@phdthesis{Schmid2022,
  author    = {Schmid, Paul},
  title     = {Quantenchemische Untersuchungen von Umgebungseinfl{\"u}ssen bei offen- und geschlossenschaligen Systemen},
  doi       = {10.25972/OPUS-26510},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-265106},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {In dieser Dissertation werden die Umgebungseinfl{\"u}sse auf die strukturellen und elektronischen Eigenschaften von verschiedenen offen- und geschlossenschaligen Systemen mittels quantenchemischer Methoden berechnet. Ein Kernpunkt umfasst die Untersuchung von verdreht angeordneten, biradikalischen Diborylalkenen, welche eine unges{\"a}ttigte C2R2-Br{\"u}cke (R = Et, Me) besitzen und durch cyclische (Alkyl)(amino)carbene (CAACs) stabilisiert werden. Quantenchemische Berechnungen zeigen, dass haupts{\"a}chlich sterische Effekte f{\"u}r die Ausbildung einer verdrehten Molek{\"u}lanordnung verantwortlich sind, w{\"a}hrend bei geringen sterischen Wechselwirkungen (R = H) die Delokalisationseffekte {\"u}berwiegen, wodurch eine planare Struktur beg{\"u}nstigt wird. Die Bevorzugung einer offenschaligen Singulettkonfiguration anstelle eines Tripletts ist auf den großen Energieunterschied der beiden einfach besetzten Molek{\"u}lorbitale zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Durch die Berechnung der L{\"o}sungsmitteleffekte mithilfe von polarisierbaren Kontinuumsmodellen kann gefolgert werden, dass mit zunehmender statischer Dielektrizit{\"a}tskonstante eine planare und geschlossenschalige Struktur st{\"a}rker stabilisiert wird als eine verdrehte Anordnung. Ein weiteres Thema dieser Dissertation befasst sich mit der quantenchemischen Analyse eines makrozyklischen Perylenbisimid-Trimersystems, welches eingebettet in einer Polymethylmethacrylat-Matrix bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt eine Lokalisierung der ersten drei angeregten Zust{\"a}nde zeigt. Quantenchemische Vakuumberechnungen ergeben, dass unabh{\"a}ngig von der gegenseitigen geometrischen Orientierung der drei Perylenbisimid-Chromophore der {\"U}bergang vom Grundzustand in den S1-Zustand verboten ist und dass die ersten drei angeregten Zust{\"a}nde delokalisiert vorliegen. Mithilfe von expliziten L{\"o}sungsmittelmodellen kann jedoch gezeigt werden, dass das Auftreten dieser Lokalisierungen auf eine inhomogene Polymethylmethacrylat-Umgebung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist, die zu einem Symmetriebruch und somit zu einer Zunahme der Oszillatorst{\"a}rke f{\"u}r S1 und der Lokalisierungsgrade f{\"u}r S1, S2 und S3 f{\"u}hrt. Dar{\"u}ber hinaus wird der L{\"o}sungsmitteleinfluss auf die angeregten Zust{\"a}nde des Azulens mittels impliziter und expliziter L{\"o}sungsmittelmodelle berechnet. Bei einer Erh{\"o}hung der dynamischen Dielektrizit{\"a}tskonstante im impliziten Modell nehmen die Anregungsenergien der vertikalen Singulettzust{\"a}nde ab, wobei der Effekt mit steigender Oszillatorst{\"a}rke zunimmt. Die Auswirkung der statischen Dielektrizit{\"a}tskonstante auf die Anregungsenergien ist dagegen deutlich schw{\"a}cher ausgepr{\"a}gt. Im expliziten Modell bewirkt das L{\"o}sungsmittel ebenfalls eine Abnahme der Anregungsenergie des hellen Singulettzustands, wenn auch in geringerem Umfang als im impliziten Modell. Als letztes Thema wird der Inhibitionsmechanismus der Cysteinprotease Rhodesain durch zwei modifizierte 1,4-Naphthoquinone untersucht. W{\"a}hrend beide Naphthoquinone an der 2-Position eine Dipeptideinheit aufweisen, besitzen sie an der 3-Position entweder einen Nitril- oder Chloridsubstituenten. Zwar erfolgt bei beiden Derivaten die Inhibition {\"u}ber einen kovalent-reversiblen Mechanismus, jedoch verl{\"a}uft die Hemmung im Falle des Nitrilderivats erheblich effektiver. Die quantenchemischen Berechnungen eines vereinfachten Modells zeigen, dass die Cysteineinheit (HS-R) bevorzugt in einer exothermen und reversiblen Additionsreaktion an die elektronenarme C-C-Doppelbindung der Naphthoquinone anlagert. Dabei werden kleinere Reaktionsenergien f{\"u}r die Reaktion des Chlorderivats als f{\"u}r die Reaktion des Nitrilderivats erhalten. Durch die Ber{\"u}cksichtigung von Wasser in einem impliziten L{\"o}sungsmittelmodell kommt es bei fast allen Reaktionsprodukten zu einer Energiezunahme, die bei der Reaktion des Nitrilderivats st{\"a}rker ausf{\"a}llt als bei der Reaktion des Chlorderivats.},
  subject      = {Umgebungseinfluss},
  language  = {de}
}
@article{SaalfrankFantuzziKupferetal.2020,
  author    = {Saalfrank, Christian and Fantuzzi, Felipe and Kupfer, Thomas and Ritschel, Benedikt and Hammond, Kai and Krummenacher, Ivo and Bertermann, R{\"u}diger and Wirthensohn, Raphael and Finze, Maik and Schmid, Paul and Engel, Volker and Engels, Bernd and Braunschweig, Holger},
