Ab initio-Molekulardynamik-Simulationen wasserstoffverbrückter Systeme: von der Aggregationskinetik bis zur thermischen Umwandlung

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Mithilfe von ab initio-Molekulardynamiksimulationen werden die Systeme (Formamid)n(H2O)m, Tryptophan*(H2O)n und Phenylalanin*(H2O)n untersucht. Dabei wird die Systemgröße (n,m) systematisch variiert, angefangen bei den isolierten Molekülen über mikrosolvatisierte Cluster bis hin zur kondensierten, flüssigen und festen, Phase. Studiert werden in einem ersten Schritt die Strukturen und IR-Spektren der energetisch stabilsten lokalen Minima. Im zweiten Schritt interessiert vor allem die Dynamik von Konformationsänderungen und chemischen Umwandlungen durch Protonentransfer, wie z.B. die keto-enol-Reaktion des Formamids und der neutralzwitterionisch-Übergang der Aminosäuren. Entsprechende Aktivierungsbarrieren der freien Energie werden durch thermodynamische Integration berechnet. Darüber hinaus wird die Entstehung von Aggregaten, also der Zusammenstoß zweier Moleküle oder Cluster, simuliert. Die theoretischen Vorhersagen können unmittelbar mit den spektroskopischen Messungen im Düsenstrahl (Teilprojekt E), in Matrixisolation (Teilprojekt G) und an Co-Kristallisaten (Teilprojekt A) verglichen und zu deren Interpretation herangezogen werden.