Responsive Materialien auf Basis von Pyren

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden neuartige Alkoxy-modifizierte 2,7-Di-tert-butyl-4,5,9,10-tetra(arylethinyl)pyrene mittels einer einfachen SONOGASHIRA-Kupplungs-Methode synthetisiert und die Kristallstruktur sowie die photophysikalischen Eigenschaften abhängig vom Substitutionsmuster untersucht. Anhand der Einkristallstrukturen wurden eine koplanare Ausrichtung benachbarter Moleküle sowie das Auftreten von π-π-Wechselwirkungen in der molekularen Packung der Pyrene beobachtet. Weiterhin wurde festgestellt, dass die thermischen Eigenschaften und die kristalline Struktur sowie das Aggregationsverhalten maßgeblich vom Substitutions-muster am Pyrenkern beeinflusst werden. Die Wahl der Substituenten übte ebenfalls Einfluss auf das Emissionsverhalten aus. Des Weiteren wurden in dieser Arbeit neue Einkomponenten Sensoren auf Basis von Pyren-modifizierten Polymeren für die selektive Detektion von Proteinen hergestellt. In wässrigen Lösungen wurde aufgrund von hydrophoben Wechselwirkungen zwischen den DMAEMA- und Pyren-Einheiten die Bildung von Polymeraggregaten beobachtet, welche das Auftreten von zwei Emissionsbanden bei 394 und 488 nm bewirkenDurch Erstellen eines optischen Fingerabdrucks anhand der Intensitätsänderungen der Monomer- und Excimeremission des Pyrens und der Auswertung mittels linearer Diskriminanzanalyse (LDA), konnten verschiedene Metall- und Nichtmetallporteine selektiv differenziert werden.

In this work the influence of the substitution pattern on the photophysical properties and the crystalline structure of novel alkyloxy modified 2,7-di-tert-butyl-4,5,9,10-tetra(arylethynyl)pyrenes were studied. The pyrene derivatives have been synthesized by a straightforward SONOGASHIRA coupling methodology. A co-planar stacking of chromophores stabilized by π–π-interactions in the crystal structure was revealed by single-crystal X-ray and computational analyses. The aggregation behavior, the thermal properties and the crystalline packing were strongly influenced by the number and chainlength of the attached alkylether substituents in the periphery of the pyrene core. The choice of different substituents also effected the emission properties. Furthermore, this work presents the synthesis of a novel pyrene-based polymer and its application as an efficient protein sensor. Hydrophobic interactions between the pyrene groups and/or uncharged DMAEMA moieties led to the formation of polymer aggregates in aqueous solution. This aggregation behavior resulted in a dual emissive state with a pyrene monomer emission at 394 nm and the characteristic red-shifted excimer fluorescence at 488 nm. The specific discrimination of various non-metallo- and metallo proteins was realized by using an optical fingerprint approach combined with linear discriminant analysis (LDA) based on the spectral changes of both emission intensities caused by non-specific interactions with the analyte.