@phdthesis{Kullmann2013,
  author    = {Kullmann, Martin Armin},
  title     = {Tracing Excited-State Photochemistry by Multidimensional Electronic Spectroscopy},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-81276},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Light-induced excitation of matter proceeds within femtoseconds, resulting in excited states. Originating from these states chemical reaction mechanisms, like isomerization or bond formation, set in. Photophysical mechanisms like energy distribution and excitonic delocalization also occur. Thus, the reaction scheme has to be disentangled by assessing the importance of each process. Spectroscopic methods based on fs laser pulses have emerged as a versatile tool to study these reactions. Within this thesis time-resolved experiments with fs laser pulses on various molecular systems were performed. Novel photosystems, with possible applications ranging from ultrathin molecular wires to molecular switches, were extensively characterized. To resolve the complex kinetics of the investigated systems, time-resolved techniques had to be newly developed. By combining a visible excitation pulse pair with an additional pulse and a continuum probe electronic triggered-exchange two-dimensional spectroscopy (TE2D) was demonstrated for the first time. This goal was accomplished by combining a three-color transient-absorption setup with a pulse shaper. Hence, 2D spectroscopy with a continuum probe was also implemented. Using these methods two different molecular systems in solution were characterized in a comprehensive manner. (ZnTPP)2, a directly beta,beta'-linked Zn-metallated bisporphyrin, and a spiropyran-merocyanine photosystem, 6,8-dinitro BIPS, were characterized. (ZnTPP)2 is a homodimer, featuring strong excitonic effects. These manifest themselves in a twofold splitting of the Soret band (S2). 6,8-Dinitro BIPS exists in one of two possible conformations. The ring closed spiropyran absorbs only in the UV, while the ring open merocyanine also absorbs in the visible. For both molecular systems photodynamics upon illumination were monitored using transient-absorption. However, the obtained results were ambiguous, necessitating more complex methods. In the case of (ZnTPP)2 first the monomeric building block was characterized. There, population transfer from the S2 state into S1 within 2 ps was identified. Afterwards, intersystem crossing proceeds within 2 ns. For (ZnTPP)2 similar pathways were found, albeit the relaxation is faster. The intersystem crossing with 1.5 ns was not only indirectly deduced but directly measured by probing in the NIR spectral range. The excitonic influence of was investigated by coherent 2D spectroscopy in the Soret band. Population transfer within S2 was directly visualized on a time-scale of 100 fs. Calculation of the 2D spectra of a simple homodimer confirmed the results. After this analysis of the distinct excitonic character, this molecule may serve as a building block for larger porphyrin arrays with applications ranging from asymmetric catalysis over biomimicry of electron-transfer to organic optical devices. The second photosystem was the molecular switch 6,8-dinitro BIPS, existing in two conformations. Merocyanine is the more stable form in thermal equilibrium. Transient-absorption measurements uncovered that the sample consisted of a mixture of two merocyanine isomers, referred to as TTC and TTT. However, both isomers are capable of ring-closure forming spiropyran. The remaining excited molecules return to the ground state radiatively. Conducting 2D measurements utilizing a continuum probe the differing photochemistry of both isomers was examined in a single measurement. No isomerization between these conformations was detected. Therefore, 6,8-dinitro BIPS performs a concerted switching without long-living intermediates. This was confirmed by a pump-repump-probe scan. 6,8-DinitroBIPS can be closed by visible and opened by UV pulses using subsequent pulses and vice versa. These mechanisms via singlet pathways satisfy an important criterion for a unimolecular switching device. A second pump-repump-probe experiment showed that the sample is ionized, resulting in a merocyanine radical cation, when the first excited state is resonantly excited. Furthermore, by implementing TE2Dspectroscopy, it was elucidated that only TTC was ionized. Taking all this into account new techniques were developed and complex molecular systems were characterized within this thesis. Deeper insight into the photodynamics of (ZnTPP)2and 6,8-dinitro BIPS was gained by adapting transient absorption for the NIR spectral range, constructing a 2D setup in pump-probe geometry, and combining it with multipulse excitation to coherent TE2D. All techniques solved the questions for which they were constructed, but they are not limited to these cases. Especially TE2D opens new roads in photochemistry. By connecting reactant, product and the corresponding intermediates, a chemical reaction can be tracked through all stages, making unambiguous identification of the reactive states feasible. Thus, fundamental insight into the photochemistry of molecular compounds is gained.},
  subject      = {Femtosekundenspektroskopie},
  language  = {en}
}
@article{AeschlimannBauerBayeretal.2012,
  author    = {Aeschlimann, Martin and Bauer, Michael and Bayer, Daniela and Brixner, Tobias and Cunovic, Stefan and Fischer, Alexander and Melchior, Pascal and Pfeiffer, Walter and Rohmer, Martin and Schneider, Christian and Str{\"u}ber, Christian and Tuchscherer, Philip and Voronine, Dimitri V.},
  title     = {Optimal open-loop near-field control of plasmonic nanostructures},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-75256},
  year      = {2012},
  abstract  = {Optimal open-loop control, i.e. the application of an analytically derived control rule, is demonstrated for nanooptical excitations using polarization-shaped laser pulses. Optimal spatial near-field localization in gold nanoprisms and excitation switching is realized by applying a shift to the relative phase of the two polarization components. The achieved near-field switching confirms theoretical predictions, proves the applicability of predefined control rules in nanooptical light-matter interaction and reveals local mode interference to be an important control mechanism.},
  subject      = {Chemie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Lee2013,
  author    = {Lee, Wook},
  title     = {Computational study on the catalytic mechanism of mtKasA},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-83989},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Das Enzym KasA spielt eine entscheidende Rolle in der Biosynthese von Mykols{\"a}uren, den Bausteinen der Zellw{\"a}nde von Mycobacteriumtuberculosis. Dessen essentielle Notwendigkeit zeigt sich bei Abwesenheit von KasA in einer Zelllyse (Aufl{\"o}sung von Zellen) bei Mycobacteriumtuberculosis. Durch seine Bedeutung f{\"u}r Mycobacteriumtuberculosis, dem Erreger von Tuberkulose und damit der zweith{\"a}ufigsten Todesursache durch Infektionskrankheiten, stellt KasA ein vielversprechendes Ziel f{\"u}r die Entwicklung neuer Medikamente gegen Tuberkulose dar. Durch das Auftreten von extensiv resistenten St{\"a}mmen welche die meisten bekannten Antibiotika zur Bek{\"a}mpfung von Tuberkulose inaktivieren wird es dringend notwendig neue Medikamente gegen Tuberkulose zu entwickeln. In Kapitel 3.1 wird der Protonierungszustand der katalytischen Reste im Ruhezustand untersucht. F{\"u}r diese Untersuchungen wurden Free Energy Perturbation (FEP) Rechnungen und MD Simulationen verwendet. Die Ergebnisse zeigten, dass der zwitterionische Zustand am wahrscheinlichsten ist. Um diese Aussage mit weiteren handfesten Daten zu untermauern wurden Potential(hyper)fl{\"a}chen (PES) f{\"u}r den Protonentransfer zwischen neutralen und zwitterionischen Zustand mit Hilfe von QM/MM Methoden berechnet. Durch die starke Abh{\"a}ngigkeit der QM/MM Optimierung von der Ausgangsstruktur war es nicht m{\"o}glich konsistente Ergebnisse f{\"u}r diese Berechnungen zu bekommen. Um dieses Problem zu umgehen wurde ein auf QM/MM basierendes Umbrella Sampling mit Semiempirischen Methoden (RM1) durchgef{\"u}hrt. Die sich daraus ergebende PMF Fl{\"a}che zeigt das der zwitterionische Zustand stabiler ist als der neutrale Zustand. In Kapitel 3.2 wurde der Protonierungszustand der entsprechenden Reste im Acyl-Enzym Zustand untersucht. Im Unterschied zu anderen katalytischen Resten ist der Protonierungszustand von His311 ist nicht eindeutig im Acyl-Enzym Zustand und es ergeben sich aus den verschiedenen Protonierungszust{\"a}nden verschiedene Decarboxylierungsmechanismen. Um den wahrscheinlichsten Protonierungszustand bez{\"u}glich der freien Energie zu bestimmen wurden FEP Rechnungen durchgef{\"u}hrt. Die Ergebnisse zeigen, dass der pKa Wert an Nδ betr{\"a}chtlich durch die Enzymumgebung verringert wird, w{\"a}hrend dies f{\"u}r Nε nicht der Fall ist. Zus{\"a}tzlich dazu wurden die PMF Profile f{\"u}r den Protonentransfer zwischen Lys340 und Glu354 mit der QM/MM basierten Umbrella Sampling Methode berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass das Lys340/Glu354 Paar eher neutral als ionisch ist, wenn His311 an Nε protoniert ist. Ein relativ hoher ionischer Charakter des Lys340/Glu354 Paares, wenn His311 doppelt protoniert ist, gibt einen wertvollen Einblick in die Rolle welche das Lys340/Glu354 Paar beim verschieben des Protonierungszustandes von Nδ zu Nε im His311 nach dem Acyltransferschritt spielt. Die Ergebnisse zeigen, dass His311 neutral und an Nε protoniert ist. Ebenso ist das Lys340/Glu354 Paar neutral im Acyl-Enzym Zustand. Diese berechneten Ergebnisse f{\"u}hren zu dem Schluss, dass die Decarboxylierung durch ein Oxyanion Loch erleichtert wird welches aus zwei katalytischen Histidin Resten besteht. In Kapitel 3.3 wurde der Protonierungszustand der katalytischen Reste im Ruhezustand erneut untersucht da eine aktuelle Benchmarkstudie zeigte, dass die verwendete Semiempirische Methode (RM1) in Kapitel 3.1 dazu tendiert die Stabilisation des zwitterionischen Zustandes zu {\"u}bersch{\"a}tzen. Auch wurde in Kapitel 3.1 das Lys340/Glu354 Paar als rein ionisch angesehen, w{\"a}hrend sich in Kapitel 3.2 herausstellte, dass es sich um eine Mischung aus neutralen und ionischen Charakter handelt. Die neuen Untersuchungen beinhalten eine gr{\"o}ßere QM Region inklusive des Lys340/Glu354 Paares. Der daf{\"u}r verwendete BLYP/6-31G** Ansatz ist ausreichend akkurat f{\"u}r die aktuelle Fragestellung, was durch Vergleichsrechnungen bewiesen wurde. Die neuen Ergebnisse der QM/MM MD und FEP Rechnungen deuten an, dass die katalytischen Reste im Ruhezustand h{\"o}chst wahrscheinlich neutral vorliegen. Dies wiederum f{\"u}hrt zu der Frage wie KasA aktiviert werden kann um die katalytische Reaktion zu initiieren. Auf der Basis der Ergebnisse der MD Simulationen und FEP Rechnungen f{\"u}r den His311Ala Mutanten in Kapitel 3.1 stellten wir die Hypothese auf, dass die offene Konformation von Phe404 die Aktivierung der katalytischen Reste durch die (Aus)bildung einer starken Wasserstoffbindung einleitet. Die QM/MM MD Simulation best{\"a}tigt dass diese Aktivierung der katalytischen Reste durch die offene Konformation des Phe404 bewerkstelligt werden kann. Das entsprechende auf Kraftfeld basierende PMF Profil zeigt auch, dass dieser Konformationswechsel energetisch realisierbar ist. Die Verteilung der hydrophilen und hydrophoben Reste in der Malonyl Bindungstasche in Verbindung mit unseren berechneten Ergebnissen geben einen Einblick in den detaillierten},
  subject      = {Tuberkelbakterium},
  language  = {en}
}
@article{ReisererHuangHechtetal.2010,
  author    = {Reiserer, Andreas A. and Huang, Jer-Shing and Hecht, Bert and Brixner, Tobias},
  title     = {Subwavelength broadband splitters and switches for femtosecond plasmonic signals},
  series = {Optics Express},
  journal   = {Optics Express},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85889},
  year      = {2010},
  abstract  = {Numerical simulations and an analytic approach based on transmission line theory are used to design splitters for nano-plasmonic signal processing that allow to arbitrarily adjust the ratio of transmission from an input into two different output arms. By adjusting the geometrical parameters of the structure, either a high bandwidth or a sharp transmission resonance is obtained. Switching between the two arms can be achieved by modulating the effective refractive index of the waveguide. Employing the instantaneous Kerr effect, switching rates in the THz regime are potentially feasible. The suggested devices are of interest for future applications in nanoplasmonic information processing.},
  language  = {en}
}
@article{EngelAlbertSchubert2013,
  author    = {Engel, Volker and Albert, Julian and Schubert, Alexander},
  title     = {Two-dimensional vibronic spectroscopy of molecular predissociation},
  series = {New Journal of Physics},
  journal   = {New Journal of Physics},
  doi       = {10.1088/1367-2630/15/2/025008},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-96199},
  year      = {2013},
  abstract  = {We calculate two-dimensional (2D) spectra reflecting the time-dependent electronic predissociation of a diatomic molecule. The laser-excited electronic state is coupled non-adiabatically to a fragment channel, leading to the decay of the prepared quasi-bound states. This decay can be monitored by the three-pulse configuration employed in optical 2D spectroscopy. It is shown that in this way it is possible to state-selectively characterize the time-dependent population of resonance states with different lifetimes. A model of the NaI molecule serves as a numerical example.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Rudolf2014,
  author    = {Rudolf, Philipp Benjamin},
  title     = {Uncovering photoinduced chemical reaction pathways in the liquid phase with ultrafast vibrational spectroscopy},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-96200},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {The experimental technique predominantly employed within the scope of this Thesis constitutes one subarea of femtochemistry: the time-resolved spectroscopy of photoin- duced chemical reactions in the liquid phase by means of molecular signatures in the mid-infrared (MIR) spectral range. Probing transient vibrational states, i.e., dynamic changes in the vibrational motion of speci� c molecular subunits or functional Groups allows for a distinct separation and assignment of measured signals to emerging molecular species. For this purpose, one key building block is indispensable, which most of the investigations carried out within the � eld of femtochemistry have in common: a coherent light source delivering ultrashort laser pulses with a temporal duration that matches the femtosecond time scale on which molecular motions typically occur. This instrumentation enables the observation of photoinduced chemical reactions from the starting point|the excitation event to the appearance of intermediates to the nal formation of stable photoproducts after several pico- or nanoseconds. This work comprises the acquisition and presentation of time-resolved spectroscopic data related to promising molecular systems upon photoexcitation as well as the im- plementation and testing of experimental optical techniques both for the presented experiments but as well for experiments conceivable in the future. In addition, linear spectroscopy measurements and quantum-chemical simulations on the emerging chemical species have been carried out. In so doing, the primary processes and subse- quently emerging reaction products of two compounds on a timescale of several nanoseconds after photoexcitation have been elucidated in great detail. Both compounds, the [Mn(CO)3(tpm)]+ (tpm = tris(2-pyrazolyl)methane) CO-releasing molecule (CORM) and the 5-diazo Meldrum's acid (DMA), are of academic interest but in addition belong to molecular classes that might be utilized in the near future as dark-stable prodrugs under physiological conditions or that are already utilized in industrial chemistry procedures, respectively. The � ndings of both studies gave rise to implement and examine two techniques for prospective transient absorption experiments, namely the shaping and characterization of ultraviolet (UV) laser pulses and the recording of two-photon excitation spectra. Beyond that, since each of the depicted experiments is based on the detection of weak transient absorption signals in the MIR spectral region, two dif- ferent detection schemes, via chirped-pulse upconversion (CPU) on the one hand and via direct multichannel MCT detection on the other hand, have been juxtaposed at the conclusion of this work. Since both techniques are suitable in femtosecond pump-probe measurements but thereby exhibit individual strengths and weaknesses, a comparative study provides clari� cation of the respective pros and cons. The � first study introduced within this work investigates the complex photochemistry of DMA, a photoactive compound used in lithography and industrial chemistry. By femtosecond MIR transient absorption spectroscopy covering several nanoseconds, the light-induced dynamics and ultrafast formation of several photoproducts from the manifold of reaction pathways have been disclosed to form a coherent picture of the overall reaction scheme. After UV excitation of DMA dissolved in methanol to the second excited state S2, 70\% of excited molecules relax back to the S0 ground state. In compet- ing processes, they can either undergo an intramolecular Wolff rearrangement to form ketene, which reacts with a solvent molecule to an enol intermediate and further to carboxylate ester, or they � rst relax to the DMA S1 state, from where they can isomerize to a diazirine. The third competing reaction channel, having the lowest quantum efficiency with respect to the � rst two channels, is the formation of a singlet carbene out of the S1 state. From there an ylide can arise or, via an intersystem crossing, the triplet form of the carbene follows. Whereas the primary reaction steps occur on a picosecond timescale, the subsequently arising intermediates and stable photoproducts are formed within a few hundreds to thousands of picoseconds. For a reliable identi� cation of the involved compounds, density functional theory calculations on the normal modes and Fourier-transform infrared spectroscopy of the reactant and the photoproducts in the chemical equilibrium accompany the analysis of the transient spectra. Additional experiments in ethanol and isopropanol led to slight spectral shifts as well as elongated time constants due to steric hindrance in transient spectra connected with the ester Formation channel, further substantiating the assignment of the occurring