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Synthese und Untersuchung von Derivaten des Azobenzols mit Silananker zur Darstellung photoschaltbarer Oberflächen

dc.contributor.advisorDiederichsen, Ulf Prof. Dr.de
dc.contributor.authorMöller, Stephaniede
dc.date.accessioned2013-07-09T10:58:41Zde
dc.date.available2013-07-09T10:58:41Zde
dc.date.issued2013-07-09de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0001-BAB3-Ade
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3923
dc.description.abstractZiel der Arbeit war die Synthese von Derivaten des Azobenzols mit Silananker zur Darstellung photoschaltbarer Oberflächen. Dies ist ein Ansatz zum Aufbau photoschaltbarer Oberflächen, bei der nur ein Reaktionsschritt an der Oberfläche benötigt wird und keine weitere Oberflächenreaktion zur Funktionalisierung der Oberfläche gebraucht wird, wie sie in der Literatur beschrieben werden. In der vorliegenden Arbeit wird eine Vorschrift zur Synthese photoschaltbarer Organosilane mit unterschiedlichen Endgruppen beschrieben. Dieses Verfahren basiert auf der Darstellung photoschaltbarer Organothiole auf Goldoberflächen. Die Charakterisierung der synthetisierten Verbindungen erfolgt mittels 1H-NMR, 13C-NMR, IR, DC und GC-MS. Die analytische Kontrolle der Edukte und der weiteren synthetisierten Zwischenstufen mit endständigen funktionellen Gruppen und aller photoschaltbaren Organosilane zeigt, dass alle photoschaltbaren Organosilane erfolgreich synthetisiert werden, jedoch mit unterschiedlicher Reinheit. Auf Grund der Silanankergruppe wird jede dieser Verbindungen kovalent auf eine SiO2-Oberfläche gebunden. Die Schichtdicke wird mittels Ellipsometrie bestimmt und eine weitere Charakterisierung erfolgte durch die Bestimmung des Kontaktwinkels verschiedener Flüssigkeiten. Die Synthese der Derivate des Azobenzols mit Silananker erfolgt in mehreren Stufen. Im ersten Schritt erfolgt die Darstellung eines Farbstoffs durch ein in para-Stellung substituiertes Anilin über die Azokupplung. Im zweiten Schritt wird eine Alkylkette durch eine nukleophile Substitution mit 11-Brom-1-undecen bzw. 6-Brom-1-hexen erreicht und im dritten Syntheseschritt wird eine Silanankergruppe mittels Hydrosilylierung angebunden. Die Beschichtung von SiO2-Oberflächen wird durch den Prozess der Self-Assembled Monolayer erreicht. Dabei werden monosubstituierte Organochlorsilane verwendet, da diese im Gegensatz zu Trichlorsilanen bessere Monolayer ausbilden. Es werden verschiedene endständige funktionelle Gruppen eingeführt, so dass mit steigender Kettenlänge immer dickere bzw. dichtere Schichten gebildet werden. Die unterschiedliche Ausbildung eines Oberflächenfilms eines photoschaltbaren Azofarbstoffes nach der ersten bzw. zweiten Synthesestufe mit endständiger C10-Kette als funktionelle Gruppe an einer Wasser-Luft-Grenzfläche wird mit der Brewster-Winkel-Mikroskopie in Kombination mit einem Langmuir-Pockels-Trog gezeigt. Der höhere Platzbedarf für die cis-Konfiguration im Gegensatz zur trans-Konfiguration wird nach Bestrahlung der Oberfläche aus den aufgenommenen Schubflächen-Isothermen bestimmt. Die für die Photoisomerisierung benötigten scheinbaren Aktivierungsenergien werden mittels Arrhenius-Gleichung an Hand der UV-/VIS-Spektren bestimmt und diskutiert. Es wird gezeigt, dass diese nicht nur abhängig von dem Substituenten R, sondern auch von den verwendeten Lösungsmitteln sind, wobei diese Abhängigkeit auf der Grundlage der verschiedenen Reaktionsmechanismen der Photoisomerisierung erörtert wird. Bei allen Farbstoffen wird eine trans-/cis-Konfigurations-änderung der chemischen Verbindung bei Bestrahlung mit Licht entsprechender Wellenlängen in verschiedenen Lösungsmitteln beobachtet. Die nachfolgende Rückreaktion (cis-/trans-Konfigurationsänderung) wird nur bei denjenigen Farbstoffen beobachtet, die einen hohen Extinktionskoeffizienten in Lösung besitzen. Die Beeinflussung der Benetzbarkeit wird während der Konfigurationsänderung auf diesen photoschaltbaren Oberflächen durch Kontaktwinkelmessungen untersucht. Diese wird durch die Bildung einer homogenen Oberfläche beeinflusst. Die Homogenität der Oberfläche zeigt die Hysterese, die abhängt von den funktionellen Gruppen der synthetisierten