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Forschende finden Zugang zu neuen fluoreszierenden Materialien |
 Fluoreszenz ist ein Natur-Phänomen und beruht darauf, dass gewisse Materialien Licht einer bestimmten Wellenlänge aufnehmen und anschließend Licht einer anderen Wellenlänge wieder abgeben können. Fluoreszierende Stoffe spielen eine große Rolle in unserem Alltag, etwa für moderne Displays. Aufgrund des hohen Anwendungsbedarfes ist die Wissenschaft bestrebt, immer neue und einfach zugängliche Moleküle mit hoher Effizienz der Fluoreszenz herzustellen. Chemikerin Prof. Dr. Evamarie Hey-Hawkins von der Universität Leipzig und ihre Kolleg:innen haben sich auf eine bestimmte Klasse von fluoreszierender Materialien spezialisiert – die Phosphole.
Diese bestehen aus Kohlenwasserstoffgerüsten mit einem zentralen
Phosphoratom. In Experimenten mit diesem Stoff hat Nils König aus der
Arbeitsgruppe von Hey-Hawkins Zugang zu neuen fluoreszierenden
Materialien gefunden.
„Phosphole lassen sich durch bestimmte
chemische Reaktionen modifizieren, was einen gravierenden Einfluss auf
die Farbe und Effizienz der Fluoreszenz des Moleküls hat. Eine weitere
Besonderheit dieser Substanzen ist ihre propellerartige Struktur“,
erklärt König. Werden diese Moleküle in einem Lösungsmittel gelöst und
mit UV-Licht bestrahlt, zeigen diese keine Fluoreszenz. Die aufgenommene
Energie wird in Form von Drehbewegungen abgegeben, was diese Moleküle
wie ein Propeller im Lösungsmittel rotieren lässt. Im kristallinen
Zustand sind diese Rotationsmöglichkeiten jedoch stark eingeschränkt,
was diese Substanzen unter UV-Licht stark fluoreszieren lässt. Dieses
Verhalten ist unter dem Begriff der Aggregations-induzierten Emission
(AIE) bekannt.
In dem kürzlich erschienenen Paper konnten Nils
König und seine Kolleg:innen eine neue Reaktion an AIE-basierten
Phospholen zeigen, was den Zugang zu einer neuen Stoffklasse
ermöglichte. So lassen sich Phosphole unter milden Bedingungen durch
Isocyanate modifizieren, einer reaktiven Stoffklasse bestehend aus den
Elementen Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff, die aufgrund ihrer
industriellen Anwendung im Bereich der Polymer- und Biochemie
preisgünstig und im großen Maßstab verfügbar sind. "Diese der
klassischen organischen Chemie scheinbar widersprechende Reaktion
zeichnet sich durch hohe Ausbeuten und eine exzellente Atomökonomie
aus", sagt König.
Die Untersuchung der optischen Eigenschaften
der neuen Substanzen erfolgte in Kooperation mit dem Institut für
Oberflächenmodifikation (IOM) in Leipzig, sowie dem Center for
Nanotechnology (CeNTech) und der Westfälische Wilhelms-Universität (WWU)
in Münster. Hierbei stellte sich heraus, dass durch die einfache
Modifikation die Effizienz der Fluoreszenz im Vergleich zu den
Ausgangsstoffen deutlich gesteigert werden konnte. Grund dafür ist die
Ausbildung einer einzigartigen Wechselwirkung zwischen Teilen des
Molekülgerüstes, was das Molekül im Festkörper deutlich verfestigt und
zu einer stärkeren Fluoreszenz führt. Die neue Modifikationsmethode
liefert somit einen großen Beitrag zum Verständnis des AIE-Konzepts und
könnte als Werkzeug zur Synthese neuer effizienter Farbstoffe für
Bildschirme oder als Marker von Biomolekülen dienen.
Den Artikel finden Sie unter:
https://www.uni-leipzig.de/newsdetail/artikel/forschende-finden-zugang-zu-neuen-fluoreszierenden-materialien-2023-03-09
Quelle: Universität Leipzig (03/2023)
Publikation:
“Facile
modification of phosphole-based aggregation-induced emission luminogens
with sulfonyl isocyanates”, doi.org/10.1039/D3SC00308F
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/SC/D3SC00308F |
