. Diese Systeme aggregieren in verschiedenen Bindungsmotiven, die nicht in der DNA oder RNA auftauchen. Diese ungew{\"o}hnlichen Paarungsmotive k{\"o}nnten einen tiefen Einblick in das Zusammenspiel der Wechselwirkungen der Nucleinbasen geben, aber die geringen L{\"o}slichkeit der alpha-Alanyl-PNA Oligomere verhinderte eine experimentelle Charakterisierung der geometrischen Anordnung durch R{\"o}ntgenstruktur- oder NMR-Experimente. Lediglich die absolute Stabilit{\"a}t der verschiedenen Aggregate konnte durch Messungen der Schmelztemperatur mit Hilfe der UV-Spektroskopie bestimmt werden. Da die Kenntnis der geometrischen Strukturen sowie der ausgebildeten Bindungsmotive wichtig ist, um einen Einblick in das Zusammenspiel der einzelnen Wechselwirkungen zu erlangen, besteht das Ziel der vorliegenden Arbeit darin, solche Informationen mit der Hilfe von theoretischen Methoden zu erlangen. Zus{\"a}tzlich sind Effekte von Interesse, aus denen sich Trends bez{\"u}glich der Stabilit{\"a}t bestimmen lassen. Solche Untersuchungen sind einfacher zu realisieren als die Berechnung der absoluten Stabilit{\"a}ten, da viele Beitr{\"a}ge zur absoluten Energie f{\"u}r {\"a}hnliche Systeme (entropische und dynamische Effekte) in etwa gleich groß sind. Somit sind diese entropischen und dynamischen Effekte f{\"u}r das Ziel dieser Arbeit weniger wichtig. Zur Untersuchung der Bindungseigenschaften und der Stabilit{\"a}ten von alpha-Alanyl-PNA Oligomeren war es notwendig, bis dato nicht parametrisierte Nucleinbasen in den Parametersatz des Amber4.1 Kraftfelds zu integrieren. Die fehlenden Ladungen wurden durch Berechungen mit dem R.E.D-Programm-Paket ermittelt. Das Programm bestimmt aus dem elektrostatischen Potential einer optimierten Struktur die atomzentrierten Ladungen. Die fehlenden Bindungsparameter wurden der Literatur entnommen. Die Untersuchungen der einzelnen Dimere begannen jeweils mit der Konstruktion der alpha-Alanyl-PNAs f{\"u}r alle m{\"o}glichen Paarungsmodi. Es konnte gezeigt werden, dass bestimmte Paarungsmodi aufgrund der geometrischen Gegebenheiten der Dimere und des R{\"u}ckgrats nicht realisierbar waren. F{\"u}r andere Dimere war ein Aufbau der alpha-Alanyl-PNA-Dimere zwar m{\"o}glich, jedoch zerfielen die Dimere wieder w{\"a}hrend einer ersten Geometrieoptimierung aufgrund der hohen Spannung im R{\"u}ckgrat. Die stabilen Systeme wurden zun{\"a}chst in verschiedenen Molekulardynamik-(MD)-L{\"a}ufen simuliert. Informationen {\"u}ber die Geometrie bei T=0 K wurden durch Geometrieoptimierungen erhalten, die an verschieden Punkten der MD L{\"a}ufe gestartet wurden. Die resultierenden Geometrien aus den verschiedenen Anfangspunkten waren identisch. F{\"u}r die geometrieoptimierten Strukturen wurden f{\"u}r das T=0 K Modell die Wechselwirkungsenergien zwischen den Nucleinbasen und der Einfluss der R{\"u}ckgrats auf die Stabilit{\"a}t der Dimer in zwei separaten Schritten bestimmt. Im ersten Schritt wurde das R{\"u}ckgrat entfernt und die Schnittstellen mit Methylgruppen abges{\"a}ttigt. Die Wechselwirkungsenergie zwischen den Nucleinbasen wurde durch die Differenz der Energien des gesamten Systems und der Summe der Energien der einzelnen Nucleinbasen in der Geometrie des Dimers bestimmt. Aufgrund der durchgef{\"u}hrten Untersuchungen und die sich daraus ergebenen Korrelation der berechneten Stabilisierungsenergien mit der Schmelztemperatur konnte gezeigt werden, dass mit der vorgeschlagenen Methode eine verl{\"a}ssliche Beschreibung der PNA Systeme m{\"o}glich ist. F{\"u}r eine weitere Verbesserung des vorgestellten Modells bedarf es zus{\"a}tzliche R{\"o}ntgenstruktur- oder NMR-Experimente, die zur Strukturaufkl{\"a}rung der alpha-Alanyl-PNA Dimere entscheidend beitragen. Weitere detaillierte Daten {\"u}ber die Enthalpiebeitr{\"a}ge zur absoluten Energie der verschiedenen Komplexe w{\"a}ren sehr hilfreich, um die vorgestellte Methode zu best{\"a}tigen und zu verbessern. Diese Informationen k{\"o}nnten zum einen durch die Auswertung der Form der Schmelzkurve sowie durch Mikrokalorimetrie erhalten werden. F{\"u}r den Fall, dass die Vorhersagen durch die experimentellen Befunde best{\"a}tigt w{\"u}rden, k{\"o}nnte der Ansatz auf verwandte Systeme wie zum Beispiel beta-Alanyl-PNA, DNA oder RNA angewandt werden. Durch diese weiteren Informationen k{\"o}nnte unser Ansatz zus{\"a}tzlich durch die Ber{\"u}cksichtigung von dynamischen und/oder entropischen Effekte erweitert werden.},
  subject      = {Peptid-Nucleins{\"a}uren},
  language  = {en}
}