reaction pathways and photoproducts. The study demonstrated that the combination of linear and time-resolved spectroscopic measurements in conjunction with quantum-chemical calculations constitutes a powerful tool to unravel even highly complex photoreactions exhibiting multiple consecutive intermediate states within parallel reaction pathways. Although some of the individual reaction steps, for example the ketene formation via Wolff rearrangement, have been observed on ultrashort time scales before, this work encompassed the Observation of the whole set of appearing photoproducts of DMA in different alcohol solutions within several nanoseconds. In this sense, the ultrafast photochemistry of DMA represents a prototype example for a multisequential reaction scheme, elucidated by the capabilities of femtosecond MIR spectroscopy. With a modi� fied instrumentation concerning amongst others the system delivering the fundamental laser pulses or the generation of the UV pump pulses, the next ob- jective within this work was to elucidate the primary processes upon UV Irradiation of a manganese tricarbonyl CORM in aqueous environment. The time-resolved experiment was performed with two different pump wavelengths and furthermore supported by linear spectroscopy methods and time-dependent density functional theory (TDDFT) calculations on the excited states as well as DFT calculations on the ground states. The measurements revealed that irradiating the compound with UV excitation pulses primarily leads to ultrafast photolysis of one CO ligand. Geminate recombination may occur within one picosecond but it remains a minor process as the photolyzed CO group is liberated and the unoccupied coordination site is predominantly fi� lled by an incoming solvent molecule. There was no evidence for hot CO bands, i.e., the remaining CO ligands|in the dicarbonyl photoproduct as well as in the intact CORM are not vibrationally excited through the UV excitation of the CORM. According to this, the excess energy merges into low-frequency vibrational modes associated with the molecule as a whole. Since studies on a macroscopic scale at irradiation times of several minutes prove that UV irradiation eventually leads to the release of two or even all three CO ligands, further loss of CO most likely necessitates manganese oxidation or another interaction with light. To clarify the latter, a consecutive UV pulse was employed in order to excite the photoproducts subsequent to the initial pump interaction. However, the data obtained was not instructive enough to de� nitely exclude the manganese oxidation being responsible for the loss of further CO groups. Besides the exchange of a CO Group by a solvent molecule or the geminate recombination, the employment of two different excitation wavelengths in combination with � ndings derived from the TDDFT calculations suggested another reaction process, namely the possibility that the excitation does not lead to any bond cleavage at all. As the CORM under investigation is tissue-selective and cytotoxic against cancer cells, knowledge of these � rst photoinduced reaction steps is essential for a full understanding of its biological activity. Inspired by these two studies, experimental techniques for prospective transient absorption measurements have been implemented and tested within preparative measure- ments. First, in the course of a UV-pump-MIR-probe experiment with speci� cally tailored excitation pulses, one could pursue the aim of coherently controlling the outcome of a photoreaction in the liquid phase. Out of the rich photochemistry of DMA the vibrational signature of a particular molecular species might thereby serve as a feedback signal, which is a central part of a learning loop that adaptively determines the pulse shape that steers the quantum mechanical system upon photoexcitation into a desired direction. This motivated the installation and testing of devices by means of which the shaping and characterization of ultrashort laser pulses in the UV could be performed. Second, motivated by the biological applications of CORMs, one can imagine a scenario where a certain amount of CORMs is deposited inside cancerous tissue. Since the activation of CO loss by means of UV pulses is not possible due to the absorption characteristics of biological tissue, the simultaneous excitation via two photons from the visible spectral regime seems appealing. However, success or failure of such an application depends on whether the deposited compound efficiently absorbs two photons simultaneously, i.e., whether the two-photon absorption cross section is large enough. Therefore, a setup to record two-photon excitation spectra under full consideration of the crucial laser pulse parameters like the pulse duration, energy and central wavelength was arranged and tested. The � rst results were obtained with a commercially available reference system (Mn2CO10) but the setup as well as the described measurement and data analysis procedure can easily be applied to record the two-photon absorption cross section of more promising molecular systems. Third, as the detection of probe pulses in the MIR spectral region is part of each time-resolved measurement throughout this thesis, a comparison between the newly established technique of CPU and direct multi- channel MCT detection is presented by means of pump{probe experiments on Mn2CO10 and Co4CO12 with a 1 kHz shot-to-shot data acquisition. It was shown that the CPU detection technique scores with its high spectral resolution and coverage of the easy-to-handle and more cost-effective CCD detectors. On the other hand, in the course of the additional nonlinear upconversion process intensity fluctuations of the chirped fundamental pulses are transferred to the probe spectrum in the visible regime. This entails a lower signal-to-noise ratio than the direct MCT detection, which can be compensated by an additional normalization procedure applied to the CPU probe pulses. As a consequence, the CPU detection scheme offers more flexibility for future investigations employing MIR probe pulses. This is of great importance for many applications within the presented � eld of femtochemistry as a huge variety of time-resolved investigations on a multitude of systems in the liquid phase is based on the detection of weak transient absorption signals in the MIR spectral region.},
  subject      = {Ultrakurzzeitspektroskopie},
  language  = {en}
}
@article{BrixnerKochKullmannetal.2013,
  author    = {Brixner, Tobias and Koch, Federico and Kullmann, Martin and Selig, Ulrike and Nuernberger, Patrick and G{\"o}tz, Daniel C. G. and Bringmann, Gerhard},
  title     = {Coherent two-dimensional electronic spectroscopy in the Soret band of a chiral porphyrin dimer},
  series = {New Journal of Physics},
  journal   = {New Journal of Physics},
  doi       = {10.1088/1367-2630/15/2/025006},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-96139},
  year      = {2013},
  abstract  = {Using coherent two-dimensional (2D) electronic spectroscopy in fully noncollinear geometry, we observe the excitonic coupling of β,β'-linked bis[tetraphenylporphyrinato-zinc(II)] on an ultrafast timescale in the excited state. The results for two states in the Soret band originating from an excitonic splitting are explained by population transfer with approximately 100 fs from the energetically higher to the lower excitonic state. This interpretation is consistent with exemplary calculations of 2D spectra for a model four-level system with coupling.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Rewitz2014,
  author    = {Rewitz, Christian},
  title     = {Far-Field Characterization and Control of Propagating Ultrashort Optical Near Fields},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-94887},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2014},
  abstract  = {In this work, femtosecond laser pulses are used to launch optical excitations on different nanostructures. The excitations are confined below the diffraction limit and propagate along the nanostructures. Fundamental properties of these ultrashort optical near fields are determined by characterizing the far-field emission after propagation with a setup developed for this task. Furthermore, control of the nanooptical excitations' spatial and temporal evolution is demonstrated for a designed nanostructure.},
  subject      = {Nahfeldoptik},
  language  = {en}
}
@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}
}
@phdthesis{Kunkel2022,
  author    = {Kunkel, Pascal Gerhard},
  title     = {Nahinfrarot-Ultrakurzzeitspektroskopie an einwandigen Kohlenstoffnanor{\"o}hren in dotierten D{\"u}nnfilmen und Polymermatrizen},
  doi       = {10.25972/OPUS-26900},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-269004},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Nanor{\"o}hren, die auf dem Element Kohlenstoff basieren, besitzen ein großes Potential f{\"u}r ihre Anwendung als neuartige und nachhaltige Materialien im Bereich der Optoelektronik und weiteren zukunftsweisenden Technologiefeldern. Um jedoch hierf{\"u}r genutzt werden zu k{\"o}nnen, ist ein tiefgreifendes Kenntnis {\"u}ber ihre außergew{\"o}hnlichen photophysikalischen Eigenschaften notwendig. Kohlenstoffnanor{\"o}hren sind als eindimensionale Halbleiter sehr vielseitige Materialien. Jedoch ist der Zusammenhang zwischen ihrer Eignung als Halbleiter und der daf{\"u}r notwendigen Dotierung nur sehr unzureichend verstanden. Die Ziele der vorliegenden Dissertation waren deshalb, ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis der photophysikalischen Energietransferprozesse in Nanor{\"o}hren zu erlangen und den Einfluss von gezielten Dotierungen auf diese Prozesse im Hinblick auf ihre Eigenschaften als eindimensionale Halbleiter detailliert zu untersuchen. Die Grundlage f{\"u}r die Experimente bildeten verschiedene Filme aus einwandigen (6,5)-Kohlenstoffnanor{\"o}hren, die durch ein Polyfluoren-Copolymer in einer organischen L{\"o}sungsmittelumgebung isoliert wurden. Mit Hilfe der Ultrakurzzeitspektroskopie wurden die auf einer schnellen (ps-ns) Zeitskala ablaufenden photophysikalischen Prozesse an diesen Filmen unter verschiedenen Bedingungen untersucht und analysiert. In Kapitel 4 wurde der generelle Energietransfer der Kohlenstoffnanor{\"o}hren in Polymermatrizen im Detail studiert. Hierbei wurden durch Simulationen theoretische dreidimensionale Verteilungen von Kohlenstoffnanor{\"o}hren erzeugt und die nach einem Energietransfer vorliegenden Polarisationsanisotropien berechnet. Verschiedene Berechnungsans{\"a}tze ergaben, dass die Nanorohrdichte ϱSWCNT f{\"u}r ein Massen{\"u}berschuss X der Matrix nahezu unabh{\"a}ngig von dem R{\"o}hrenvolumen war und durch ϱSWCNT = X-1 · 40 000 μm-1 angen{\"a}hert werden konnte. Die Simulationen lieferten von der R{\"o}hrendichte abh{\"a}ngige Gaußverteilungen der zwischen den Nanor{\"o}hren vorliegenden Abst{\"a}nden. Aus den Verteilungen konnte weiterhin der Anteil an R{\"o}hren bestimmt werden, die f{\"u}r einen Energietransfer zur Verf{\"u}gung stehen. Weitere Simulationen von Nanorohrverteilungen lieferten die Polarisationsanisotropie in Abh{\"a}ngigkeit von der Anzahl an durchgef{\"u}hrten Energietransferschritten. Die Ergebnisse aus den Simulationen wurden zur Interpretation der Ultrakurzzeitmessungen angewandt. Hierbei wurden durch die Variation der Polymermatrix die zwischen den Nanor{\"o}hren vorliegenden Abst{\"a}nde ver{\"a}ndert und damit die Art und Intensit{\"a}t des Energietransfers kontrolliert. In Messungen der transienten Anisotropie zeigte sich, dass ein Exziton nach seiner Erzeugung zwei depolarisierende Energietransferschritte durchf{\"u}hrte. Die Zerfallsdynamiken des Exzitons gaben auch klare Hinweise auf weitere nicht depolarisierende Energietransferprozesse, die durch parallel zueinander stehende {\"U}bergangsdipolmomente erm{\"o}glicht wurden. Eine Erkl{\"a}rung f{\"u}r dieses Verhalten lieferte die faserige Struktur der Filme, die sich in Aufnahmen durch das Elektronenmikroskop zeigte. Das Kapitel 5 besch{\"a}ftigte sich mit dem Aufbau eines transienten Nahinfrarotspektrometers und den n{\"o}tigen experimentellen Umbauten zur Messung der transienten Absorption f{\"u}r energiearme Signale im Spektralbereich unterhalb von 1.4 eV. Hierzu wurde die Weißlichterzeugung f{\"u}r die Verwendung von Calciumfluorid umgebaut. Das erzeugte Weißlicht wurde in das aufgebaute Prismenspektrometer eingekoppelt, um es weitestgehend linear auf einer Energieskala zu dispergieren. Auf diese Weise wurden energiearme Spektralkomponenten nicht auf unverh{\"a}ltnism{\"a}ßig viele Pixel verteilt und konnten mit ausreichender Intensit{\"a}t detektiert werden. Die Lichtdetektion erfolgte mittels zweier Detektorzeilen aus Indiumgalliumarsenid, die das transiente Signal durch eine direkte Referenzierung stabilisierten. Weiterhin wurde in diesem Kapitel die Justage und die programmierte Ansteuerung des Systems detailliert beschrieben. Hierbei wurde auf die Justage der Einkopplung per Freistrahl, die Kalibrierung mittels Bandpassspektren sowie auf die Aufnahme von Weißlichtspektren und transienten Karten detailliert eingegangen. An Nanorohrdispersionen durchgef{\"u}hrten Testmessungen zeigten, dass das transiente Nahinfrarotspektrometer mit direkter Signalreferenzierung einwandfrei funktionierte und daher den beobachtbaren Spektralbereich auf den Bereich von Energien bis unterhalb von 1 eV erweiterte. Damit erm{\"o}glichte der Aufbau einen Zugang zu der Beobachtung gr{\"o}ßerer Nanorohrchiralit{\"a}ten sowie zu der Untersuchung von energiearmen, spektralen Signaturen von Nanorohrdefekten. In Kapitel 6 wurde das transiente Nahinfrarotspektrometer genutzt, um das zeitabh{\"a}ngige Verhalten von redoxchemisch p-dotierten Nanor{\"o}hren zu charakterisieren und quantitativ zu beschreiben. Hierzu wurden die spektralen Eigenschaften von SWCNT-D{\"u}nnfilmen als Funktion eines steigenden Dotierungsgrades durch die Messungen der transienten und linearen Absorption studiert. In der linearen Absorption im Bereich von 0.9 - 2.5 eV vereinfachte sich das Spektrum mit ansteigender Dotierung stark und verlor vor allem im Bereich des ersten Subbandes deutlich an Oszillatorst{\"a}rke. Bei starker Dotierung verschwanden die Signalbeitr{\"a}ge von X1 und der Phononenseitenbande. Weiterhin bleichte auch die bei mittleren Dotierungsgraden auftauchende Trionenabsorption aus und ging in die breite Absorptionsbande der H-Bande {\"u}ber. Das Erscheinen und Verschwinden der trionischen sowie exzitonischen Absorption war ebenfalls in der transienten Absorption durch zeitgleich auftretende/verschwindende Photobleichsignale zu erkennen. Sowohl der Zerfall des exzitonischen PB-Signals wie auch des Trions beschleunigte sich mit einer steigenden Dotierung. Die Zerfallszeit des Exzitons im undotierten Film betrug 6.87 ps und verk{\"u}rzte sich auf 0.732 ps bei h{\"o}heren Dotierungsgraden. Die Zerfallszeit des Photobleichens des Trions reduzierte sich von 2.02 ps auf 0.440 ps. Auffallend war hierbei, dass das Trion im Vergleich zu dem Exziton exponentiell zerfiel und damit auf eine Lokalisierung dieses Zustandes hinweist. Bei h{\"o}heren Dotierungsmittelkonzentrationen tauchte in der transienten Absorption ein neuer Signalbeitrag auf. Die Existenz dieses Signals konnte auf die H-Bande zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden und k{\"o}nnte auf einer Verschiebung des linearen Absorptionsspektrums aufgrund einer Renormalisierung der Bandl{\"u}cke oder der S{\"a}ttigung von Ladungstr{\"a}gern beruhen. Das Signal zeigte eine klare Abh{\"a}ngigkeit vom Dotierungsgrad des Nanorohrfilmes. So wies es eine hypsochrome Verschiebung auf, wurde spektral breiter und seine Zerfallsdauer reduzierte sich von 1.62 ps auf 0.520 ps mit steigendem Dotierungsgrad.},
  subject      = {Einwandige Kohlenstoff-Nanor{\"o}hre},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Voelckel2022,
  author    = {Voelckel, Markus},
  title     = {Zeitaufgel{\"o}ste Spektroskopie von nanoskaligen Halbleitern und Pyrenderivaten},
