Dustin Kaiser

• 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 molecularIn 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.…
• Im Rahmen dieser Arbeit wurden Berechnungsansätze für die Modellierung mit Standardverfahren näherungsweise berechenbarer molekularer und spektroskopischer Probleme diskutiert. Zunächst wurden die spektroskopischen Eigenschaften der biradikalischen Moleküle Methylbismut, Diphenylacetylen, Pentadiynylidin (sowie dessen methylsubstituierte Derivate) und Diphenylpropynyliden untersucht. Diese Forschungsvorhaben wurden in Zusammenarbeit mit experimentell arbeitenden physi kalischen und synthetischen Chemikern durchgeführt. Der Vergleich von sowohlIm Rahmen dieser Arbeit wurden Berechnungsansätze für die Modellierung mit Standardverfahren näherungsweise berechenbarer molekularer und spektroskopischer Probleme diskutiert. Zunächst wurden die spektroskopischen Eigenschaften der biradikalischen Moleküle Methylbismut, Diphenylacetylen, Pentadiynylidin (sowie dessen methylsubstituierte Derivate) und Diphenylpropynyliden untersucht. Diese Forschungsvorhaben wurden in Zusammenarbeit mit experimentell arbeitenden physi kalischen und synthetischen Chemikern durchgeführt. Der Vergleich von sowohl spek troskopisch als auch durch theoretische Rechnungen erlagter Erkenntnisse erlaubt eine genaue Charakterisierung der physiko-chemischen Eigenschaften der Moleküle. Mit Hilfe von computergestützter Modellierung wurden die Ionisierungsenergien und die Absorptionsspektren der Ionisierung in der Franck-Condon-Approximation berechnet. Für Methylbismut wurden skalar-relativistische und Pseudopotenzial-basierte Ansätze zur Berechnung verwendet. Durch Analyse der angeregten elektronischen Zustände und ihrer geometrieabhängigen energetischen Eigenschaften, konnte das transiente Absorptionsspektrum von Diphenylpropynyliden genau charakterisiert und rational isiert werden. ...…