  title     = {cAAC-Stabilized 9,10-diboraanthracenes—Acenes with Open-Shell Singlet Biradical Ground States},
  series = {Angewandte Chemie International Edition},
  volume    = {59},
  journal   = {Angewandte Chemie International Edition},
  number    = {43},
  doi       = {10.1002/anie.202008206},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-217795},
  pages     = {19338 -- 19343},
  year      = {2020},
  abstract  = {Narrow HOMO-LUMO gaps and high charge-carrier mobilities make larger acenes potentially high-efficient materials for organic electronic applications. The performance of such molecules was shown to significantly increase with increasing number of fused benzene rings. Bulk quantities, however, can only be obtained reliably for acenes up to heptacene. Theoretically, (oligo)acenes and (poly)acenes are predicted to have open-shell singlet biradical and polyradical ground states, respectively, for which experimental evidence is still scarce. We have now been able to dramatically lower the HOMO-LUMO gap of acenes without the necessity of unfavorable elongation of their conjugated π system, by incorporating two boron atoms into the anthracene skeleton. Stabilizing the boron centers with cyclic (alkyl)(amino)carbenes gives neutral 9,10-diboraanthracenes, which are shown to feature disjointed, open-shell singlet biradical ground states.},
  language  = {en}
}
@article{KleinBarthelsJoheetal.2020,
  author    = {Klein, Philipp and Barthels, Fabian and Johe, Patrick and Wagner, Annika and Tenzer, Stefan and Distler, Ute and Le, Thien Anh and Schmid, Paul and Engel, Volker and Engels, Bernd and Hellmich, Ute A. and Opatz, Till and Schirmeister, Tanja},
  title     = {Naphthoquinones as covalent reversible inhibitors of cysteine proteases — studies on inhibition mechanism and kinetics},
  series = {Molecules},
  volume    = {25},
  journal   = {Molecules},
  number    = {9},
  issn      = {1420-3049},
  doi       = {10.3390/molecules25092064},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-203791},
  year      = {2020},
  abstract  = {The facile synthesis and detailed investigation of a class of highly potent protease inhibitors based on 1,4-naphthoquinones with a dipeptidic recognition motif (HN-l-Phe-l-Leu-OR) in the 2-position and an electron-withdrawing group (EWG) in the 3-position is presented. One of the compound representatives, namely the acid with EWG = CN and with R = H proved to be a highly potent rhodesain inhibitor with nanomolar affinity. The respective benzyl ester (R = Bn) was found to be hydrolyzed by the target enzyme itself yielding the free acid. Detailed kinetic and mass spectrometry studies revealed a reversible covalent binding mode. Theoretical calculations with different density functionals (DFT) as well as wavefunction-based approaches were performed to elucidate the mode of action.},
  language  = {en}
}
@article{SaalfrankFantuzziKupferetal.2020,
  author    = {Saalfrank, Christian and Fantuzzi, Felipe and Kupfer, Thomas and Ritschel, Benedikt and Hammond, Kai and Krummenacher, Ivo and Bertermann, R{\"u}diger and Wirthensohn, Raphael and Finze, Maik and Schmid, Paul and Engel, Volker and Engels, Bernd and Braunschweig, Holger},
  title     = {cAAC-stabilisierte 9,10-Diboraanthracene - offenschalige Singulettbiradikale},
  series = {Angewandte Chemie},
  volume    = {132},
  journal   = {Angewandte Chemie},
  number    = {43},
  doi       = {10.1002/ange.202008206},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-218582},
  pages     = {19502 -- 19507},
  year      = {2020},
  abstract  = {Geringe HOMO-LUMO-Abst{\"a}nde und eine hohe Ladungstr{\"a}germobilit{\"a}t pr{\"a}destinieren die h{\"o}heren Acene f{\"u}r Anwendungen im Bereich der Organoelektronik. Die Leistungsf{\"a}higkeit derartiger Verbindungen steigt hierbei dramatisch mit der Anzahl anellierter Benzolringe. Gr{\"o}ßere Acenmengen sind synthetisch bisher jedoch nur f{\"u}r Acene bis Heptacen verl{\"a}sslich zug{\"a}nglich. Theoretischen Studien zufolge besitzen (Oligo)acene offenschalige Singulettbiradikal- und (Poly)acene polyradikalische Grundzust{\"a}nde. Eindeutige experimentelle Belege f{\"u}r diese Vorhersagen sind hingegen {\"a}ußerst selten. Durch den Einbau von zwei Boratomen in das Anthracengrundger{\"u}st konnten wir den HOMO-LUMO-Abstand von Acenen dramatisch verringern und zwar ohne die Notwendigkeit einer Ausweitung des konjugierten π-Systems. Stabilisierung der Borzentren durch cyclische (Alkyl)(amino)carbene lieferte hierbei neutrale 9,10-Diboraanthracene mit disjunkten, offenschaligen Singulettbiradikal-Grundzust{\"a}nden.},
  language  = {en}
}