  doi       = {10.25972/OPUS-27611},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-276119},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Um den jahrtausendealten Weg der Menschheit vom Papyrus {\"u}ber Buchdruck und siliziumbasierte Halbleiter in Richtung noch leistungsf{\"a}higerer Technologien zu gehen und weiterhin Heureka-Momente zu schaffen, bieten Kohlenstoffnanor{\"o}hren ein weites Forschungsfeld. Besonders die halbleitenden Charakteristika von SWNTs sowie die Manipulation dieser durch Dotierung bergen viele M{\"o}glichkeiten f{\"u}r zuk{\"u}nftige Anwendungen in moderner Elektrotechnologie. Der Weg zu einer industriellen Implementierung von SWNTs in neuartigen optoelektronischen Bauteilen ließe sich durch eine Ausweitung des Wissens bez{\"u}glich SWNTs und der dotierungsbasierten Anpassung ihrer Eigenschaften ebnen. Mit dieser Erkenntniserweiterung als Zielsetzung wurden im Rahmen dieser Dissertation halbleitende, einwandige (6,5)-Kohlenstoffnanor{\"o}hren als chiralit{\"a}tsreine, polymerstabilisierte Proben untersucht. Die ultrakurzzeitaufgel{\"o}ste Spektroskopie der SWNTs erfolgte an organischen Suspensionen wie auch D{\"u}nnschichtfilmen, die je mittels eines gewissen Quantums an Gold(III)-chlorid dotiert worden waren. So konnten die ablaufenden Dynamiken auf einer ps-Zeitskala untersucht werden. In Kapitel 4 konnte mittels transienter Absorptionsexperimente an redoxchemisch p-dotierter SWNT-Suspensionen zun{\"a}chst gezeigt werden, dass sich die bei optischer Anregung gebildeten Trionen nicht analog zu Exzitonen diffusiv entlang der Nanor{\"o}hre bewegen, sondern lokalisiert vorliegen. Die l{\"a}ngere trionischen Zerfallsdauer nach X\$_1\$- verglichen mit X\$_1^+\$-resonanter Anregung zeugt außerdem davon, dass das Trion aus dem Exziton gespeist wird. Der Einfluss der Dotierung auf die Zerfallsdynamiken von X\$_1\$ und X\$_1^+\$ wurde an SWNT-D{\"u}nnschichtfilmen untersucht. Das Photobleichsignal des Exzitons verschiebt hypsochrom und zerf{\"a}llt schneller mit zunehmender Ladungstr{\"a}gerdichte durch h{\"o}herer Gold(III)-chloridkonzentrationen. Dies resultiert aus dem verringerten Abstand zwischen den Ladungstr{\"a}gern, welche als nichtstrahlende L{\"o}schstellen fungieren. F{\"u}r das X\$_1^+\$-PB ist ein {\"a}hnliches Verhalten zu beobachten. Dabei wird dieses Signal mit weiter steigender Dotierung von einer der H-Bande zuzuordnenden Photoabsorption {\"u}berlagert. Diese l{\"a}sst sich in einer starken S{\"a}ttigung der Dotierung wie auch einer hohen Bandkantenverschiebung begr{\"u}nden. In Kapitel 5 wurde die Gr{\"o}ße der Exzitonen und Trionen in dotierten SWNT-D{\"u}nnschichtfilmen mittels des Phasenraumf{\"u}llmodells bestimmt. Dabei lag besonderes Augenmerk auf der Kompensation des PB/PA-{\"U}berlapps, dem schnellen Zerfall, einem Ausgleich von Differenzen zwischen Anrege- und Absorptionsspektrum sowie dem Anteil intrinsischer/dotierter Nanorohrsegmente, um korrigierte Gr{\"o}ßen \$\xi_\mathrm{k}\$ zu erhalten. F{\"u}r die Trionengr{\"o}ße wurde zus{\"a}tzlich der {\"U}berlapp der Absorptionsbanden einbezogen, um korrigierte Werte \$\xi_{\mathrm{T,k}}\$ zu bestimmen. \$\xi_\mathrm{k}\$ betr{\"a}gt in der intrinsischen Form 6\$\pm\$2\,nm und bleibt bis zu einer Ladungstr{\"a}gerdichte \$n_{\mathrm{LT}}<0.10\$\,nm\$^{-1}\$ etwa gleich, anschließend ist ein Absinken bis auf etwa 4\,nm bei \$n_{\mathrm{LT}}\approx0.20\$\,nm\$^{-1}\$ zu beobachten. F{\"u}r diesen Trend ist die {\"U}berlagerung von Exziton- und H-Bande verantwortlich, da so der Faktor zur Bestimmung des Anteils intrinsischer Nanorohrsegmente an der SWNT verf{\"a}lscht wird. Die Abweichung der intrinsischen Gr{\"o}ße von den in der Literatur berichteten 13\$\pm\$3\,nm ist m{\"o}glicherweise auf Unterschiede in der Probenpr{\"a}paration zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. F{\"u}r die Trionengr{\"o}ße ergibt sich bei steigender Dotierung ein {\"a}hnliches Verhalten: Sie betr{\"a}gt f{\"u}r \$n_{\mathrm{LT}}<0.20\$\,nm\$^{-1}\$ 1.83\$\pm\$0.47\,nm, was in der Gr{\"o}ßenordnung in guter {\"U}bereinstimmung mit der Literatur ist. F{\"u}r h{\"o}here Dotierungen sinkt \$\xi_{\mathrm{T,k}}\$ bis auf 0.92\$\pm\$0.26nm ab. Dies erkl{\"a}rt sich dadurch, dass bei h{\"o}herer \$n_{\mathrm{LT}}\$ die H-Bande das Spektrum dominiert, sodass der Einfluss der Absorptionsbanden{\"u}berlagerung nicht mehr vollst{\"a}ndig durch den entsprechenden Korrekturfaktor kompensiert werden kann. Kapitel 6 besch{\"a}ftigte sich anstelle redoxchemischer Dotierung der nanoskaligen Halbleiter mit der (spektro-)elektrochemischen Untersuchung von Vorl{\"a}ufern molekularer Radikale. SWV-Messungen weisen dabei darauf hin, dass die Pyrene Pyr1-Pyr3 entsprechend der Anzahl ihrer Substituenten bei Reduktion Mono-, Bi- beziehungsweise Tetraradikale bilden. Die strukturelle {\"A}hnlichkeit der Molek{\"u}le {\"a}ußert sich in gleichen Reduktionspotentialen wie auch {\"a}hnlichen potentialabh{\"a}ngigen Absorptionsspektren. W{\"a}hrend nur marginale Unterschiede in den PL-Spektren der neutralen und reduzierten Spezies festgestellt werden konnte, lieferte das zeitkorrelierte Einzelphotonenz{\"a}hlen aufschlussreichere Ergebnisse: So wird die Fluoreszenzlebensdauer stark von der Polarit{\"a}t der Umgegbung beeinflusst - bereits die Zugabe des Leitsalzes f{\"u}hrt hier zu {\"A}nderungen. Die durchschnittliche Fluoreszenzlebensdauer \$\tau_{\mathrm{av}}\$ sinkt außerdem mit Reduktion und Radikalbildung; f{\"u}r h{\"o}here Emissionswellenl{\"a}ngen ist \$\tau_{\mathrm{av}}\$ außerdem h{\"o}her. Insgesamt verdeutlichten die Experimente die gute Abschirmung zwischen Pyrenkern und Naphthalimidsubstituenten der Molek{\"u}le sowie die Sensibilit{\"a}t gegen{\"u}ber dem Medium durch TICT, das Vorhandensein von Bi- und Tetraradikalen kann allerdings nicht vollst{\"a}ndig belegt werden, wof{\"u}r EPR-Messugen notwendig w{\"a}ren.},
  subject      = {Dotierung},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kaiser2022,
  author    = {Kaiser, Dustin},
  title     = {Non-standard computational approaches applied to molecular systems},
  doi       = {10.25972/OPUS-27664},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-276641},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {In this thesis, several contributions to the understanding and modeling of chemical phenomena using computational approaches are presented. These investigations are characterized by the usage of non-standard computational modeling techniques, which is necessitated by the complex nature of the electronic structure or atomic fluctuations of the target molecules. Multiple biradical-type molecules and their spectroscopic properties were modeled. In the course of the investigation, it is found that especially the impact of correct molecular geometries on the computationally predicted absorption properties may be critical. In order to find the correct minimum geometries, Multi-Reference methods may have to be invoked. The impact of geometry relaxation on the excitonic properties of Perylene Bisimide dimers were investigated. Oftentimes, these geometry factors are neglected in Organic Semiconductor modeling as an approximation. This present investigation suggests that this approximation is not always valid, as certain regimes are identified where geometrical parameters have critical impact on the localization and energetic properties of excitons. The mechanism of the Triazolinedione (TAD) tyrosine bioconjugation reaction is investigated using quantum-chemical methods. By comparison of different conceivable mechanisms and their energetic ordering, the TAD tyrosine bioconjugation is found to proceed by means of a base-mediated electrophilic aromatic substitution reaction. The kth nearest neighbor entropy estimation protocol is investigated. This estimator promises accurate entropy estimates even for flexible molecules with multiple structural minima. Our granular investigation of formal and practical properties of the estimator suggests that the uneven variance of a molecule's vibrational modes is the cause of the observed slow convergence of the estimator. A rescaling procedure to reestablish fast convergence is suggested and benchmarks are performed.},
  subject      = {Quantenchemie},
  language  = {en}
}
@article{SawatzkyDrakopoulosRoelzetal.2016,
  author    = {Sawatzky, Edgar and Drakopoulos, Antonios and R{\"o}lz, Martin and Sotriffer, Christoph and Engels, Bernd and Decker, Michael},
  title     = {Experimental and theoretical investigations into the stability of cyclic aminals},
  series = {Beilstein Journal of Organic Chemistry},
  volume    = {12},
  journal   = {Beilstein Journal of Organic Chemistry},
  doi       = {10.3762/bjoc.12.221},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-160976},
  pages     = {2280-2292},
  year      = {2016},
  abstract  = {Background: Cyclic aminals are core features of natural products, drug molecules and important synthetic intermediates. Despite their relevance, systematic investigations into their stability towards hydrolysis depending on the pH value are lacking. Results: A set of cyclic aminals was synthesized and their stability quantified by kinetic measurements. Steric and electronic effects were investigated by choosing appropriate groups. Both molecular mechanics (MM) and density functional theory (DFT) based studies were applied to support and explain the results obtained. Rapid decomposition is observed in acidic aqueous media for all cyclic aminals which occurs as a reversible reaction. Electronic effects do not seem relevant with regard to stability, but the magnitude of the conformational energy of the ring system and pK a values of the N-3 nitrogen atom. Conclusion: Cyclic aminals are stable compounds when not exposed to acidic media and their stability is mainly dependent on the conformational energy of the ring system. Therefore, for the preparation and work-up of these valuable synthetic intermediates and natural products, appropriate conditions have to be chosen and for application as drug molecules their sensitivity towards hydrolysis has to be taken into account.},
  language  = {en}
}
@article{BoehnkeDellermannCeliketal.2018,
  author    = {B{\"o}hnke, Julian and Dellermann, Theresa and Celik, Mehmet Ali and Krummenacher, Ivo and Dewhurst, Rian D. and Demeshko, Serhiy and Ewing, William C. and Hammond, Kai and Heß, Merlin and Bill, Eckhard and Welz, Eileen and R{\"o}hr, Merle I. S. and Mitric, Roland and Engels, Bernd and Meyer, Franc and Braunschweig, Holger},
  title     = {Isolation of diborenes and their 90°-twisted diradical congeners},
  series = {Nature Communications},
  volume    = {9},
  journal   = {Nature Communications},
  number    = {Article number: 1197},
  doi       = {10.1038/s41467-018-02998-3},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-160431},
  year      = {2018},
  abstract  = {Molecules containing multiple bonds between atoms—most often in the form of olefins—are ubiquitous in nature, commerce, and science, and as such have a huge impact on everyday life. Given their prominence, over the last few decades, frequent attempts have been made to perturb the structure and reactivity of multiply-bound species through bending and twisting. However, only modest success has been achieved in the quest to completely twist double bonds in order to homolytically cleave the associated π bond. Here, we present the isolation of double-bond-containing species based on boron, as well as their fully twisted diradical congeners, by the incorporation of attached groups with different electronic properties. The compounds comprise a structurally authenticated set of diamagnetic multiply-bound and diradical singly-bound congeners of the same class of compound.},
  language  = {en}
}
@article{GerlachMonningerSchleieretal.2021,
  author    = {Gerlach, Marius and Monninger, Sophie and Schleier, Domenik and Hemberger, Patrick and Goettel, James T. and Braunschweig, Holger and Fischer, Ingo},
  title     = {Photoelectron Photoion Coincidence Spectroscopy of NCl\(_{3}\) and NCl\(_{2}\)},
  series = {ChemPhysChem},
  volume    = {22},
  journal   = {ChemPhysChem},
  number    = {21},
  doi       = {10.1002/cphc.202100537},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-257322},
  pages     = {2164-2167},
  year      = {2021},
  abstract  = {We investigate NCl\(_{3}\) and the NCl\(_{2}\) radical by photoelectron-photoion coincidence spectroscopy using synchrotron radiation. The mass selected threshold photoelectron spectrum (ms-TPES) of NCl\(_{3}\) is broad and unstructured due to the large geometry change. An ionization energy of 9.7±0.1 eV is estimated from the spectrum and supported by computations. NCl2 is generated by photolysis at 213 nm from NCl\(_{3}\) and its ms-TPES shows an extended vibrational progression with a 90 meV spacing that is assigned to the symmetric N-Cl stretching mode in the cation. An adiabatic ionization energy of 9.94 ± 0.02 eV is determined.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Hoche2023,
  author    = {Hoche, Joscha},
  title     = {The life of an exciton: From ultrafast nonradiative relaxation to high quantum yield fluorescence},
  doi       = {10.25972/OPUS-31684},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-316844},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {This thesis focuses on understanding and predicting processes in chromophores after electronic state excitation, particularly the impact on luminescence - the spontaneous emission of light. It considers the effect of processes preceding luminescence on emission properties, which are challenging to predict, especially in complex aggregates. For example, excitation energy transfer is a crucial process in understanding luminescence, as it allows the emission to occur from different molecular units than where the absorption occurs. This can lead to significant shifts in emission wavelength and fluorescence quantum yields. The thesis offers solutions to model this process effectively, understanding the impact of excitation energy and exciton coupling disorder on energy transfer rates and linking simulated energy transfer to experimental measurements. The work further explores excimer formation - an undesired luminescence loss channel due to its significant stabilization of the electronic state. Usually, the molecules obey a stacked conformation with parallel orientation to maximize the orbital overlap. This energetic lowering of the excited state can often result in trapping of the dimer in this state due to a deep minimum on the potential energy surface. The excimer formation dynamics, structural rearrangement, and its influence on singlet-correlated triplet pair states formation, critical for the singlet-fission process, have been extensively studied. The thesis also focuses on another luminescence loss channel triggered by conical intersections between the electronic ground and the first excited states. A new model is introduced to overcome limitations in current simulation methods, considering the solvent's electrostatic and frictional effects on the barriers. The model accurately describes merocyanine dyes' solvent-dependent photoluminescence quantum yields and characterizes all relaxation channels in different BODIPY oligomer series.},
  subject      = {Theoretische Chemie},
  language  = {en}
}
@article{WeiserCuiDewhurstetal.2023,
  author    = {Weiser, Jonas and Cui, Jingjing and Dewhurst, Rian D. and Braunschweig, Holger and Engels, Bernd and Fantuzzi, Felipe},
  title     = {Structure and bonding of proximity-enforced main-group dimers stabilized by a rigid naphthyridine diimine ligand},
  series = {Journal of Computational Chemistry},
  volume    = {44},
  journal   = {Journal of Computational Chemistry},
  number    = {3},
  doi       = {10.1002/jcc.26994},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-312586},
  pages     = {456 -- 467},
  year      = {2023},
  abstract  = {The development of ligands capable of effectively stabilizing highly reactive main-group species has led to the experimental realization of a variety of systems with fascinating properties. In this work, we computationally investigate the electronic, structural, energetic, and bonding features of proximity-enforced group 13-15 homodimers stabilized by a rigid expanded pincer ligand based on the 1,8-naphthyridine (napy) core. We show that the redox-active naphthyridine diimine (NDI) ligand enables a wide variety of structural motifs and element-element interaction modes, the latter ranging from isolated, element-centered lone pairs (e.g., E = Si, Ge) to cases where through-space π bonds (E = Pb), element-element multiple bonds (E = P, As) and biradical ground states (E = N) are observed. Our results hint at the feasibility of NDI-E2 species as viable synthetic targets, highlighting the versatility and potential applications of napy-based ligands in main-group chemistry.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Oberndorfer2022,
  author    = {Oberndorfer, Florian},
  title     = {Photoluminescence and Raman spectroscopy of doped nanomaterials},
  doi       = {10.25972/OPUS-27854},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-278540},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {This thesis includes measurements that were recorded by cooperation partners. The EPR spec- trosa mentioned in section 5.2 were recorded by Michael Auth from the Dyakonov Group (Ex- perimental Physics VI, Julius-Maximilians-Universit{\"a}t, W{\"u}rzburg). The TREFISH experiments and transient absorption in section 5.4 spectra were performed by Jašinskas et al. from the V. Gulbi- nas group (Center for Physical Sciences and Technology, Vilnius, Lithuania). This dissertation investigated the interactions of semiconducting single-walled carbon nanotubes (SWNTs) of (6,5) chirality with their environment. Shear-mixing provided high-quality SWNT sus- pensions, which was complemented by various film preparation techniques. These techniques were in turn used to prepare heterostructures with MoS2 and hBN, which were examined with a newly constructed photoluminescence microscope specifically for this purpose. Finally, the change of spectral properties of SWNTs upon doping was investigated in more detail, as well as the behaviour of charge carriers in the tubes themselves. To optimise the SWNT sample preparation techniques that supplied the other experiments, the sample quality of shear-mixed preparations was compared with that of sonicated samples. It was found that the quantum efficiency of sheared suspensions exceeds that of sonicated suspensions as soon as the sonication time exceeds 30 min. The higher PLQY is due to the lower defect concentration in shear-mixed samples. Via transient absorption, a mean lifetime of 17.3 ps and a mean distance between defects of 192.1 nm could be determined. Furthermore, it was found that the increased efficiency of horn sonication is probably not only due to higher shear forces acting on the SWNT bundles but also that the shortening of PFO-BPy strands plays a significant role. Sonication of very long polymer strands significantly increased their effectiveness in shear mixing. While previous approaches could only achieve very low concentrations of SWNTs in suspensions, pre-sonicated polymer yielded results which were comparable with much shorter PFO-BPy batches. Reference experiments also showed that different aggregation processes are relevant during production and further processing. Initial reprocessing of carbon nanotube raw material requires 7 h sonication time and over 24 h shear mixing before no increase in carbon nano concentration is detectable. However, only a few minutes of sonication or shear mixing are required when reprocessing the residue produced during the separation of the slurry. This discrepancy indicates that different aggregates are present, with markedly different aggregation properties. To study low-dimensional heterostructures, a PL microscope was set up with the ability to ob- serve single SWNTs as well as monolayers of other low-dimensional systems. Furthermore, sam- ples were prepared which bring single SWNTs into contact with 2D materials such as h-BN andMoS2 layers and the changes in the photoluminescence spectrum were documented. For h-BN, it was observed whether previous methods for depositing SWNTs could be transferred for photo- luminescence spectroscopy. SWNTs were successfully deposited on monolayers via a modified drip coating, with the limitation that SWNTs aggregate more at the edges of the monolayers. Upon contact of SWNTs with MoS2, significant changes in the emission properties of the mono- layers were observed. The fluorescence, which was mainly dominated by excitons, was shifted towards trion emission. Reference experiments excluded PFO-BPy and toluene as potential causes. Based on the change in the emission behaviour of MoS2, the most plausible explanation is a photoinduced charge transfer leading to delocalised charge carriers on MoS2. In contrast, on SWNTs, the introduction of additional charges would constitute a quenching centre, which would quench their PL emission, making them undetectable in the PL image. In the last chapter, the electronic properties of doped SWNTs and the behaviour of charge carri- ers inside the tubes should be investigated. First, the change in the conductivity of SWNT films with increasing doping levels was docu- mented. The resistance of the films drops drastically at minimum doping. After the initial in- troduction of charges, the resistance drops with increasing dopant concentration according to a double logarithmic curve. The initial drop could be due to a reduction of contact resistances within the SWNT network film, but this could not be further investigated within the scope of this PhD thesis. In cooperation with Andreas Sperlich and Michael Auth, the spin concentration of SWNTs at different doping levels was determined. The obtained concentrations were compared with the carrier concentrations determined from PL and absorption spectra. At low spin densities, good agreement with previous models was found. Furthermore, the presence of isolated spins strongly suggests a localised charge carrier distribution at temperatures around 10 K. When the charge density is increased, the spin density deviates significantly from the charge carrier con- centration. This discrepancy is attributed to the increasing delocalisation of charge carriers at high charge densities and the interactions of neighbouring spins. These results strongly indicate the existence of localised charge carriers in SWNTs at low temperatures. Next, the effect of doping on the Raman spectra of SWNT suspensions was investigated. In gen- eral, doping is expected to reduce the intensity of the Raman bands, i.e. a consequence of the reduced resonance gain due to bleaching of the S2 transition. However, similar to the resistivity measurements, the oscillator strength of the G+ band drops sharply in the first doping steps. It was also found that the G+ band decreases more than would be expected due to loss of reso- nance condition. Furthermore, the G- is bleached faster than the G+ band. All these anomalies suggest that resonance enhancement is not the only relevant effect. Another much faster deac- tivation path for the excitons may be introduced by doping. This would leave less time for the scattering process to occur and reduce the oscillator strength of the Raman bands. In cooperation with Vidmantas et al., the photoinduced charge carrier behaviour of SWNT/PCBM films was investigated. The required films were prepared by drop coating. The SWNT suspen- sions required for this were obtained from sheared SWNT preparations. Using transient absorp- tion and TREFISH, a number of charge transfer effects were identified and their dynamics in- vestigated: the recombination of neutral excitons (< 50 ps), the electron transfer from carbon nanotubes to PCBM molecules (< 1 ps), the decay of charge-transfer excitons (∼200 ps), the recombination of charge carriers between charge-transfer excitons (1 ns to 4 ns) and finally the propagation through the SWNT network (∼20 ns)},
