Analyse der räumlichen Gestalt von vollständig aromatischen Dendrimeren
Analyse der räumlichen Gestalt von vollständig aromatischen Dendrimeren
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分析树状香气的形态格式
DOI:
10.1002/ange.200351810
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发表时间:
2004
影响因子:
--
通讯作者:
P. Lindner
中科院分区:
文献类型:
--
作者:
Sabine Rosenfeldt;N. Dingenouts;D. Pötschke;M. Ballauff;A. Berresheim;Klaus Müllen;P. Lindner
Dendrimere üben wegen ihrer regelmäßig verzweigten Struktur und ihrer ungewöhnlichen Eigenschaften eine große Faszination aus.[1–4] Die überwiegende Zahl der bekannten dendritischen Strukturen basiert dabei auf flexiblen Untereinheiten. Wegen der Drehbarkeit um die Bindungen kann ein solches Molekül (Abbildung1b) eine große Zahl an Konformationen annehmen, die sich in ihrer Gestalt deutlich unterscheiden. Vor allem können terminale Gruppen ins Innere des Moleküls zurückgefaltet werden. Anders ist die Situation in dem steifen, vollständig aromatischen Dendrimer G4-M (Abbildung 1a): Hier sind Benzolringe linear oder in definierten Winkeln von 60 oder 1208 zusammengefügt, und die Drehung um einzelne Bindungen zwischen den Ringen kann die Gestalt des Moleküls nur geringfügig ändern. Vor allem ist eine Rückfaltung der terminalen Gruppen unmöglich. Nach der in Abbildung 1b suggerierten „Dense-Shell “-Struktur (Dichte-Schalen-Struktur) haben flexible Dendrimere einen hohlen Innenraum, der durch eine dicht gepackte Schale abgeschlossen ist. Eine derartige „dendritische Schachtel “(dendritic box) sollte sich als molekularer Container verwenden lassen, und viele Überlegungen zu möglichen Anwendungen von Dendrimeren gingen von diesem Bild aus.[1–3] Wesentlich angeregt wurden diese Vorstellungen auch durch eine frühe Arbeit von de Gennes und Hervet, in der eine solche Dichte-Schalen-Struktur modelliert wurde.[5] Spätere theoretische Arbeiten zeigten jedoch überzeugend, dass bei flexiblen Dendrimeren die maximale Dichte im Zentrum des Moleküls liegt („Dichte-Kerne-Modell “) und dass sich die Endgruppen mit einer endlichen Wahrscheinlichkeit an jeder Stelle der dendritischen Struktur befinden können.[6–9] Experimentelle Untersuchungen mithilfe der Kleinwinkelneutronenstreuung (small-angle neutron scattering, SANS [10]) haben dieses Bild in vollem Umfang bestätigt (siehe die Zusammenfassung dieser Arbeiten in Lit.[11]). Insbesondere konnte durch SANS-Messungen die Verteilung der Endgruppen in einem flexiblen Dendrimer der 4. Generation zum ersten Mal experimentell bestimmt werden.[12] Es ist insoweit ein Paradigmenwechsel erfolgt, als die bisher vorherrschende Ad-hoc-Annahme eines Dichte-Schalen-Modells nun durch eine Modellbildung abgelöst wird, die auf den etablierten Ansätzen der Polymerphysik beruht. Um diesen kritischen Punkt zu verdeutlichen, haben wir als den zentralen Testfall die räumliche Struktur des steifen, vollständig aromatischen Dendrimers G4-M [12–17] mithilfe der SANS untersucht.[11, 18–22] Zusammen mit Festkörper-NMR-spektroskopischen Ergebnissen [17] zeigen die hier vorgestellten Resultate, dass steife Dendrimere erwartungsgemäß dem Dichte-Schalen-Modell entsprechen und dass bei genügend hoher Generationenzahl eine hohe Segmentdichte in der Peripherie des Moleküls resultieren muss. Die SANS-Analyse beruht auf der Kontrastvariation, die schon seit längerer Zeit auf gelöste kolloidale Systeme angewendet wird [10, 11] und von der hier nur die wesentlichen Punkte dargestellt werden.[11, 24] Die Streuintensität I0 (q) eines einzelnen gelösten Makromoleküls wird durch den Kontrast 1ŊĀ1m bestimmt, der sich aus der mittleren Streulängendichte 1Ŋ des gelösten Stoffes und der Streulängendichte 1m des Lösungsmittels ergibt.[10] Die Streulänge definiert die Stärke des Streueffekts an den Atomen oder Segmenten. Da die Streuintensität immer auf das jeweilige Streuvolumen bezogen ist, sind die Streulängendichten die entscheidenden Größen. Die Größe q ist der Betrag des Streuvektors, der sich aus dem Streuwinkel q und …