Computergestützte Studie von Molekülstrukturen - Vergleich von gemessenen und berechneten Spektren Richard Moha Institut für organische Chemie RWTH Aachen.

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1 Computergestützte Studie von Molekülstrukturen - Vergleich von gemessenen und berechneten Spektren Richard Moha Institut für organische Chemie RWTH Aachen

2 Gliederung Allgemeines Prinzip der Spektroskopie ECD-Spektroskopie & Enantiomere Motivation Spektren berechnete Spektren gemessene Spektren Vergleich beider Spektrenarten

3 Spektroskopie Strahlungs- quelle ProbeDetektor allgemeines Prinzip der optischen Spektroskopie

4 ECD-Spektroskopie Änderung der Wellenlänge des Lichtes →unterschiedlich starke Drehung der Ebene des zirkular polarisierten Lichtes Voraussetzung an die Probe: optisch aktive Moleküle enantiomerenrein

5 Enantiomere Bild und Spiegelbild des gleichen Moleküls (S)-Milchsäure(R)-Milchsäure

6 Enantiomere Egal wie das Molekül gedreht wird, das Spiegelbild kann nicht darstellt werden. enantiomerenrein: → Es darf nur eine der Strukturen in der Probe enthalten sein.

7 Motivation Probe Computer-Model gemessenes Spektrum berechnetes Spektrum

8 Motivation Sind gemessenes und be- rechnetes Spektrum gleich? Molekülstruktur der Probe entspricht Struktur des Computermodels ja Probleme: unterschiedliche Darstellungsmodelle mögl. Verschiebung entlang der Achse der Wellenlänge mögl. skalare Verzerrung entlang der Achse des Δε

9 Berechnete Spektren Rotationsstärken des gerechneten Spektrums des Ga(III)-La(III)-Komplexes

10 Berechnete Spektren Berechnung: jeder Rotationsstärke ist eine Bande zuzuordnen jede Bande hat die Form einer Gaußkurve Maximum ist durch Rotationsstärken definiert Halbwertsbreite steht in Abhängigkeit zur Wellenlänge Linearkombination aller Banden ergibt das Spektrum

11 Berechnete Spektren Linearkombination aller Banden ergibt Spektrum des Ga(III)-La(III)-Komplexes

12 Gemessene Spektren Rohdaten des gemessenen Spektrums des Ga(III)-La(III)-Komplexes

13 Gemessene Spektren Glättung des Spektrums Einfache Möglichkeit der Glättung über arithmetisches Mittel Interpolation des Spektrums gerechnetes Spektrum besteht aus Linearkombination von Gaußkurven Interpolation des gemessenen Spektrums durch Linearkombination von Gaußkurven →Reduktion des Rauschens

14 Gemessene Spektren Algorithmus zur Interpolation des gemessenen Spektrums

15 Gemessene Spektren interpoliertes Spektrum über gemessenem Spektrum

16 Vergleich der Spektren bei jedem Spektrum alle lokalen Extrema suchen gemessenes Spektrum berechnetes Spektrum 4 lokale Extrema 3 lokale Extrema 12 mögliche Fits

17 1. lokales Extremum2. lokales Extremum3. lokales Extremum4. lokales Extremum Vergleich der Spektren gemessenes Spektrum: berechnetes Spektrum: 1. lokales Extremum2. lokales Extremum 3. lokales Extremum4. lokales Extremum1. lokales Extremum2. lokales Extremum

18 Fazit und Ausblick Glättung und Interpolation gemessener Spektren. Umwandlung berechneter Spektren. Entwicklung eines Algorithmus um Spektren „automatisch“ vergleichen zu können. In Zukunft: – Einsatz in Laboren für Vergleichsmessungen – Parallele Analyse von Komplexen mit unterschiedlich langen Spacern

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

20 Literatur J. Grunenberg Computational Spectroscopy: Methods, Experiments and Applications 1st edn., Wiley-VCH, 2010. N. Berova, K. Nakanishi, R. W. Woody Circular Dichroism, Principles and Applications Wiley-VCH, Weinheim, 2000. A. Rodger, B. Norden Circular Dichroism and Linear Dichroism, Oxford University Press, 1997. P. Atkins, J. de Paula Elements of Physical Chemistry 4th edn., Oxford University Press, Oxford, 2005. M. Albrecht, E. Isaak, M. Baumert, V. Gossen, G. Raabe, R. Fröhlich, Angew. Chem. Int. Ed., 2011, 50, 2850.