  subject      = {Einwandige Kohlenstoff-Nanor{\"o}hre},
  language  = {en}
}
@article{AeschlimannBrixnerCinchettietal.2017,
  author    = {Aeschlimann, Martin and Brixner, Tobias and Cinchetti, Mirko and Frisch, Benjamin and Hecht, Bert and Hensen, Matthias and Huber, Bernhard and Kramer, Christian and Krauss, Enno and Loeber, Thomas H. and Pfeiffer, Walter and Piecuch, Martin and Thielen, Philip},
  title     = {Cavity-assisted ultrafast long-range periodic energy transfer between plasmonic nanoantennas},
  series = {Light: Science \& Applications},
  volume    = {6},
  journal   = {Light: Science \& Applications},
  doi       = {10.1038/lsa.2017.111},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-173265},
  year      = {2017},
  abstract  = {Radiationless energy transfer is at the core of diverse phenomena, such as light harvesting in photosynthesis\(^1\), energy-transfer-based microspectroscopies\(^2\), nanoscale quantum entanglement\(^3\) and photonic-mode hybridization\(^4\). Typically, the transfer is efficient only for separations that are much shorter than the diffraction limit. This hampers its application in optical communication and quantum information processing, which require spatially selective addressing. Here, we demonstrate highly efficient radiationless coherent energy transfer over a distance of twice the excitation wavelength by combining localized and delocalized\(^5\) plasmonic modes. Analogous to the Tavis-Cummings model, two whispering-gallery-mode antennas\(^6\) placed in the foci of an elliptical plasmonic cavity\(^7\) fabricated from single-crystal gold plates act as a pair of oscillators coupled to a common cavity mode. Time-resolved two-photon photoemission electron microscopy (TR 2P-PEEM) reveals an ultrafast long-range periodic energy transfer in accordance with the simulations. Our observations open perspectives for the optimization and tailoring of mesoscopic energy transfer and long-range quantum emitter coupling.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wirsing2023,
  author    = {Wirsing, Sara},
  title     = {Computational Spectroscopic Studies with Focus on Organic Semiconductor Systems},
  doi       = {10.25972/OPUS-28655},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-286552},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {This work presents excited state investigations on several systems with respect to experimental spectroscopic work. The majority of projects covers the temporal evolution of excitations in thin films of organic semiconductor materials. In the first chapters, thinfilm and interface systems are build from diindeno[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]perylene (DIP) and N,N'-bis-(2-ethylhexyl)-dicyanoperylene-3,4:9,10-bis(dicarboximide) (PDIR-CN2) layers, in the third chapter bulk systems consist of 4,4',4"-tris[(3-methylphenyl)phenylamino] triphenylamine (m-MTDATA), 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen) and tris-(2,4,6-trimethyl-3-(pyridin-3-yl)phenyl)borane (3TPYMB). These were investigated by aggregate-based calculations. Careful selection of methods and incorporation of geometrical relaxation and environmental effects allows for a precise energetical assignment of excitations. The biggest issue was a proper description of charge-transfer excitations, which was resolved by the application of ionization potential tuning on aggregates. Subsequent characterization of excitations and their interplay condenses the picture. Therefore, we could assign important features of the experimental spectroscopic data and explain differences between systems. The last chapter in this work covers the analysis of single molecule spectroscopy on methylbismut. This poses different challenges for computations, such as multi-reference character of low-lying excitations and an intrinsic need for a relativistic description. We resolved this by combining complete active space self-consistent field based methods with scalarrelativistic density-functional theory. Thus we were able to confidently assign the spectroscopic features and explain underlying processes.},
  subject      = {Theoretische Chemie},
  language  = {en}
}
@article{LiShanRupprechtetal.2022,
  author    = {Li, Donghai and Shan, Hangyong and Rupprecht, Christoph and Knopf, Heiko and Watanabe, Kenji and Taniguchi, Takashi and Qin, Ying and Tongay, Sefaattin and Nuß, Matthias and Schr{\"o}der, Sven and Eilenberger, Falk and H{\"o}fling, Sven and Schneider, Christian and Brixner, Tobias},
  title     = {Hybridized exciton-photon-phonon states in a transition-metal-dichalcogenide van-der-Waals heterostructure microcavity},
  series = {Physical Review Letters},
  journal   = {Physical Review Letters},
  edition   = {accepted version},
  issn      = {1079-7114},
  doi       = {10.1103/PhysRevLett.128.087401},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-351303},
  year      = {2022},
  abstract  = {Excitons in atomically thin transition-metal dichalcogenides (TMDs) have been established as an attractive platform to explore polaritonic physics, owing to their enormous binding energies and giant oscillator strength. Basic spectral features of exciton polaritons in TMD microcavities, thus far, were conventionally explained via two-coupled-oscillator models. This ignores, however, the impact of phonons on the polariton energy structure. Here we establish and quantify the threefold coupling between excitons, cavity photons, and phonons. For this purpose, we employ energy-momentum-resolved photoluminescence and spatially resolved coherent two-dimensional spectroscopy to investigate the spectral properties of a high-quality-factor microcavity with an embedded WSe\(_2\) van-der-Waals heterostructure at room temperature. Our approach reveals a rich multi-branch structure which thus far has not been captured in previous experiments. Simulation of the data reveals hybridized exciton-photon-phonon states, providing new physical insight into the exciton polariton system based on layered TMDs.},
  language  = {en}
}
@article{ReuschHolzmeierGerlachetal.2019,
  author    = {Reusch, Engelbert and Holzmeier, Fabian and Gerlach, Marius and Fischer, Ingo and Hemberger, Patrick},
  title     = {Decomposition of Picolyl Radicals at High Temperature: A Mass Selective Threshold Photoelectron Spectroscopy Study},
  series = {Chemistry - A European Journal},
  volume    = {25},
  journal   = {Chemistry - A European Journal},
  number    = {72},
  doi       = {10.1002/chem.201903937},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-208132},
  pages     = {16652-16659},
  year      = {2019},
  abstract  = {The reaction products of the picolyl radicals at high temperature were characterized by mass-selective threshold photoelectron spectroscopy in the gas phase. Aminomethylpyridines were pyrolyzed to initially produce picolyl radicals (m /z =92). At higher temperatures further thermal reaction products are generated in the pyrolysis reactor. All compounds were identified by mass-selected threshold photoelectron spectroscopy and several hitherto unexplored reactive molecules were characterized. The mechanism for several dissociation pathways was outlined in computations. The spectrum of m /z =91, resulting from hydrogen loss of picolyl, shows four isomers, two ethynyl pyrroles with adiabatic ionization energies (IE\(_{ad}\)) of 7.99 eV (2-ethynyl-1H -pyrrole) and 8.12 eV (3-ethynyl-1H -pyrrole), and two cyclopentadiene carbonitriles with IE′s of 9.14 eV (cyclopenta-1,3-diene-1-carbonitrile) and 9.25 eV (cyclopenta-1,4-diene-1-carbonitrile). A second consecutive hydrogen loss forms the cyanocyclopentadienyl radical with IE′s of 9.07 eV (T\(_0\)) and 9.21 eV (S\(_1\)). This compound dissociates further to acetylene and the cyanopropynyl radical (IE=9.35 eV). Furthermore, the cyclopentadienyl radical, penta-1,3-diyne, cyclopentadiene and propargyl were identified in the spectra. Computations indicate that dissociation of picolyl proceeds initially via a resonance-stabilized seven-membered ring.},
  language  = {en}
}
@article{RamlerFantuzziGeistetal.2021,
  author    = {Ramler, Jaqueline and Fantuzzi, Felipe and Geist, Felix and Hanft, Anna and Braunschweig, Holger and Engels, Bernd and Lichtenberg, Crispin},
  title     = {The dimethylbismuth cation: entry into dative Bi-Bi bonding and unconventional methyl exchange},
  series = {Angewandte Chemie International Edition},
  volume    = {60},
  journal   = {Angewandte Chemie International Edition},
  doi       = {10.1002/anie.202109545},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-256543},
  pages     = {24388-24394},
  year      = {2021},
  abstract  = {The dimethyl bismuth cation, [BiMe\(_2\)(SbF\(_6\))], has been isolated and characterized. Reaction with BiMe\(_3\) allows access to the first compound featuring Bi→Bi donor-acceptor bonding. In solution, dynamic behavior with methyl exchange via an unusual S\(_E\)2 mechanism is observed, underlining the unique properties of bismuth species as soft Lewis acids with the ability to undergo reversible Bi-C bond cleavage.},
  language  = {en}
}
@article{HirschPachnerFischeretal.2020,
  author    = {Hirsch, Florian and Pachner, Kai and Fischer, Ingo and Issler, Kevin and Petersen, Jens and Mitric, Roland and Bakels, Sjors and Rijs, Anouk M.},
  title     = {Do Xylylenes Isomerize in Pyrolysis?},
  series = {ChemPhysChem},
  volume    = {21},
  journal   = {ChemPhysChem},
  number    = {14},
  doi       = {10.1002/cphc.202000317},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-218316},
  pages     = {1515 -- 1518},
  year      = {2020},
  abstract  = {We report infrared spectra of xylylene isomers in the gas phase, using free electron laser (FEL) radiation. All xylylenes were generated by flash pyrolysis. The IR spectra were obtained by monitoring the ion dip signal, using a IR/UV double resonance scheme. A gas phase IR spectrum of para-xylylene  was recorded, whereas ortho- and meta-xylylene were found to partially rearrange to benzocyclobutene and styrene. Computations of the UV oscillator strength  for all molecules were carried out and provde an explanation for the observation of the isomerization products.},
  language  = {en}
}
@article{SilvaVilchesPletinckxLohnertetal.2017,
  author    = {Silva-Vilches, Cinthia and Pletinckx, Katrien and Lohnert, Miriam and Pavlovic, Vladimir and Ashour, Diyaaeldin and John, Vini and Vendelova, Emilia and Kneitz, Susanne and Zhou, Jie and Chen, Rena and Reinheckel, Thomas and Mueller, Thomas D. and Bodem, Jochen and Lutz, Manfred B.},
  title     = {Low doses of cholera toxin and its mediator cAMP induce CTLA-2 secretion by dendritic cells to enhance regulatory T cell conversion},
  series = {PLoS ONE},
  volume    = {12},
  journal   = {PLoS ONE},
  number    = {7},
  doi       = {10.1371/journal.pone.0178114},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-158244},
  pages     = {e0178114},
  year      = {2017},
  abstract  = {Immature or semi-mature dendritic cells (DCs) represent tolerogenic maturation stages that can convert naive T cells into Foxp3\(^{+}\) induced regulatory T cells (iTreg). Here we found that murine bone marrow-derived DCs (BM-DCs) treated with cholera toxin (CT) matured by up-regulating MHC-II and costimulatory molecules using either high or low doses of CT (CT\(^{hi}\), CT\(^{lo}\)) or with cAMP, a known mediator CT signals. However, all three conditions also induced mRNA of both isoforms of the tolerogenic molecule cytotoxic T lymphocyte antigen 2 (CTLA-2α and CTLA-2β). Only DCs matured under CT\(^{hi}\) conditions secreted IL-1β, IL-6 and IL-23 leading to the instruction of Th17 cell polarization. In contrast, CT\(^{lo}\)- or cAMP-DCs resembled semi-mature DCs and enhanced TGF-β-dependent Foxp3\(^{+}\) iTreg conversion. iTreg conversion could be reduced using siRNA blocking of CTLA-2 and reversely, addition of recombinant CTLA-2α increased iTreg conversion in vitro. Injection of CT\(^{lo}\)- or cAMP-DCs exerted MOG peptide-specific protective effects in experimental autoimmune encephalomyelitis (EAE) by inducing Foxp3\(^{+}\) Tregs and reducing Th17 responses. Together, we identified CTLA-2 production by DCs as a novel tolerogenic mediator of TGF-β-mediated iTreg induction in vitro and in vivo. The CT-induced and cAMP-mediated up-regulation of CTLA-2 also may point to a novel immune evasion mechanism of Vibrio cholerae.},
  language  = {en}
}
@article{MalyBrixner2021,
  author    = {Mal{\´y}, Pavel and Brixner, Tobias},
  title     = {Fluorescence-Detected Pump-Probe Spectroscopy},
  series = {Angewandte Chemie International Edition},
  volume    = {60},
  journal   = {Angewandte Chemie International Edition},
  number    = {34},
  doi       = {10.1002/anie.202102901},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-244811},
  pages     = {18867 -- 18875},
  year      = {2021},
  abstract  = {We introduce a new approach to transient spectroscopy, fluorescence-detected pump-probe (F-PP) spectroscopy, that overcomes several limitations of traditional PP. F-PP suppresses excited-state absorption, provides background-free detection, removes artifacts resulting from pump-pulse scattering, from non-resonant solvent response, or from coherent pulse overlap, and allows unique extraction of excited-state dynamics under certain conditions. Despite incoherent detection, time resolution of F-PP is given by the duration of the laser pulses, independent of the fluorescence lifetime. We describe the working principle of F-PP and provide its theoretical description. Then we illustrate specific features of F-PP by direct comparison with PP, theoretically and experimentally. For this purpose, we investigate, with both techniques, a molecular squaraine heterodimer, core-shell CdSe/ZnS quantum dots, and fluorescent protein mCherry. F-PP is broadly applicable to chemical systems in various environments and in different spectral regimes.},
  language  = {en}
}
@unpublished{DietzschJayachandranMuelleretal.2023,
  author    = {Dietzsch, Julia and Jayachandran, Ajay and Mueller, Stefan and H{\"o}bartner, Claudia and Brixner, Tobias},
  title     = {Excitonic coupling of RNA-templated merocyanine dimer studied by higher-order transient absorption spectroscopy},
  series = {Chemical Communications},
  journal   = {Chemical Communications},
  edition   = {submitted version},
  doi       = {10.1039/D3CC02024J},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-327772},
  year      = {2023},
  abstract  = {We report the synthesis and spectroscopic analysis of RNA containing the barbituric acid merocyanine rBAM2 as a nucleobase surrogate. Incorporation into RNA strands by solid-phase synthesis leads to fluorescence enhancement compared to the free chromophore. In addition, linear absorption studies show the formation of an excitonically coupled H-type dimer in the hybridized duplex. Ultrafast third- and fifth-order transient absorption spectroscopy of this non-fluorescent dimer suggests immediate (sub-200 fs) exciton transfer and annihilation due to the proximity of the rBAM2 units.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Pres2024,
  author    = {Pres, Sebastian},
  title     = {Detection of a plasmon-polariton quantum wave packet by coherent 2D nanoscopy},