photoschaltbaren Organosilane. Die trans-/cis-Konfigurationsänderung auf einer Oberfläche erfolgte durch Bestrahlung der Oberfläche mit UV- bzw. blauem Licht. Die Einführung einer Alkylkette (C5 bzw. C10) als funktionelle Endgruppe führt zum Teil zu einer Verbesserung der Homogenität der Oberfläche. Durch Mischbeschichtungen von photoschaltbaren und nicht-photoschaltbaren verbessert sich die Änderung des Kontaktwinkels bei der Bestrahlung der photoschalbaren Oberflächen nicht, so dass auch andere Lösungsansätze z.B. die Verwendung anderer Oberflächen, die Erhöhung der Konzentration der photoschaltbaren Verbindungen an der Oberfläche oder der Einsatz hydrophiler Endgruppen in der Diskussion berücksichtigt werden.  de
dc.language.isodeude
dc.publisherNiedersächsische Staats- und Universitätsbibliothek Göttingende
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/
dc.subject.ddc540de
dc.titleSynthese und Untersuchung von Derivaten des Azobenzols mit Silananker zur Darstellung photoschaltbarer Oberflächende
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedSynthesis and investigation of derivatives of azobenzene with silane anchor to design photoswitchable surfacesde
dc.contributor.refereeDiederichsen, Ulf Prof. Dr.de
dc.date.examination2013-04-18de
dc.description.abstractengThe aim of this work is the synthesis of derivatives of azobenzene with silane anchor to form photoswitchable surfaces. This is an approach to create photoswitchable surfaces in a single-step reaction to functionalize surfaces as previously described in the literature for thiol anchors. This work describes the synthesis of photoswitchable organosilanes with various functionalizations based on photoswitchable organothiols on gold surfaces. The synthesized molecules are characterized by 1H-NMR, 13C-NMR, IR, TLC and GC-MS. All spectra show the successful synthesis of all organosilanes at various purities. The presence of the silane anchor allows these molecules to be bound covalently on SiO2-surfaces. The thickness of layers was calculated by ellipsometry and the surface wetting properties were characterized by contact angle measurement. The derivatives of azobenzene with silane anchors are synthesized in several steps. First chromophores are built up by azo coupling. The second step is nucleophilic substitution with 11-bromo-undecene ore 6-bromohexene and the third step is the hydrolysation to create silane anchors. Silicon surfaces are coated by self-assembly using monofunctional organosilanes because they form better monolayers. With increasing length of the groups thicker and denser monolayers are created. The quality of surface films of these photoswitchable dyes after first or second step of synthesis with C10-alkylchain terminations are shown by Brewster-angle microscopy in combination with a Langmuir–Blodgett trough. The results show that these molecules need more space in cis-configuration than in trans-configuration as can be seen from pressure-area isotherms. The apparent energy required for photoisomerisation was calculated by the Arrhenius-equation and discussed. The activation energy depends either on building homogeneous surfaces characterized by hysteresis and different functional groups of synthesized photoswitchable organosilanes. The change in trans-/cis-configuration on surfaces is introduced by irradiating these surfaces at UV- or violet frequencies. Varying the lengths of the alkyl chain (C5 or C10) of functional groups improves the surface homogeneity. By using a mixed layer of photoswitchable and non-switchable molecules the control of surface wettability could not be improved.de
dc.contributor.coRefereeVana, Philipp Prof. Dr.de
dc.subject.gerAzobenzolde
dc.subject.gerphotoschaltbarde
dc.subject.gerOrganosilanede
dc.subject.gerAktivierungsenergiede
dc.subject.gerBeschichtungde
dc.subject.engazobenzenede
dc.subject.engphotoswitchablede
dc.subject.engorganosilanede
dc.subject.engactivation energyde
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-11858/00-1735-0000-0001-BAB3-A-3de
dc.affiliation.instituteFakultät für Chemiede
dc.subject.gokfullChemie  (PPN62138352X)de
dc.identifier.ppn751503592de


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