Untersuchung der Excimerbildung von 9,10-Dichloroanthrazen

Durch moderne Laserspektroskopie ist es mittlerweile möglich,
chemische Reaktionen mit einer Zeitauflösung von wenigen
Femtosekunden zu untersuchen. Auf der anderen Seite kann die
Molekülstruktur mithilfe von Röntgenstrukturanalyse sehr exakt
bestimmt werden. Die vorliegende Doktorarbeit beschäftigt sich
damit, diese beiden Gebiete zusammenzubringen. Der erste Teil der
Dissertation beschreibt den Aufbau einer Laserplasmaquelle am
Lehrstuhl für BioMolekulare Optik. Ein hochenergetischer
Laserimpuls wird in einer Vakuumkammer auf ein Kupferband
fokussiert. Dabei entsteht charakteristische
Kupfer-K-alpha-Strahlung, die auf die kristalline Probe abgebildet
wird. Ein zweiter Laserimpuls induziert in der Probe eine chemische
Reaktion, die die Kristallstruktur ändert. Mit diesem Aufbau sind
Röntgenbeugungsmessungen mit einer Zeitauflösung von wenigen
hundert Femtosekunden möglich. An einem möglichen Probenkristall,
DIABN, wurden zudem Transmissionsmessungen mit einer
Röntgen-Streak-Kamera durchgeführt. Dieses Molekül zeigt einen
Ladungstransferzustand auch in der kristallinen Phase, welcher mit
einer Strukturänderung einhergeht. Der Ladungstransfer beeinflusst
aber auch die Ausrichtung der umgebenden Moleküle, was die
Extinktion des Kristalls stark verändert. Dieser Effekt kann mit
zeitaufgelösten Transmissionsmessungen untersucht werden, bevor
Röntgenbeugungsexperimente durchgeführt werden. Der Hauptteil der
Dissertation handelt von der Excimerbildung in
9,10-Dichloroanthrazen (DCA). Mit zeitaufgelöster Emissions- und
Absorptionsspektroskopie wurde zunächst das Verhalten in Lösung
beobachtet. Hier konnte erstmals eine detaillierte Studie zur
Konzentrationsabhängigkeit der Excimerbildung von DCA erstellt
werden. Mit den dabei gewonnen Erkenntnissen konnte eine
vergleichende Untersuchung der beiden Kristallformen, alpha und
beta, durchgeführt werden. Entgegen andersartigen Darstellungen in
der Literatur konnte gezeigt werden, dass in der alpha-Form keine
Excimerbildung stattfindet, während für die beta-Form die
Bildungsrate bei Raumtemperatur bestimmt werden konnte. Die
experimentellen Befunde lassen sich wie folgt erklären: Während in
Lösung die Bildungsrate mit der Konzentration steigt, da es ein
diffusionskontrollierter Prozess ist, sind im Kristall die
beteiligten Moleküle relativ starr im Kristallgitter fixiert. In
der beta-Form verhindert die relative Anordnung der Moleküle eine
Excimerbildung, wohingegen in der alpha-Form die Moleküle fast
perfekt parallel ausgerichtet sind und innerhalb kürzester Zeit ein
Excimer bilden. Dieses System ist eine ideale Probe für die neu
aufgebaute Laserplasmaquelle.