  doi       = {10.25972/OPUS-34824},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-348242},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {Plasmonic nanostructures are considered promising candidates for essential components of integrated quantum technologies because of their ability to efficiently localize broad-band electromagnetic fields on the nanoscale. The resulting local near field can be understood as a spatial superposition of spectrally different plasmon-polariton modes due to the spectrally broad optical excitation, and thus can be described as a classical wave packet. Since plasmon polaritons, in turn, can transmit and receive non-classical light states, the exciting question arises to what extent they have to be described as quantum mechanical wave packets, i.e. as a superposition of different quantum states. But how to probe, characterize and eventually manipulate the quantum state of such plasmon polaritons? Up to now, probing at room temperatures relied completely on analyzing quantum optical properties of the corresponding in-going and out-going far-field photon modes. However, these methods so far only allow a rather indirect investigation of the plasmon-polariton quantum state by means of transfer into photons. Moreover, these indirect methods lack spatial resolution and therefore do not provide on-site access to the plasmon-polariton quantum state. However, since the spectroscopic method of coherent two-dimensional (2D) nanoscopy offers the capability to follow the plasmon- polariton quantum state both in Hilbert space and in space and time domain a complete characterization of the plasmon polariton is possible. In this thesis a versatile coherent 2D nanoscopy setup is presented combining spectral tunability and femtosecond time resolution with spatial resolution on the nanometer scale due to the detection of optically excited nonlinear emitted electrons via photoemission electron microscopy (PEEM). Optical excitation by amplitude- and phase-shaped, systematically-modified and interferometric-stable multipulse sequences is realized, and characterized via Fourier-transform spectral interferometry (FTSI). This linear technique enables efficient data acquisition in parallel to a simultaneously performed experiment. The full electric-field reconstruction of every generated multipulse sequence is used to analyze the effect of non-ideal pulse sequences on the two-dimensional spectral data of population-based multidimensional spectroscopy methods like, e.g., the coherent 2D nanoscopy applied in this thesis. Investigation of the spatially-resolved nonlinear electron emission yield from plasmonic gold nanoresonators by coherent 2D nanoscopy requires a quasi-particle treatment of the addressed plasmon-polariton mode and development of a quantum model to adequately describe the plasmon-assisted multi-quantum electron emission from nanostructures. Good agreement between simulated and experimental data enables to connect certain spectral features to superpositions of non-adjacent plasmon-polariton quantum states, i.e, non-adjacent occupation-number states of the underlying quantized, harmonic oscillator, thus direct probing of the plasmon-polariton quantum wave packet at the location of the nanostructure. This is a necessary step to locally control and manipulate the plasmon-polariton quantum state and thus of general interest for the realization of nanoscale quantum optical devices.},
  subject      = {Coherent Multidimensional Spectroscopy},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schuerger2024,
  author    = {Sch{\"u}rger, Peter},
  title     = {Information-Theoretical Studies on Time-Dependent Quantum Systems},
  doi       = {10.25972/OPUS-35221},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-352215},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {In this thesis, we apply the information-theoretic approach in the context of quantum dynamics and wave packet motion: Information-theoretic measures are calculated from position and momentum densities, which are obtained from time-dependent quantum wave functions. The aim of this thesis is to benchmark, analyze and interpret these quantities and relate their features to the wave packet dynamics. Firstly, this is done for the harmonic oscillator (HO) with and without static disorder. In the unperturbed HO, the analytical study of coherent and squeezed states reveals time-dependent entropy expressions related to the localization of the wave function. In the disordered HO, entropies from classical and quantum dynamics are compared for short and long times. In the quantum case, imprints of wave packet revivals are found in the entropy. Then, the energy dependence of the entropy for very long times is discussed. Secondly, this is donefor correlated electron-nuclear motion. Here, entropies derived from the total, electronic and nuclear density, respectively, are calculated in position and momentum space for weak and strong adiabatic electronic coupling. The correlation between electron and nucleus is investigated using different correlation measures, where some of these functions are sensitive to the nodal structure of the wave function. An analytic ansatz to interpret the information-theoretical quantities is applied as well.},
  subject      = {St{\"o}rungstheorie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Herok2024,
  author    = {Herok, Christoph},
  title     = {Quantum Chemical Exploration of Potential Energy Surfaces: Reaction Cycles and Luminescence Phenomena},
  doi       = {10.25972/OPUS-35218},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-352185},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2024},
  abstract  = {This work aims at elucidating chemical processes involving homogeneous catalysis and photo-physical relaxation of excited molecules in the solid state. Furthermore, compounds with supposedly small singlet-triplet gaps and therefore biradicaloid character are investigated with respect to their electro-chemical behavior. The work on hydroboration catalysis via a reduced 9,10-diboraanthracene (DBA) was preformed in collaboration with the Wagner group in Frankfurt, more specifically Dr. Sven Prey, who performed all laboratory experiments. The investigation of delayed luminescence properties in arylboronic esters in their solid state was conducted in collaboration with the Marder group in W{\"u}rzburg. The author of this work took part in the synthesis of the investigated compounds while being supervised by Dr. Zhu Wu. The final project was a collaboration with the group of Anukul Jana from Hyderabad, India who provided the experimental data.},
  subject      = {Simulation},
  language  = {en}
}
@article{SchuergerEngel2023,
  author    = {Sch{\"u}rger, Peter and Engel, Volker},
  title     = {Differential Shannon entropies characterizing electron-nuclear dynamics and correlation: momentum-space versus coordinate-space wave packet motion},
  series = {Entropy},
  volume    = {25},
  journal   = {Entropy},
  number    = {7},
  issn      = {1099-4300},
  doi       = {10.3390/e25070970},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-362670},
  year      = {2023},
  abstract  = {We calculate differential Shannon entropies derived from time-dependent coordinate-space and momentum-space probability densities. This is performed for a prototype system of a coupled electron-nuclear motion. Two situations are considered, where one is a Born-Oppenheimer adiabatic dynamics, and the other is a diabatic motion involving strong non-adiabatic transitions. The information about coordinate- and momentum-space dynamics derived from the total and single-particle entropies is discussed and interpreted with the help of analytical models. From the entropies, we derive mutual information, which is a measure for the electron-nuclear correlation. In the adiabatic case, it is found that such correlations are manifested differently in coordinate- and momentum space. For the diabatic dynamics, we show that it is possible to decompose the entropies into state-specific contributions.},
  language  = {en}
}
@article{SchleierGerlachPratimMukhopadhyayetal.2022,
  author    = {Schleier, Domenik and Gerlach, Marius and Pratim Mukhopadhyay, Deb and Karaev, Emil and Schaffner, Dorothee and Hemberger, Patrick and Fischer, Ingo},
  title     = {Ammonia Borane, NH\(_{3}\)BH\(_{3}\): A Threshold Photoelectron-Photoion Coincidence Study of a Potential Hydrogen-Storage Material},
  series = {Chemistry-A European Journal},
  volume    = {28},
  journal   = {Chemistry-A European Journal},
  number    = {42},
  doi       = {10.1002/chem.202201378},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-318895},
  year      = {2022},
  abstract  = {We have investigated the photoionization of ammonia borane (AB) and determined adiabatic ionization energy to be 9.26±0.03 eV for the X\(^{+}\) \(^{2}\)E←X \(^{1}\)A\(_{1}\) transition. Although the threshold photoelectron spectrum appears at first glance to be similar to the one of the isosteric ethane, the electronic situation differs markedly, due to different orbital energies. In addition, an appearance energy AE\(_{0K}\)-(NH\(_{3}\)BH\(_{3}\), NH\(_{3}\)BH\(_{2}\)\(^{+}\))= 10.00±0.03 eV has been determined, corresponding to the loss of a hydrogen atom at the BH\(_{3}\)-site. From the data, a 0 K bond dissociation energy for the B-H bond in the cation of 71.5±3 kJ mol\(^{-1}\) was derived, whereas the one in the neutral compound has been estimated to be 419±10 kJ mol\(^{-1}\).},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Matthaei2023,
  author    = {Matthaei, Christian Tobias},
  title     = {Studying the Photodissociation of Chlorine-Containing Molecules with Velocity Map Imaging},
  doi       = {10.25972/OPUS-32740},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-327405},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {The first is via direct dissociation and the second likely involves a barrier slowing down dissociation. Chlorine-containing hydrocarbons pose a great risk for the environment and especially for the atmosphere. In this thesis I present the photodissociation dynamics of multiple chlorine-containing molecules. The method of velocity map imaging was utilized for gaining information on the kinetic energy distribution of the fragments generated in the photodissociation reactions. First, the photodissociation of benzoyl chloride after excitation to the S1, S2 and the S3 state between 279 nm and 237 nm was studied. This stable molecule was an ideal candidate for demonstrating a new ionization scheme for chlorine atoms. It was shown that benzoyl chloride dissociates statistically from the ground state. Afterwards, the results from experiments on the radicals trichloromethyl and dichlorocarbene are presented in the range of 230 to 250 nm. These radicals remain after the dissociation of carbon tetrachloride and have not been studied in detail because of their instability. Trichlormethyl dissociates via two paths: The loss of a chlorine atom to dichlorocarbene and by decaying to CCl and a chlorine molecule. The dissociation to dichlorocarbene involves a barrier. If the photon exciting the molecule has enough energy to surpass the barrier, which is the case starting at around 235 nm, trichlormethyl dissociates rapidly resulting in an anisotropic VMI. However, if the the excitation energy is lower, the dissociation takes longer than a rotational period and the anisotropy is lost.The path to CCl is a statistical dissociation. Dichlorocarbene dissociates to CCl and Cl via to separate channels. The first is via direct dissociation and the second likely involves a barrier slowing down dissociation.},
  subject      = {Photodissoziation},
  language  = {en}
}
@article{MuellerMetaMeidneretal.2023,
  author    = {M{\"u}ller, Patrick and Meta, Mergim and Meidner, Jan Laurenz and Schwickert, Marvin and Meyr, Jessica and Schwickert, Kevin and Kersten, Christian and Zimmer, Collin and Hammerschmidt, Stefan Josef and Frey, Ariane and Lahu, Albin and de la Hoz-Rodr{\´i}guez, Sergio and Agost-Beltr{\´a}n, Laura and Rodr{\´i}guez, Santiago and Diemer, Kira and Neumann, Wilhelm and Gonz{\`a}lez, Florenci V. and Engels, Bernd and Schirmeister, Tanja},
  title     = {Investigation of the compatibility between warheads and peptidomimetic sequences of protease inhibitors — a comprehensive reactivity and selectivity study},
  series = {International Journal of Molecular Sciences},
  volume    = {24},
  journal   = {International Journal of Molecular Sciences},
  number    = {8},
  issn      = {1422-0067},
  doi       = {10.3390/ijms24087226},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-313596},
  year      = {2023},
  abstract  = {Covalent peptidomimetic protease inhibitors have gained a lot of attention in drug development in recent years. They are designed to covalently bind the catalytically active amino acids through electrophilic groups called warheads. Covalent inhibition has an advantage in terms of pharmacodynamic properties but can also bear toxicity risks due to non-selective off-target protein binding. Therefore, the right combination of a reactive warhead with a well-suited peptidomimetic sequence is of great importance. Herein, the selectivities of well-known warheads combined with peptidomimetic sequences suited for five different proteases were investigated, highlighting the impact of both structure parts (warhead and peptidomimetic sequence) for affinity and selectivity. Molecular docking gave insights into the predicted binding modes of the inhibitors inside the binding pockets of the different enzymes. Moreover, the warheads were investigated by NMR and LC-MS reactivity assays against serine/threonine and cysteine nucleophile models, as well as by quantum mechanics simulations.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Weickert2023,
  author    = {Weickert, Anastasia},
  title     = {Theoretische Untersuchungen zur Aufkl{\"a}rung der reversiblen Hemmung durch kovalente Inhibitoren der Enzyme Golgi-alpha-Mannosidase und Rhodesain},
  doi       = {10.25972/OPUS-32818},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-328181},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Die Entwicklung maßgeschneiderter Proteinliganden ist ein integraler Bestandteil unterschiedlicher wissenschaftlicher Disziplinen, wie z.B. Wirkstoffentwicklung. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der reversiblen Inhibition in Form von kovalent gebundenen Enzym-Inhibitor-Komplexen der humanen Golgi-alpha-Mannosidase II (GM II) und der Cysteinprotease Rhodesain. Beide Enzyme sind erfolgversprechende Targets in der Bek{\"a}mpfung von zwei sehr unterschiedlichen Erkrankungen. Einerseits die Golgi-alpha-Mannosidase bei der Behandlung der Tumorprogression und andererseits die Cysteinprotease Rhodesain bei der Behandlung der Afrikanischen Schlafkrankheit. Die Arbeit an den zwei Enzymen unterteilt sich in zwei Teilprojekte. Die Entwicklung von maßgeschneiderten kovalent-reversiblen Inhibitoren f{\"u}r die genannten Enzyme wurde im Rahmen eines in-house entwickeltes Protokolls zwecks des rationalen Designs kovalenter Inhibitoren, durchgef{\"u}hrt. Dieses Protokoll basiert auf einer sich gegenseitig unterst{\"u}tzenden Zusammenarbeit zwischen Theorie und Experiment. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den theoretischen Untersuchungen mit Hilfe der quantenmechanischen (QM) als auch mit Hilfe der kombinierten quantenmechanisch/molek{\"u}lmechanischen (QM/MM) Methoden zu den genannten Enzymen. In einem ersten Schritt des Protokolls geht es um die Anwendung von Screeningverfahren. In einem Screening werden Leitstrukturen, zun{\"a}chst in L{\"o}sung (Schritt I), f{\"u}r eine weitere Untersuchung im Enzym (Schritt II) evaluiert. So k{\"o}nnen die Inhibitoren, f{\"u}r die experimentelle Mess- oder theoretische Dockingdaten vorhanden sind, als eine Leitstruktur betrachtet werden. Durch das Screening unter Verwendung der quantenmechanischen (QM-Modell) Methode kann eine Reihe von Inhibitoren nach einem sich konsistent ver{\"a}nderndem Muster erstellt werden und auf Bindungsparameter hin untersucht werden (Schritt I). Diese Parameter sind Reaktionsenergien und H{\"o}hen der Reaktionsbarriere einer Inhibitionsreaktion. Reaktionsenergien werden in dieser Betrachtung quantenmechanisch innerhalb der Born-Oppenheimer-(BO)-N{\"a}herung und im Rahmen des Konzeptes der Potentialhyperfl{\"a}chen (PES) als relative Energien zwischen den optimierten Geometrien der Produkte und der Edukte auf einer Potentialhyperfl{\"a}che f{\"u}r die Inhibitionsreaktion ermittelt. Die H{\"o}hen der Reaktionsbarrieren werden durch die relativen Energien zwischen den Geometrien der Edukte und der Zwischenstufen oder {\"U}bergangszust{\"a}nde abgesch{\"a}tzt. Unter Inhibitionsreaktion wird eine chemische Reaktion verstanden, bei der eine kovalente Bindung zwischen dem Inhibitormolek{\"u}l und den Aminos{\"a}uren in der aktiven Tasche eines Enzyms ausgebildet wird. F{\"u}r den Schritt I werden die Aminos{\"a}uren der aktiven Tasche durch kleine Molek{\"u}le, wie Essigs{\"a}ure und Methanthiol, angen{\"a}hert. Die kovalent-reversiblen Inhibitoren sollten in dieser Betrachtung nur leicht exotherme Reaktionen mit den relativen Energien im Bereich -5 bis -10 kcal/mol aufweisen. Der experimentelle Teil liefert w{\"a}hrenddessen die Synthese der neuen Inhibitoren und die Nachweise zur kovalenten Bindung mit Hilfe massenspektrometrischer Messungen (Schritt I). Die passenden Kandidaten aus dem ersten Schritt des Protokolls, d.h. Inhibitoren mit gew{\"u}nschten Bindungsparametern, werden durch die QM/MM-Berechnungen im Enzym (Schritt II) und durch die experimentellen Messungen an den Enzym-Inhibitor-Komplexen in Assays (Schritt II) analysiert. Die Untersuchungen f{\"u}r die Stufe II des Protokolls umfassen die Berechnungen der Reaktionsprofile und Minimumenergiereaktionspfade f{\"u}r die chemischen Reaktionen von Inhibitoren im Zielenzym. Ein Pfad minimaler potentieller Energie, der zwei Minima (hier Edukt und Produkt) verbindet, stellt ein Reaktionsprofil f{\"u}r eine chemische Reaktion dar. In der vorliegenden Arbeit wird dies auch als Minimumenergiepfad (MEP) bezeichnet. Der Letztere l{\"a}sst sich durch die Nudged Elastic Band (NEB)-Methode und mittels Potentialhyperfl{\"a}chen darstellen. Die Reversibilit{\"a}t der Inhibitoren wurde anhand der berechneten chemischen Reaktionen in Form von erstellten Reaktionsprofilen analysiert und diskutiert. Durch Protein-Ligand Docking (Schritt III) wird ein Screening von variierbaren Erkennungseinheiten der neuen Inhibitoren durchgef{\"u}hrt. Die Ergebnisse der Untersuchungen aus dem dritten Schritt liefern Hinweise zur Weiterentwicklung der ausgew{\"a}hlten Inhibitoren. Die letzte Stufe des in-house Protokolls besteht in der erneuten Untersuchung der optimierten Inhibitoren mit Hilfe von Theorie und Experiment (Schritt IV). Die theoretische Untersuchung anhand von QM/MM-Berechnungen {\"u}berpr{\"u}ft, ob die Inhibitionsreaktion der reaktiven Kopfgruppe nach der {\"A}nderung der Erkennungseinheit des Inhibitors weiterhin effektiv und nach dem gleichen Mechanismus mit der aktiven Seite des Enzyms ablaufen kann. Die experimentelle Untersuchung liefert, {\"a}hnlich wie im Schritt II, die messbaren Ergebnisse der Inhibition in Hinblick auf die Bindungseigenschaften und die Entstehung der Nebenprodukte. Die Untersuchungen am System Mannosidase GM II wurden in Zusammenarbeit mit den Arbeitskreisen von Prof.Dr. J. Seibel und Prof.Dr. T. Schirmeister durchgef{\"u}hrt. Die Leitstruktur zur Entwicklung des kovalent-reversiblen Inhibitors stellt der cyclische O,O-Acetal-Inhibitor (bestimmt anhand von Dockingexperimenten an der beta-L-Anhydrogulose durch Arbeitskreis Prof.Dr. J. Seibel) dar. Die Ergebnisse der theoretischen Studie liefern f{\"u}r den ersten Schritt im Rahmen des Protokolls den geeigneten Kandidaten aus einer Menge von insgesamt 22 modellierten Inhibitoren f{\"u}r die reversible Inhibition der Mannosidase GM II durch die Ausbildung einer kovalenten Bindung. Hierzu z{\"a}hlen zun{\"a}chst die thermodynamischen Modellberechnungen der Inhibitionsreaktion, welche die Reaktionsenergien f{\"u}r alle Kandidaten des Screenings liefern. Die Inhibitionsreaktion wird in diesem Schritt als Additionsreaktion von Essigs{\"a}ure an den Inhibitor-Kandidaten modelliert. F{\"u}r die Leitstruktur resultiert eine thermoneutrale Beschreibung der Reaktion mit Essigs{\"a}ure und dient im Weiteren als Referenz. Der Inhibitor Nr.7 (der cyclische N,O-Acetal-Inhibitor) zeigt mit -7,7 kcal/mol eine leicht exotherme Reaktion und somit eine bessere Triebkraft der untersuchten Reaktion im Vergleich zur Referenz. Die beiden Inhibitoren wurden dann f{\"u}r Stufe 2 des Protokolls untersucht, in der eine Analyse der Reaktionsprofile im Enzym mit Hilfe der QM/MM-Methodik durchgef{\"u}hrt wurde. Die Ergebnisse des zweiten Teils der Studie zeigen, dass der cyclische N,O-Acetal-Inhibitor eine deutlich bessere Affinit{\"a}t zur aktiven Seite der GM II im Vergleich zu seiner Leitstruktur aufweisen sollte. Dies zeigt sich auch in der deutlich h{\"o}heren Triebkraft der Inhibitionsreaktion von ca. -13 kcal/mol. Dieser Energiebeitrag ist klein genug, um eine Reversibilit{\"a}t der Inhibitionsreaktion gew{\"a}hrleisten zu k{\"o}nnen. Das bedeutet auch, dass der N,O-Acetal-Inhibitor im Vergleich zur Referenzstruktur eine deutlich st{\"a}rkere Inhibition bedingen sollte. Ber{\"u}cksichtigt man dann noch, dass die Reaktion laut Berechnungen nur leicht exotherm sein sollte, erh{\"a}lt man die M{\"o}glichkeit einer reversibel stattfinden kovalenten Hemmung. Zusammenfassend liefert dieser Teil der Arbeit, der mit Hilfe der QM- und QM/MM-Berechnungen durchgef{\"u}hrt wurde, ein reaktives molekulares Ger{\"u}st mit den gew{\"u}nschten Eigenschaften. Durch die theoretischen Untersuchungen (MD-Simulationen am Enzym-Inhibitor-Komplex) konnte außerdem eine zur Komplexbildung geeignete Konformation der Leitstruktur sowie des neuen Inhibitors gefunden werden. Die reversibel agierenden Acetal-Inhibitoren befinden sich in der aktiven Tasche in einer energetisch h{\"o}her liegenden Twist-Boot-Konformation und beg{\"u}nstigen mit zwei entstehenden Bindungen zum Zn2+-Ion die oktaedrische Koordination im Enzym. Als Teil dieser Arbeit wurden NEB-Berechnungen zur Bestimmung von Minimumenergiepfadendurchgef{\"u}hrt. Dies lieferte erweiterte Einblicke in der Berechnung von Reaktionsmechanismen jeweils auch in Kombination von 2- bzw. 3-dimensionalen Scans. Auch in der Beschreibung von Protonen{\"u}bertragungsreaktionen nach Grotthus, die einem Umklappen der kovalenten Bindungen entsprechen, erh{\"a}lt man hier Geometrien f{\"u}r die Teilschritte und somit eine detaillierte Beschreibung des Vorgangs. Der Mechanismus der Inhibition von GM II durch die Leitstruktur beinhaltet einen Wasser-katalysierten (oder auch Wasser-vermittelten) Ring{\"o}ffnungsschritt in der Tasche des Enzyms. Die Testrechnungen zum Protontransfer haben gezeigt, dass der Protontransfer {\"u}ber ein oder mehrere Wassermolek{\"u}le unter Verwendung von Standard-PES-Berechnungen nicht spontan stattfindet. Die Berechnung des MEP durch das Erstellen einer 3-dimensionalen Potentialhyperfl{\"a}che kann nur dann sinnvolle Ergebnisse liefern, wenn der Protontransfer vom Aspartat Asp341 zum Inhibitor {\"u}ber zwei Wassermolek{\"u}le explizit ber{\"u}cksichtigt wird. In diesem Fall ist die Berechnung der PES kein Standard und erfordert eine zus{\"a}tzliche Variation der Bindungsabst{\"a}nde O-H der beteiligten Molek{\"u}le des Protontransfers. Die Details f{\"u}r die zus{\"a}tzliche Variation der Bindungsabst{\"a}nde O-H bei der Berechnung der 3-dimensionalen PES haben die NEB-Berechnungen geliefert. Der NEB-Formalismus hat sich in der Beschreibung dieser komplexen Reaktionskoordinaten als besser geeignet erwiesen und wurde in dieser Arbeit aus diesem Grund haupts{\"a}chlich verwendet. Die Berechnung des Protonentransfers w{\"a}hrend einer Hemmungsreaktion durch zwei Wassermolek{\"u}le mit der NEB-Methode hat den MEP ermittelt, welcher zun{\"a}chst nicht auf der Grundlage eines 3-dimensionalen Scans ermittelt werden konnte. Solche QM/MM-Rechnungen wurden im Rahmen des in-house Protokolls zum ersten Mal durchgef{\"u}hrt. Dieser Protontransfer ist mit dem Grotthus-Mechanismus konform und kann plausibel anhand einer Klapp-Mechanismus-Betrachtung nachvollzogen werden. Mit Hilfe der NEB-Methode ist es m{\"o}glich MEPs effektiv und relativ schnell zu ermitteln. Es werden sowohl die Geometrien entlang des Pfades wie auch die einzelnen relativen Energien erhalten. Zur {\"U}berpr{\"u}fung der gefundenen {\"U}bergangszust{\"a}nde wurden die einzelnen Strukturen mit Hilfe der Normalmodenanalyse weiter untersucht und konnten verifiziert werden. Die MEP-Berechnungen f{\"u}r den Inhibitor Nr.1 erm{\"o}glichen die Etablierung eines Protokolls zur Berechnung eines Reaktionspfades {\"u}ber mehrere Molek{\"u}le, welches anschließend zur Berechnung des MEP f{\"u}r den Inhibitor Nr.7 angewendet wird. Das Protokoll beinhaltet in seiner einfachen Form die Ermittlung der Two-End-Komponenten einer chemischen Reaktion - Geometrien von Reaktant und Produkt. Betrifft dies eine Reaktion, die {\"u}ber mehrere Molek{\"u}le, z.B. Wassermolek{\"u}le oder deren Netzwerk, stattfindet, wird die Aufgabe komplexer. In diesem Fall ist eine Berechnung mit Hilfe des NEB-Moduls wesentlich produktiver als die Charakterisierung mit Hilfe der 3-dimensionalen PES. Der Vorteil liegt in der kollektiven Beschreibung der Reaktionskoordinaten, sodass die entscheidenden Reaktionskoordinaten und Variablen f{\"u}r die Durchf{\"u}hrung von Scans nicht einzeln bestimmt werden m{\"u}ssen. Dennoch kann es hier bei komplexen Reaktionskoordinaten auch zu Konvergenzproblemen bzw. zu langwierigen Optimierungszyklen kommen. Als weiteres Resultat liefern die durchgef{\"u}hrten MEP-Berechnungen Einblicke in die katalytischen Eigenschaften der Wassermolek{\"u}le f{\"u}r den Proton{\"u}bertragungsmechanismus nach Grotthus. Die Daten zeigen, dass die Barriere am niedrigsten wird, wenn zwei Wassermolek{\"u}le beim Protontransfer beteiligt sind. Wenn nur ein oder gar kein Wassermolek{\"u}l die Ring{\"o}ffnung katalysiert, steigt die Barriere auf 12 und 17 kcal/mol. Die Untersuchung in diesem Teil der Arbeit l{\"a}sst zudem Einblicke in die nukleophile Substitution der Vollacetale in der Enzym-Tasche der GM II erlangen. Die Rechnungen deuten darauf hin, dass die Vollacetal-Inhibitoren durch Wassermolek{\"u}le in der Tasche aktiviert werden. Die ausgebildeten Wasserstoffbr{\"u}ckenbindungen beg{\"u}nstigen die Geometrie des Enzym-Inhibitor-Komplexes. Dies bef{\"o}rdert die Ring{\"o}ffnungreaktion gleichzeitig mit dem nucleophilen Angriff des Aspartatrestes an dem C1-Atom des Inhibitors. Im Falle des gemischten Acetal-Inhibitors hingegen wird die Treibkraft bereits durch die Einf{\"u}hrung des Stickstoffatoms deutlich erh{\"o}ht. Durch die richtig angeordneten Grotthus-Wassermolek{\"u}le ist in diesem Fall die Barriere der Proton{\"u}bertragung durch das Aspartat-Aspartat-System der GM II (Asp341/Asp240) sekund{\"a}r. Betrachtet man die Schwingungsbewegung entlang der imagin{\"a}ren Moden der {\"U}bergangszust{\"a}nde, sind diese in beiden E-I-Komplexen {\"a}hnlich. Hierbei wird eine synergistische Bewegung der Bindungsabst{\"a}nde OD2-C1-O6 (Inhibitor Nr.1) bzw. OD2-C1-N (Inhibitor Nr.7) beobachtet. Die Entwicklung der kovalent-reversiblen Inhibitoren f{\"u}r das Enzym Rhodesain wurde in Zusammenarbeit mit dem Arbeitskreis Prof.Dr. T. Schirmeister durchgef{\"u}hrt. Als Leitstruktur zur Entwicklung des neuen kovalent-reversiblen Vinylsulfon-Inhibitors 4-Pyridyl-Phenylalanyl-Homophenylalanyl-alpha-Fluor-Phenylvinylsulfon dient in diesem Projekt der kovalent-irreversibel bindende Inhibitor K777, f{\"u}r den kristallographische Daten bekannt sind. Im Rahmen des Protokolls wurde eine Reihe von Inhibitoren untersucht, in denen ein alpha-H-Atom der Vinylsulfon-Einheit (im Weiteren VS f{\"u}r Vinylsulfon) durch verschiedene Gruppen X substituiert wurde. F{\"u}r den zun{\"a}chst vorgeschlagenen Cyano-Substituent (CN) in einem VS-Inhibitor ergab sich bei Berechnungen in einem polaren L{\"o}sungsmittel eine relativ niedrige Reaktionsenergie, d.h. es wurde eine reversible Reaktion vorhergesagt. Dies wurde experimentell best{\"a}tigt. Die theoretischen und experimentellen Ergebnisse von Schritt II widersprechen sich aber. W{\"a}hrend experimentell eine schwache reversible Hemmung gefunden wurde, sagten die Berechnungen keine Hemmung voraus. Tats{\"a}chlich zeigte sich im Nachhinein, dass die experimentell gefundene Hemmung nicht-kompetitiv ist, d.h. nicht in der aktiven Tasche stattfindet. Im Rahmen des Protokolls werden dagegen nur die kompetitiv interagierenden Inhibitoren ausgewertet. An dieser Stelle lassen sich die anhand theoretischen Methoden erhaltenen Daten {\"u}ber die Reversibilit{\"a}t der Hemmung (Reaktion im aktiven Zentrum) mit den Ergebnissen aus den experimentellen Untersuchungen (Reaktion außerhalb des aktiven Zentrums) nicht vergleichen. Durch den Wechsel von CN zu Halogenen wurde schließlich eine neue Reihe von Inhibitoren auf VS-Basis entwickelt. Die Berechnungen von Reaktionsenergien in L{\"o}sung und im Enzym haben f{\"u}r diese Inhibitoren eine reversible Hemmung vorhergesagt. Allerdings findet man eine einfache Additionsreaktion an der Doppelbindung der Vinylsulfon-Gruppe. F{\"u}r X=CN wurde von einer SN2-Reaktion ausgegangen. F{\"u}r X=Br fand man, dass sich nach der Addition ein HBr-Molek{\"u}l abspaltet, sodass die Hemmung insgesamt irreversibel ist. Da die Substitutionsreaktion ein irreversibler Prozess ist und die Freisetzung von Bromwasserstoff durch die experimentellen Untersuchungen best{\"a}tigt werden konnte, scheint Fluor ein geeigneter Substituent zu sein (X=F). Hier konnte man auch experimentell eine deutlich bessere Hemmung messen. Es wurden daher die Berechnungen im Enzym f{\"u}r Systeme mit den Inhibitoren K777-X mit X=F und X=H (K777-F- und K777-H-Inhibitor) durchgef{\"u}hrt und analysiert. In der vorliegenden Arbeit wurde versucht, die Reversibilit{\"a}t des K777-F-Inhibitors gegen die Irreversibilit{\"a}t des K777-H-Inhibitors durch die quantenmechanischen Berechnungen im Rahmen des Protokolls darzulegen. Die QM/MM-Berechnungen unterteilen sich in zwei Bereiche. Zun{\"a}chst wurde das Reaktionsprofil (auch Reaktionspfad) der Additionsreaktion des K777-X-Inhibitors an die aktive Tasche von Rhodesain ausgehend von der vorhandenen Kristallstruktur (PDB-Datei) berechnet. Im Folgenden wird dieses Teilergebnis als XP-Berechnung (im Weiteren XP f{\"u}r X-ray-Pfad) bezeichnet. Alle vier PES (X=H, F, Br und Cl) weisen prinzipiell die gleiche Form auf. Es ergeben sich aber Unterschiede in den berechneten Reaktionsenergien der Additionsreaktion (-20, -16, -10 und -11 kcal/mol). Die Reaktionsenergien der Substituenten Brom und Chlor entsprechen dem Bereich f{\"u}r reversible Reaktionen (ca. -10 kcal/mol), wobei Fluor mit -16 kcal/mol einen Grenzfall darstellt. Die Konturen der beiden PES (X=H vs. X=F) sind allerdings sehr {\"a}hnlich: In beiden F{\"a}llen findet sich f{\"u}r das anionische Intermediat kein Minimum. In der Potentialhyperfl{\"a}che f{\"u}r X=F steigt die Barriere der R{\"u}ckreaktion zwischen dem Intermediat und dem nicht-kovalenten Komplex auf etwa 5 kcal/mol an, die R{\"u}ckreaktion ist im Vergleich zu dem X=H mit ca. 1,5 kcal/mol leicht exotherm. Das ver{\"a}nderte Verh{\"a}ltnis zwischen der H{\"o}he der Reaktionsbarriere und dem Betrag der Reaktionsenergie (der {\"U}bergang von der endothermen zur exothermen Reaktion) auf diesem Abschnitt der PES k{\"o}nnte dazu beitragen, dass die Gesamtreaktion insgesamt reversibel ablaufen kann. Die Reversibilit{\"a}t des Inhibitors mit dem Substituenten Fluor l{\"a}sst sich auf diesem Schritt der Untersuchung durch die Absenkung der Reaktionsenergie der Additionsreaktion auf etwa 16 kcal/mol erkl{\"a}ren, denn die irreversible Reaktionen wurden bisher mit deutlich h{\"o}heren Reaktionsenergien assoziiert. Die erhaltenen nicht-kovalenten Enzym-Inhibitor-Komplexe der XP-Berechnungen wurden in einem zweiten Teilergebnis weiter verwendet, indem der Reaktionspfad der Additionsreaktion des K777-X-Inhibitors vom nicht-kovalenten Enzym-Inhibitor-Komplex zum kovalenten Enzym-Inhibitor-Komplex hin berechnet wurde. Im Folgenden wird dieses Teilergebnis als NP-Berechnung (NP f{\"u}r Nicht-kovalente-Pfad) bezeichnet. Die Berechnung der Reaktionsprofile der Additionsreaktion des VS-Inhibitors f{\"u}r X=H und X=F am alpha-Kohlenstoffatom der VS-Kopfgruppe lieferte konsistente Ergebnisse in Bezug auf die Reaktionsenergien. {\"A}hnlich den XP-Berechnungen, wurde ebenfalls die Tendenz der Absenkung der Reaktionsenergie von -7 kcal/mol (X=H) auf -4,3 (X=F) und -0,9 kcal/mol (X=Br) beobachtet. Die Thermodynamik der Additionsreaktion wurde durch einen Wechsel des Substituenten X von H nach F in der VS-Kopfgruppe des K777-X Inhibitors beeinflusst, indem die niedrigere Energiedifferenz zwischen den Edukten und den Produkten erzielt werden konnte. F{\"u}r beide Teile der Arbeit (XP- und NP-Berechnungen) implizierte dies einen Wechsel von einem irreversiblen zum einem reversiblen Verlauf in der Beschreibung der Reaktionsprofile. Die Ergebnisse des zweiten Teils der Arbeit (NP-Berechnungen) liefern nicht nur die konsistent geringeren Reaktionsenergien (Thermodynamik) sondern auch die h{\"o}heren Reaktionsbarrieren der Additionsreaktion im Vergleich zu den Ergebnissen der XP-Berechnungen. Die {\"A}nderungen der Reaktionsbarrieren im NP-Ansatz weisen zus{\"a}tzliche Diskrepanzen auf, wenn diese jeweils mittels der PES-Scan- und CI-NEB-Dimer-Methodik berechnet werden. W{\"a}hrend die Barriere des irreversiblen Inhibitors K11777 mit dem NEB-Ansatz ca. 11 kcal/mol betr{\"a}gt und durch den PES-Scan nur um 4 kcal/mol h{\"o}her liegt, ergibt sich eine umgekehrte Situation beim {\"U}bergang zu Fluor als Substituent: Durch die NEB-Berechnung liegt die Barriere bei ca. 18 kcal/mol und durch den PES-Scan ergibt sich eine um 4 kcal/mol niedrig liegende Barriere. Um die Ergebnisse der NP-Berechnungen zu {\"u}berpr{\"u}fen, wurden diese QM/MM-Rechnungen wiederholt durchgef{\"u}hrt. In den beiden neu durchgef{\"u}hrten Berechnungen f{\"u}r die Inhibitoren K777-X mit X=H und X=F wurden nur sehr kleine Abweichungen gefunden, die kleiner als die Fehler der Berechnung sind. Die Startstrukturen f{\"u}r die Berechnung des MEP stammten aus der erneut durchgef{\"u}hrten MD-Simulation an der Geometrie des nicht-kovalenten Enzym-Inhibitor-Komplexes, welche die XP-Berechnung resultierte. Die Gesamtdauer der MD-Simulation wurde zu einem Wert von 9 ns gew{\"a}hlt, welche insgesamt 900 Startstrukturen entlang der Simulation lieferte. Die Berechnung ergab die Reaktionsenergie von -8,4 kcal/mol (-7,0 kcal/mol als erstes Ergebnis) und die relative Energie des Int-Komplexes von 13,2 kcal/mol. Somit betr{\"a}gt die Barriere der R{\"u}ckreaktion zur Freisetzung des Inhibitors K11777 (X=H) in Form von einem nicht-kovalenten Enzym-Inhibitor-Komplex einen Wert von 21,6 kcal/mol. In analoger Vorgehensweise wurde die Evaluierung der NP-Berechnung f{\"u}r den Inhibitor K777-X mit X=F durchgef{\"u}hrt. Die Reaktionsenergien in den beiden Berechnungen unterscheiden sich in einem marginalen Abstieg zu den Werten von -2,9 kcal/mol und -3,3 kcal/mol (-4,3 kcal/mol als erstes Ergebnis). Beide Berechnungen liefern zudem die relativ kleinen Anstiege der Reaktionsbarriere zu den Werten von 19,8 kcal/mol und 20,9 kcal/mol. F{\"u}r die Inhibitoren K777-X mit X=H und X=F entsprechen die gefundenen Barrieren einer verzerrten Konformation des nicht-kovalenten Enzym-Inhibitor-Komplexes, die als eine bioaktive Konformation bezeichnet werden kann. Der anionische {\"U}bergangszustand Int*, der oft in der Literatur als ein anionisches Intermediat der Additionsreaktion bezeichnet wird, wurde nur f{\"u}r den Inhibitor mit dem Substituenten Brom (K777-X mit X=Br) identifiziert. Da der {\"U}bergangszustand (Int* mit der relativen Energie von 11,1 kcal/mol) nur 1,5 kcal/mol {\"u}ber der bioaktiven Konformation (Int mit der relativen Energie von 12,6 kcal/mol) liegt und die NEB-Reaktionspfade alleine die Barrieren {\"u}bersch{\"a}tzen, besitzen die anionischen {\"U}bergangszust{\"a}nde der Additionsreaktion der Inhibitoren mit X=H und X=F eine gesch{\"a}tzte relative Energie mit vergleichbaren Abweichungen von ca. 2 kcal/mol zu den identifizierten Int-Geometrien. Die durchgef{\"u}hrten Berechnungen zeigen, dass die Substituenten X=H und X=F im Vergleich zum Brom die anionischen Geometrien der nicht-kovalenten Enzym-Inhibitor-Komplexe jedoch mangelhaft bis ausreichend stabilisieren k{\"o}nnen. Zus{\"a}tzlich liegt die gesch{\"a}tzte Energiedifferenz zwischen den Geometrien Int* und Int unter der m{\"o}glichen Fehlergrenze der Berechnungen (ca. 3-4 kcal/mol). Aus diesem Grund misslang die Optimierung in Richtung der metastabilen anionischen Geometrien Int* mit Hilfe der CI-NEB-Dimer-Methodik im Fall der VS-Inhibitoren K777-X mit X=H und X=F. Der direkte Vergleich der geometrischen Parameter der nicht-kovalenten Enzym-Inhibitor-Komplexe f{\"u}r den Inhibitor K777-F aus den XP-Berechnungen mit solchen aus den NP-Berechnungen l{\"a}sst darauf schließen, dass die Geometrien der Enzym-Inhibitor-Komplexe der XP-Berechnung nur die lokalen Minima mit der verzerrten Geometrie des Inhibitors auf der PES darstellen und die Gesamtinformation {\"u}ber die Barrieren der Reaktion durch die Ergebnisse aus der NP-Berechnung erg{\"a}nzt werden sollten. Zusammenfassend sagen die Berechnungen f{\"u}r die reaktiven Kopfgruppen der Substanzklasse der halogenierten Vinylsulfone K777-X (X=Br, Cl und F) im Vergleich zur Leitstruktur des Vinylsulfon-Inhibitors K11777 deutlich geringere exotherme Additionsreaktionen im aktiven Zentrum von Rhodesain voraus. Dar{\"u}berhinaus konnte anhand der QM/MM-Berechnungen ein experimentell gemessenen verlangsamten Verlauf der reversiblen Inhibition im Falle von X=F (Inhibitor K777-X) durch die relativ erh{\"o}hte Reaktionsbarriere im Vergleich zur Leitstruktur erkl{\"a}rt werden. Dieser Inhibitor dient zun{\"a}chst als ein erfolgreich selektiertes reaktives Ger{\"u}st des neuen Inhibitors K777-X-S3 mit X=F und S3=4-Pyridyl (K777-F-Pyr), welcher mit Hilfe des Docking-Experiments (Schritt III durch die Arbeitsgruppe Prof.Dr. T. Schirmeister) deutlich verbessert werden konnte. Die Affinit{\"a}t des durch Docking verbesserten VS-Inhibitors mit Fluor als Substituent durch die eingef{\"u}hrte Seitenkette S3=4-Pyridyl (4-Pyridyl-Phenylalanyl-Homophenylalanyl-(Phenyl)-alpha-F-Vinylsulfon) stieg im Rhodesain von 190 nM zu 32 nM (Schritt IV, experimenteller Teil). Gleichzeitig konnte durch die QM/MM-Berechnungen in Schritt IV gezeigt werden, dass die Reaktion der reaktiven Kopfgruppe im neuen Inhibitor immer noch eine kovalent-reversible Hemmung von Rhodesain darstellt, auch wenn die Erkennungseinheit ge{\"a}ndert wurde. Hierf{\"u}r kann man die beiden Reaktionsprofile der NP-Berechnungen vergleichen. Die beiden fluorierten VS-Inhibitoren weisen eine {\"A}hnlichkeit bez{\"u}glich der Barrierenh{\"o}he und der Reaktionsenergie auf. Der fluorierte Vinylsulfon-Inhibitor K777-F wurde somit als ein neuer kovalent-reversibler Vinylsulfon-Inhibitor der Cysteinprotease Rhodesain erfolgreich eingef{\"u}gt.},
  subject      = {Computational Chemistry},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Gerlach2023,
  author    = {Gerlach, Marius David},
  title     = {Spectroscopy of fulminic acid HCNO with VUV- and soft X-ray radiation},
  doi       = {10.25972/OPUS-32972},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-329722},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Die Fulmins{\"a}ure HCNO wurde zum ersten Mal im Jahre 1800 synthetisiert und wurde seitdem immer wieder verwendet, um neue chemische Konzepte und Theorien zu entwickeln. Durch die erstmalige Entdeckung der Fulmins{\"a}ure im Weltall im Jahr 2009 ist die Fulmins{\"a}ure heutzutage vor allem im Bereich der Astrochemie interessant. In dieser Doktorarbeit haben wir die Interaktion von Fulmins{\"a}ure mit interstellar Strahlung, genauer mit VUV- sowie weicher R{\"o}ntgenstrahlung untersucht. In Zuge der Messung mit VUV-Strahlung konnten wir das Photoelektronenspektrum von HCNO mit hoher Aufl{\"o}sung aufnehmen und den Renner-Teller verzerrten Grundzustand des Kations mit Hilfe von Wellenpaketdynamiksimulationen beschreiben. Außerdem konnten wir den Mechanismus der dissoziativen Photoionisation bis zu einer Bindungsenergie von 15.3 eV aufkl{\"a}ren. Mit weicher R{\"o}ntgenstrahlung ist es m{\"o}glich die 1s Elektronen des HCNO zu ionisieren oder anzuregen. Der erzeugte Zustand zerf{\"a}llt anschließend durch einen Auger-Meitner Prozess, bei dem ein Auger-Elektron erzeugt wird. Im Zuge der Auger-Elektronenspektroskopie haben wir die kinetische Energie dieser Elektronen gemessen und konnten mittels quantenchemischer Rechnung die beobachten Signale analysieren. Wir untersuchten außerdem, wie das durch den Auger-Meitner Prozess erzeugte Ion zerf{\"a}llt. Hier konnten wir eine Selektivit{\"a}t des Zerfalls beobachten, je nachdem welches der 1s Elektronen im ersten Schritt angeregt oder ionisiert wurde. Diese Beobachtung konnten wir durch ein einfaches thermodynamisches Argument erkl{\"a}ren. Diese Arbeit gibt also ein vollst{\"a}ndiges Bild {\"u}ber die Interaktion von HCNO mit ionisierender Strahlung. Die erhaltenen Daten k{\"o}nnten f{\"u}r die Beschreibung von HCNO im interstellaren Raum Bedeutung haben.},
  subject      = {Chemie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Luettig2023,
  author    = {L{\"u}ttig, Julian Konstantin},
  title     = {Coherent Higher-Order Spectroscopy: Investigating Multi-Exciton Interaction},
  doi       = {10.25972/OPUS-29318},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-293182},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {The goal of this thesis was the development and application of higher-order spectroscopic techniques. In contrast to ordinary pump-probe (PP) and two-dimensional (2D) spectroscopy, higher-order coherently detected spectroscopic methods measure a polarization that has an order of nonlinearity higher than three. The key idea of the techniques in this thesis is to isolate the higher-order signals from the lower-order signals either by their excitation frequency or by their excitation intensity dependence. Due to the increased number of interactions in higher-order spectroscopy, highly excited states can be probed. For excitonic systems such as aggregates and polymers, the fifth-order signal allows one to directly measure exciton-exciton annihilation (EEA). In polymers and aggregates, the exciton transport is not connected to a change of the absorption and can therefore not be investigated with conventional third-order techniques. In contrast, EEA can be used as a probe to study exciton diffusion in these isonergetic systems. As a part of this thesis, anisotropy in fifth-order 2D spectroscopy was investigated and was used to study geometric properties in polymers. In 2D spectroscopy, the multi-quantum signals are separated from each other by their spectral position along the excitation axis. This concept can be extended systematically to higher signals. Another approach to isolate multi-quantum signals in PP spectroscopy utilizes the excitation intensity. The PP signal is measured at specific excitation intensities and linear combinations of these measurements result in different signal contributions. However, these signals do not correspond to clean nonlinear signals because the higher-order signals contaminate the lower-order multi-quantum signals. In this thesis, a correction protocol was derived that uses the isolated multiquantum signals, both from 2D spectroscopy and from PP spectroscopy, to remove the contamination of higher-order signals resulting in clean nonlinear signals. Using the correction on the third-order signal allows one to obtain annihilation-free signals at high excitation intensities, i.e., with high signal-to-noise ratio. Isolation and correction in PP and 2D spectroscopy were directly compared by measuring the clean third-order signals of squaraine oligomers at high excitation intensities. Furthermore, higher-order PP spectroscopy was used to isolate up to the 13th nonlinear order of squaraine polymers. The demonstrated spectroscopic techniques represent general procedures to isolate clean signals in terms of perturbation theory. The technique of higher-order PP spectroscopy needs only small modifications of ordinary PP setups which opens the field of higher-order spectroscopy to the broad scientific community. The technique to obtain clean nonlinear signals allows one to systematically increase the number of interacting (quasi)particles in a system and to characterize their interaction energies and dynamics.},
  subject      = {Coherent Multidimensional Spectroscopy},
  language  = {en}
}
@article{AhmedOjhaHirschetal.2017,
  author    = {Ahmed, Bilal and Ojha, Animesh K. and Hirsch, Florian and Fischer, Ingo and Patrice, Donfack and Materny, Arnulf},
  title     = {Tailoring of enhanced interfacial polarization in WO\(_3\) nanorods grown over reduced graphene oxide synthesized by a one-step hydrothermal method},
  series = {RSC Advances},
  volume    = {7},
  journal   = {RSC Advances},
  number    = {23},
  doi       = {10.1039/c7ra00730b},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-181829},
  pages     = {13985-13996},
  year      = {2017},
  abstract  = {In the present report, well-defined WO3 nanorods (NRs) and a rGO-WO\(_3\) composite were successfully synthesized using a one-pot hydrothermal method. The crystal phase, structural morphology, shape, and size of the as-synthesized samples were studied using X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) measurements. The optical properties of the synthesized samples were investigated by Raman, ultraviolet-visible (UV-Vis) and photoluminescence (PL) spectroscopy. Raman spectroscopy and TEM results validate the formation of WO\(_3\) (NRs) on the rGO sheet. The value of the dielectric constant (ε′) of WO3 NRs and rGO-WO\(_3\) composite is decreased with an increase in frequency. At low frequency (2.5 to 3.5 Hz), the value of ε′ for the rGO-WO3 composite is greater than that of pure WO\(_3\) NRs. This could be due to the fact that the induced charges follow the ac signal. However, at higher frequency (3.4 to 6.0), the value of ε′ for the rGO-WO\(_3\) composite is less compared to that of the pure WO3 NRs. The overall decrease in the value of ε′ could be due to the occurrence of a polarization process at the interface of the rGO sheet and WO3 NRs. Enhanced interfacial polarization in the rGO-WO\(_3\) composite is observed, which may be attributed to the presence of polar functional groups on the rGO sheet. These functional groups trap charge carriers at the interface, resulting in an enhancement of the interfacial polarization. The value of the dielectric modulus is also calculated to further confirm this enhancement. The values of the ac conductivity of the WO\(_3\) NRs and rGO-WO\(_3\) composite were calculated as a function of the frequency. The greater value of the ac conductivity in the rGO-WO\(_3\) composite compared to that of the WO\(_3\) NRs confirms the restoration of the sp:\(^{++}\) network during the in situ synthesis of the rGO-WO\(_3\) composite, which is well supported by the results obtained by Raman spectroscopy.},
  language  = {en}
}
@article{SchuergerEngel2023,
  author    = {Sch{\"u}rger, Peter and Engel, Volker},
  title     = {On the relation between nodal structures in quantum wave functions and particle correlation},
  series = {AIP Advances},
  volume    = {13},
  journal   = {AIP Advances},
  number    = {12},
  doi       = {10.1063/5.0180004},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-350361},
  year      = {2023},
  abstract  = {We study the influence of nodal structures in two-dimensional quantum mechanical densities on wave packet entanglement. This is motivated by our recent study [Entropy, 25, 970 (2023)], which showed that the mutual information derived from the momentum-space probability density of a coupled two-particle system exhibits an unusual time dependence, which is not encountered if the position-space density is employed in the calculation. In studying a model density, here, we identify cases where the mutual information increases with the number of nodes in the wave function and approaches a finite value, whereas in this limit, the linear correlation vanishes. The results of the analytical model are then applied to interpret the correlation measures for coupled electron-nuclear dynamics, which are treated by numerically solving the time-dependent Schr{\"o}dinger equation.},
  language  = {en}
}
@article{SchmidtFantuzziKlopfetal.2021,
  author    = {Schmidt, Paul and Fantuzzi, Felipe and Klopf, Jonas and Schr{\"o}der, Niklas B. and Dewhurst, Rian D. and Braunschweig, Holger and Engel, Volker and Engels, Bernd},
  title     = {Twisting versus delocalization in CAAC- and NHC-stabilized boron-based biradicals: the roles of sterics and electronics},
  series = {Chemistry - A European Journal},
  volume    = {27},
  journal   = {Chemistry - A European Journal},
  number    = {16},
  doi       = {10.1002/chem.202004619},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-256636},
  pages     = {5160-5170},
  year      = {2021},
  abstract  = {Twisted boron-based biradicals featuring unsaturated C\(_2\)R\(_2\) (R=Et, Me) bridges and stabilization by cyclic (alkyl)(amino)carbenes (CAACs) were recently prepared. These species show remarkable geometrical and electronic differences with respect to their unbridged counterparts. Herein, a thorough computational investigation on the origin of their distinct electrostructural properties is performed. It is shown that steric effects are mostly responsible for the preference for twisted over planar structures. The ground-state multiplicity of the twisted structure is modulated by the σ framework of the bridge, and different R groups lead to distinct multiplicities. In line with the experimental data, a planar structure driven by delocalization effects is observed as global minimum for R=H. The synthetic elusiveness of C\(_2\)R\(_2\)-bridged systems featuring N-heterocyclic carbenes (NHCs) was also investigated. These results could contribute to the engineering of novel main group biradicals.},
  language  = {en}
}
@article{RoyTroesterFantuzzietal.2021,
  author    = {Roy, Dipak Kumar and Tr{\"o}ster, Tobias and Fantuzzi, Felipe and Dewhurst, Rian D. and Lenczyk, Carsten and Radacki, Krzysztof and Pranckevicius, Conor and Engels, Bernd and Braunschweig, Holger},
  title     = {Isolation and Reactivity of an Antiaromatic s-Block Metal Compound},
  series = {Angewandte Chemie International Edition},
  volume    = {60},
  journal   = {Angewandte Chemie International Edition},
  number    = {7},
  doi       = {10.1002/anie.202014557},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-224447},
  pages     = {3812 -- 3819},
  year      = {2021},
  abstract  = {The concepts of aromaticity and antiaromaticity have a long history, and countless demonstrations of these phenomena have been made with molecules based on elements from the p, d, and f blocks of the periodic table. In contrast, the limited oxidation-state flexibility of the s-block metals has long stood in the way of their participation in sophisticated π-bonding arrangements, and truly antiaromatic systems containing s-block metals are altogether absent or remain poorly defined. Using spectroscopic, structural, and computational techniques, we present herein the synthesis and authentication of a heterocyclic compound containing the alkaline earth metal beryllium that exhibits significant antiaromaticity, and detail its chemical reduction and Lewis-base-coordination chemistry.},
  language  = {en}
}
@article{DietschreitWagnerLeetal.2020,
  author    = {Dietschreit, Johannes C. B. and Wagner, Annika and Le, T. Anh and Klein, Philipp and Schindelin, Hermann and Opatz, Till and Engels, Bernd and Hellmich, Ute A. and Ochsenfeld, Christian},
  title     = {Predicting \(^{19}\)F NMR Chemical Shifts: A Combined Computational and Experimental Study of a Trypanosomal Oxidoreductase-Inhibitor Complex},
  series = {Angewandte Chemie International Edition},
  volume    = {59},
  journal   = {Angewandte Chemie International Edition},
  number    = {31},
  doi       = {10.1002/anie.202000539},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-214879},
  pages     = {12669 -- 12673},
  year      = {2020},
  abstract  = {The absence of fluorine from most biomolecules renders it an excellent probe for NMR spectroscopy to monitor inhibitor-protein interactions. However, predicting the binding mode of a fluorinated ligand from a chemical shift (or vice versa) has been challenging due to the high electron density of the fluorine atom. Nonetheless, reliable \(^{19}\)F chemical-shift predictions to deduce ligand-binding modes hold great potential for in silico drug design. Herein, we present a systematic QM/MM study to predict the \(^{19}\)F NMR chemical shifts of a covalently bound fluorinated inhibitor to the essential oxidoreductase tryparedoxin (Tpx) from African trypanosomes, the causative agent of African sleeping sickness. We include many protein-inhibitor conformations as well as monomeric and dimeric inhibitor-protein complexes, thus rendering it the largest computational study on chemical shifts of \(^{19}\)F nuclei in a biological context to date. Our predicted shifts agree well with those obtained experimentally and pave the way for future work in this area.},
  language  = {en}
}
@article{SchleierReuschLummeletal.2019,
  author    = {Schleier, Domenik and Reusch, Engelbert and Lummel, Lisa and Hemberger, Patrick and Fischer, Ingo},
  title     = {Threshold photoelectron spectroscopy of IO and IOH},
  series = {ChemPhysChem},
  volume    = {20},
  journal   = {ChemPhysChem},
  number    = {19},
  doi       = {10.1002/cphc.201900813},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-204751},
  pages     = {2413-2416},
  year      = {2019},
  abstract  = {Iodine oxides appear as reactive intermediates in atmospheric chemistry. Here, we investigate IO and HOI by mass-selective threshold photoelectron spectroscopy (ms-TPES), using synchrotron radiation. IO and HOI are generated by photolyzing iodine in the presence of ozone. For both molecules, accurate ionization energies are determined, 9.71±0.02 eV for IO and 9.79±0.02 eV for HOI. The strong spin-spin interaction in the 3Σ- ground state of IO+ leads to an energy splitting into the Ω=0 and Ω=±1 sublevels. Upon ionization, the I-O bond shortens significantly in both molecules; thus, a vibrational progression, assigned to the I-O stretch, is apparent in both spectra.},
  language  = {en}
}
@article{TurkinHolzapfelAgarwaletal.2021,
  author    = {Turkin, Arthur and Holzapfel, Marco and Agarwal, Mohit and Fischermeier, David and Mitric, Roland and Schweins, Ralf and Gr{\"o}hns, Franziska and Lambert, Christoph},
  title     = {Solvent Induced Helix Folding of Defined Indolenine Squaraine Oligomers},
  series = {Chemistry—A European Journal},
  volume    = {27},
  journal   = {Chemistry—A European Journal},
  number    = {32},
  doi       = {10.1002/chem.202101063},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-256869},
  pages     = {8380-8389},
  year      = {2021},
  abstract  = {A protecting group strategy was employed to synthesise a series of indolenine squaraine dye oligomers up to the nonamer. The longer oligomers show a distinct solvent dependence of the absorption spectra, that is, either a strong blue shift or a strong red shift of the lowest energy bands in the near infrared spectral region. This behaviour is explained by exciton coupling theory as being due to H- or J-type coupling of transition moments. The H-type coupling is a consequence of a helix folding in solvents with a small Hansen dispersity index. DOSY NMR, small angle neutron scattering (SANS), quantum chemical and force field calculations agree upon a helix structure with an unusually large pitch and open voids that are filled with solvent molecules, thereby forming a kind of clathrate. The thermodynamic parameters of the folding process were determined by temperature dependent optical absorption spectra.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Roeding2018,
  author    = {R{\"o}ding, Sebastian},
  title     = {Coherent Multidimensional Spectroscopy in Molecular Beams and Liquids Using Incoherent Observables},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-156726},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Umsetzung einer experimentellen Herangehensweise, welche die koh{\"a}rente zweidimensionale (2D) Spektroskopie an Proben in unterschiedlichen Aggregatzust{\"a}nden erm{\"o}glicht. Hierzu wurde zun{\"a}chst ein Aufbau f{\"u}r fl{\"u}ssige Proben realisiert, in welchem die emittierte Fluoreszenz als Messsignal zur Aufnahme der 2D Spektren genutzt wird. Im Gegensatz zu dieser bereits etablierten Methode in der fl{\"u}ssigen Phase stellt die in dieser Arbeit außerdem vorgestellte 2D Spektroskopie an gasf{\"o}rmigen Proben in einem Molekularstrahl einen neuen Ansatz dar. Hierbei werden zum ersten Mal Kationen mittels eines Flugzeitmassenspektrometers als Signal verwendet und somit ionen-spezifische 2D Spektren isolierter Molek{\"u}le erhalten. Zus{\"a}tzlich zu den experimentellen Entwicklungen wurde in dieser Arbeit ein neues Konzept zur Datenerfassung in der 2D Spektroskopie entworfen, welches mit Hilfe einer optimierten Signalabtastung und eines Compressed-Sensing Rekonstruktionsalgorithmus die Aufnahmezeit der Daten deutlich reduziert. Charakteristisch f{\"u}r die in dieser Arbeit eingesetzte Variante der 2D Spektroskopie ist die Verwendung einer phasenkoh{\"a}renten Sequenz bestehend aus vier Laserimpulsen in einer kollinearen Laserstrahlgeometrie zur Anregung der Probe. Diese Impulssequenz wurde durch einen Laserimpulsformer erzeugt, der durch {\"A}nderung der relevanten Laserimpulsparameter mit der Wiederholrate des Lasers eine schnelle Datenerfassung erm{\"o}glicht. Die Antwort der Probe auf diese Anregung wurde durch inkoh{\"a}rente Observablen gemessen, welche proportional zur Population des angeregten Zustandes sind, wie zum Beispiel Fluoreszenz oder Ionen. Um aus diesem Signal w{\"a}hrend der Datenanalyse die gew{\"u}nschten nichtlinearen Beitr{\"a}ge zu extrahieren, wurde die Messung mit verschiedenen Kombinationen der relativen Phase zwischen den Laserimpulsen wiederholt ("Phase Cycling"). Der Aufbau zur 2D Spektroskopie in fl{\"u}ssiger Phase mit Fluoreszenz-Detektion wurde an Hand von 2D Spektren des Laserfarbstoffes Cresyl Violett charakterisiert. Hierbei wurden Oszillationen in verschiedenen Bereichen des 2D Spektrums beobachtet, welche durch vibronische Koh{\"a}renzen hervorgerufen werden und mit fr{\"u}heren Beobachtungen in der Literatur {\"u}bereinstimmen. Mit dem gleichen Datensatz wurde im n{\"a}chsten Schritt das neue Konzept zur optimierten Datenerfassung demonstriert. Um ein optimiertes Schema f{\"u}r die Signalabtastung zu finden, wurde ein genetischer Algorithmus implementiert, wobei nur ein Viertel der eigentlichen Datenpunkte zur Messwerterfassung verwendet werden sollte. Dies reduziert die Zeitdauer der Datenerfassung auf ein Viertel der urspr{\"u}nglichen Messzeit. Die Rekonstruktion des vollst{\"a}ndigen Signales erfolgte mit Hilfe einer neuartigen, kompakten Darstellung von 2D Spektren basierend auf der von Neumann Basis. Diese Herangehensweise ben{\"o}tigte im Vergleich zur {\"u}blicherweise verwendeten Fourier Basis nur ein Sechstel der Koeffizienten um das Signal vollst{\"a}ndig darzustellen und erm{\"o}glichte so die erfolgreiche Rekonstruktion der Oszillationen in Cresyl Violett aus einem reduzierten Datensatz. Mit Hilfe der neuartigen koh{\"a}renten 2D Spektroskopie an Molekularstrahlen wurden {\"U}berg{\"a}nge von hoch angeregten Rydberg-Zust{\"a}nden ins ionische Kontinuum in Stickstoffdioxid untersucht. Als dominierender Beitrag stellte sich hierbei der {\"U}bergang in auto-ionisierende Zust{\"a}nde heraus. Ein wesentlicher Vorteil der Datenerfassung {\"u}ber ein Flugzeitmassenspektrometer ist die M{\"o}glichkeit der gleichzeitigen Aufnahme von 2D Spektren der Edukte und Produkte einer chemischen Reaktion. Dies wurde in Experimenten zur Mehrphotonenionisation gezeigt, in denen deutliche Unterschiede in den 2D Spektren des Stickstoffdioxid-Kations und des Stickstoffmonoxid-Fragmentes sichtbar wurden, welche auf unterschiedliche Antwortfunktionen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sind. Die in dieser Arbeit entwickelten experimentellen Techniken erm{\"o}glichen die schnelle Aufnahme von 2D Spektren f{\"u}r Proben in unterschiedlichen Aggregatzust{\"a}nden und erlauben einen zuverl{\"a}ssigen, direkten Vergleich der Ergebnisse. Sie sind deshalb ein Wegbereiter f{\"u}r zuk{\"u}nftige Untersuchungen der Eigenschaften quantenmechanischer Koh{\"a}renzen in photophysikalischen Prozessen oder w{\"a}hrend photochemischer Reaktionen in unterschiedlichen Aggregatzust{\"a}nden.},
  subject      = {Femtosekundenspektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Wehner2018,
  author    = {Wehner, Johannes},
  title     = {Wellenfunktionsbasierte Analyse zweidimensionaler Spektren: Wellenpaketbewegung in Dimeren und Quantendiffusionsdynamik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-163555},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Diese Arbeit befasst sich mit der st{\"o}rungstheoretischen Berechnung von zweidimensionalen Photonen-Echo-Spektren f{\"u}r das elektronische und vibronische Modell eines Homo- und Hetero-Dimers sowie f{\"u}r ein vibronisches Modell eines Monomers unter dem Einfluss einer System-Bad-Wechselwirkung. Bei der Analyse der Dimerspektren steht neben der Orientierungsmittelung der Polarisation dritter Ordnung der Unterschied zwischen elektronischen und vibronischen Spektren sowie der Vergleich der Spektren von Homo- und Hetero-Dimeren im Zentrum des Interesses. Bei der Analyse der Monomer-Spektren steht die Behandlung einer dissipativen Dynamik bzw. des vibrational-coolings innerhalb eines stochastischen Ansatzes im Vordergrund. Der erste Teil dieser Arbeit konzentriert sich auf die st{\"o}rungstheoretische Berechnung der Polarisation dritter Ordnung in Dimeren. Dabei werden alle Aspekte und Ergebnisse f{\"u}r verschiedene Geometrien der {\"U}bergangsdipolmomente analysiert und diskutiert. Die Berechnungen ber{\"u}cksichtigen dabei auch die zuf{\"a}llige Anordnung der Molek{\"u}le in der Probe. Die Zusammenh{\"a}nge zwischen den 2D-Spektren und den Eigenschaften der Monomereinheiten, die Abh{\"a}ngigkeit der Intensit{\"a}ten mancher Peaks von der zeitlichen Abfolge der Pulse sowie der Einfluss der elektronischen Kopplung und verschiedener {\"U}bergangsdipolmomente erm{\"o}glichen ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis der elektronischen Photonen-Echo-Spektren. Im elektronischen Dimer wird der Hetero-Dimer-Charakter durch verschiedene Monomeranregungsenergien sowie unterschiedliche {\"U}bergangsdipolmomente der Monomereinheiten bestimmt. Der Einfluss dieser Gr{\"o}ßen auf die Photonen-Echo-Spektren kann durch die Kombination einer detaillierten analytischen Betrachtung und numerischen Rechnungen anschaulich nachvollzogen werden. In der vibronischen Betrachtungsweise zeigt sich, dass die Spektren deutlich an Komplexit{\"a}t gewinnen. Durch die Vibrationsfreiheitsgrade vervielfachen sich die m{\"o}glichen {\"U}berg{\"a}nge im System und damit die m{\"o}glichen Peakpositionen im Spektrum. Jeder Peak spaltet in eine Vibrationssubstruktur auf, die je nach ihrer energetischen Position mit anderen {\"u}berlagern kann. Der Vergleich zwischen Homo- und Hetero-Dimer-Spektren wird durch die Wahl verschiedener Vibrationsfrequenzen und unterschiedlicher Gleichgewichtsabst{\"a}nde entlang der Vibrationskoordinaten erweitert. Die Berechnung des Orientierungsmittels erfolgt mit zwei verschiedenen Ans{\"a}tzen. Zum einen wird das Mittel durch den numerischen sampling-Ansatz berechnet. Dabei werden Azimutal- und Polarwinkel in kleinen Winkelinkrementen abgetastet und f{\"u}r jede Kombination ein 2D-Spektrum berechnet. Die Einzelspektren werden anschließend gemittelt. Diese Methode erweist sich im Dimer als sehr effektiv. Zum anderen erlaubt die analytische Auswertung der Polarisation dritter Ordnung, das gemittelte Spektrum direkt in einer einzelnen Rechnung durch winkelgemittelte Gewichtungsfaktoren zu bestimmen. Bei der Berechnung der elektronischen 2D-Spektren ist diese Methode sehr leistungsf{\"a}hig, da alle Ausdr{\"u}cke analytisch bekannt sind. F{\"u}r vibronische Systeme ist dieser Ansatz ebenfalls sehr leistungsstark, ben{\"o}tigt aber eine einmalige aufwendige Analyse vor der Berechnung. Trotz der deutlich erh{\"o}hten Anzahl an Zustandsvektoren, die propagiert werden m{\"u}ssen, ist diese Methode circa zweimal schneller als die direkte Mittelung mit der sampling-Methode. Im zweiten Teil konzentriert sich die Arbeit auf die Beschreibung eines Monomers, das sich in einer dissipativen Umgebung befindet. Dabei wird auf die L{\"o}sung einer stochastischen Schr{\"o}dingergleichung zur{\"u}ckgegriffen. Speziell wird die sogenannte quantum-state-diffusion-Methode benutzt. Dabei werden nicht nur die Erwartungswerte f{\"u}r die Energie und den Ort, sondern auch die Polarisation dritter Ordnung - eine phasensensitive Gr{\"o}ße - bestimmt. In der theoretischen Fragestellung wird dabei, ausgehend von der von-Neumann Gleichung, die Zeitentwicklung der reduzierten Dichtematrix durch die Integration einer stochastischen zeitabh{\"a}ngigen Schr{\"o}dingergleichung reproduziert. In Rechnungen koppelt die Stochastik {\"u}ber die Erwartungswerte von Ort und Impuls die verschiedenen st{\"o}rungstheoretischen Korrekturen der Wellenfunktion miteinander. Die Spektren, die aus den numerischen Simulationen erhalten werden, spiegeln das dissipative Verhalten des Systems detailliert wider. Eine Analyse der Erwartungswerte von Ort und Energie zeigt, dass sich die einzelnen elektronischen Zust{\"a}nde wie ged{\"a}mpfte harmonische Oszillatoren verhalten und jeweils einen exponentiellen Zerfall abh{\"a}ngig von der Dissipationskonstante zeigen. Dieser Teil der Arbeit erweitert vorausgehende Untersuchungen, bei denen ein vereinfachter Ansatz zu Einsatz kam, der die korrelierte Stochastik nicht ber{\"u}cksichtigte.},
  subject      = {Molekulardynamik},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schott2018,
  author    = {Schott, Sebastian},
  title     = {Identification of trihalide photodissociation patterns by global vibrational wavepacket analysis of broadband magic-angle transient absorption data},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-159677},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {The invention of laser pulse shapers allowed for various quantum control experiments, where a chemical reaction is guided by specifically tailored laser pulses. However, despite of the prominent role of the liquid phase in chemistry, no successful attempt for controlling the selectivity of a bond-fission reaction has yet been reported in this state of matter. Promising candidates for such an experiment are C\$_{\infty\mathrm{v}}\$-symmetric trihalide anions with two different chemical bonds like \$\ce{I2Cl-}\$, because these molecules notionally offer the most simplest selectivity-control scenario of breaking either the one or the other bond and they are expected to dissociate under ultraviolet (UV) irradiation like it is known for the most-studied trihalide \$\ce{I3-}\$. In order to investigate in this thesis the possibility that the dissociation reaction of such trihalides branches into two different photofragments, the ultrafast photodissociation dynamics of \$\ce{I3-}\$, \$\ce{Br3-}\$, \$\ce{IBr2-}\$ and \$\ce{ICl2-}\$ (point group D\$_{\infty\mathrm{h}}\$) as well as of \$\ce{I2Br-}\$ and \$\ce{I2Cl-}\$ (point group C\$_{\infty\mathrm{v}}\$) in dichloromethane solution were measured with broadband transient absorption spectroscopy in magic-angle configuration. The identification of the reaction pathway(s) relies on vibrational wavepacket oscillations, which survive the dissociation process and therefore carry not only informations about the reactant trihalides but also about the fragment dihalides. These characteristic vibrational wavenumbers were extracted from the measured transient absorption spectra by globally fitting the population dynamics together with the wavepacket dynamics. Until recently, such a combined model function was not available in the well-established fitting tool Glotaran. This made it inevitable to develop a custom implementation of the underlying variable-projection fitting algorithm, for which the computer-algebra software Mathematica was chosen. Mathematica's sophisticated built-in functions allow not only for a high flexibility in constructing arbitrary model functions, but also offer the possibility to automatically calculate the derivative(s) of a model function. This allows the fitting procedure to use the exact Jacobian matrix instead of approximating it with the finite difference method. Against the expectation, only one of the two thinkable photodissociation channels was found for each of the investigated C\$_{\infty\mathrm{v}}\$ trihalides. Since the photofragments recombine, their absorption signal as well as the reactant ground state bleach recover. This happens in a biexponential manner, which in the case of \$\ce{I3-}\$ was interpreted by Ruhman and coworkers with the direct formation of a neutral dihalogen fragment \$\ce{I2}\$ beside the negatively charged dihalide fragment \$\ce{I2-}\$. In this thesis, such a direct reaction channel was not found and instead the fast component of the biexponential decay is explained with vibrational excess energy mediating the recombination-preceding electron transfer process \$\ce{I2- + I -> I2 + I-}\$, while the slow component is attributed to cooled-down fragments. In addition to the trihalide experiments, the possibility of a magic-angle configuration for polarization-shaping control experiments was theoretically investigated in this thesis by deriving magic-angle conditions for the third-order electric-dipole response signal of arbitrarily polarized laser pulses. Furthermore, the subtleties of anisotropy signals violating the well-known range of \numrange{-0.2}{0.4} were studied.},
  subject      = {Femtosekundenspektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schaupp2022,
  author    = {Schaupp, Thomas},
  title     = {Quantendynamik korrelierter Elektronen- und Kernbewegung},
  doi       = {10.25972/OPUS-23774},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-237743},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2022},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit werden unterschiedliche Aspekte der korrelierten Elektronen-Kerndynamik, anhand verschiedener Modellsysteme untersucht. Dabei wird vor allem auf den Vergleich numerisch exakter und approximativer Methoden zur Beschreibung der Wellenpaketdynamik eingegangen, wobei bei letzterem das Augenmerk auf der Born-Oppenheimer (BO) N{\"a}herung liegt. Die verwendeten Modellsysteme erlauben es, die gekoppelte Elektronen-Kern-Dynamik exakt zu beschreiben. Die daraus gewonnenen Ergebnisse dienen als Referenz f{\"u}r den Vergleich mit den N{\"a}herungsmethoden. Im ersten Teil der Arbeit wird die Dynamik eines Wellenpakets in der Umgebung einer Konischen-Durchschneidung (CI) untersucht, wobei die Beschreibung des Wellenpakets quantenmechanisch und durch die klassische Mechanik im Phasenraum erfolgt. Im zweiten Teil wird die Wahrscheinlichkeitsflussdichte untersucht. Zuerst wird ein Fall konstruiert, in welchem die Bewegung im elektronischen Grundzustand stattfindet, sodass die Bedingungen der BO N{\"a}herung erf{\"u}llt sind. Dabei wird vor allem auf das Verschwinden der elektronischen Wahrscheinlichkeitsflussdichte innerhalb der BO N{\"a}herung eingegangen. Im weiteren Verlauf werden die Flussdichten in der Umgebung einer CI untersucht, wobei unterschiedliche Situationen modelliert werden. Im dritten Teil wird die Berechnung des elektronischen Impulserwartungswerts innerhalb der BO N{\"a}herung untersucht. Dieser verschwindet innerhalb der BO N{\"a}herung, wenn man diesen direkt berechnet (Geschwindigkeitsform), w{\"a}hrend man {\"u}ber das Ehrenfest Theorem (L{\"a}ngenform) sehr gute Werte erh{\"a}lt. Im vierten Teil wird eine neue Flussdichte, die Translationsflussdichte, vorgestellt. Diese ergibt sich aus der {\"U}berlegung, dass die Geschwindigkeitsform des Impulserwartungswerts durch die Wahrscheinlichkeitsflussdichte ausgedr{\"u}ckt werden kann. Demnach muss auch die L{\"a}ngenform einer Flussdichte entsprechen und man erh{\"a}lt die Translationsflussdichte.},
  subject      = {Quantenmechanik},
  language  = {de}
}
@article{RestPhilipsDuennebackeetal.2020,
  author    = {Rest, Christina and Philips, Divya Susan and D{\"u}nnebacke, Torsten and Sutar, Papri and Sampedro, Angel and Droste, J{\"o}rn and Stepanenko, Vladimir and Hansen, Michael Ryan and Albuquerque, Rodrigo Q. and Fern{\´a}ndez, Gustavo},
  title     = {Tuning Aqueous Supramolecular Polymerization by an Acid-Responsive Conformational Switch},
  series = {Chemistry - A European Journal},
  volume    = {26},
  journal   = {Chemistry - A European Journal},
  number    = {44},
  doi       = {10.1002/chem.202001566},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-218118},
  pages     = {10005 -- 10013},
  year      = {2020},
  abstract  = {Besides their widespread use in coordination chemistry, 2,2'-bipyridines are known for their ability to undergo cis-trans conformational changes in response to metal ions and acids, which has been primarily investigated at the molecular level. However, the exploitation of such conformational switching in self-assembly has remained unexplored. In this work, the use of 2,2'-bipyridines as acid-responsive conformational switches to tune supramolecular polymerization processes has been demonstrated. To achieve this goal, we have designed a bipyridine-based linear bolaamphiphile, 1, that forms ordered supramolecular polymers in aqueous media through cooperative aromatic and hydrophobic interactions. Interestingly, addition of acid (TFA) induces the monoprotonation of the 2,2'-bipyridine moiety, leading to a switch in the molecular conformation from a linear (trans) to a V-shaped (cis) state. This increase in molecular distortion along with electrostatic repulsions of the positively charged bipyridine-H\(^{+}\) units attenuate the aggregation tendency and induce a transformation from long fibers to shorter thinner fibers. Our findings may contribute to opening up new directions in molecular switches and stimuli-responsive supramolecular materials.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Preitschopf2023,
  author    = {Preitschopf, Tobias},
  title     = {Disentangling the Formation of PAHs in Extreme Environments by IR/UV Double Resonance Spectroscopy},
  doi       = {10.25972/OPUS-32279},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-322791},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2023},
  abstract  = {Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are considered as key building blocks in the formation of carbonaceous particles such as soot. In our immediate surroundings, they are mainly generated in incomplete combustion processes and are further considered as carriers of the Unidentified Infrared Bands which are detected in a wide variety of astrophysical envelopes in the interstellar medium. Currently, astrochemical as well as combustion related models favour small resonance stabilized radicals (RSR) as major contributors to PAHs in sequential reactions. Therefore, we generated two RSR under well-defined conditions to investigate their contribution to PAH formation in a pyrolysis microreactor. The various reaction products were identified by IR/UV ion dip spectroscopy which combines the mass-selectivity of UV light with the structural sensitivity of IR radiation. Finally, we investigated the intermolecular interactions in azaphenanthrene dimers in combination with high-level theoretical calculations and found a preferential formation of pi-stacked van der Waals cluster in a molecular jet expansion.},
  subject      = {Infrarotspektroskopie},
  language  = {en}
}