Authors:	Bohle, Anne
Title:	Interplay of pi–pi stacking and hydrogen bonding in conjugated supramolecular systems studied by solid-state NMR
Online publication date:	6-Aug-2010
Year of first publication:	2010
Language:	english
Abstract:	In this work supramolecular organic systems based on rigid pi-conjugated building blocks and flexible side chains were studied via solid-state NMR spectroscopy. Specifically, these studies focussed on phenylene ethynylene based macrocycles, polymer systems including polythiophenes, and rod-coil copolymers of oligo(p-benzamide) and poly(ethylene glycol). All systems were studied in terms of the local order and mobility. The central topic of this dissertation was to elucidate the role of the flexible side chains in interplay of different non-covalent interactions, like pi-pi-stacking and hydrogen bonding.Combining the results of this work, it can be concluded that the ratio of the rigid block and the attached alkyl side chains can be crucial for the design of an ordered pi-conjugated supramolecular system. Through alkyl side chains, it is also possible to introduce liquid-crystalline phases in the system, which can foster the local order of the system. Moreover in the studied system longer, unbranched alkyl side chains are better suited to stabilize the corresponding aggregation than shorter, branched ones.The combination of non-covalent interactions such as pi-pi-stacking and hydrogen bonding play an important role for structure formation. However, the effect of pi-pi-stacking interaction is much weaker than the effect of hydrogen bonding and is only observed in systems with a suitable local order. Hence, they are often not strong enough to control the local order. In contrast, hydrogen bonds predominantly influence the structural organization and packing. In comparison the size of the alkyl side chains is only of minor importance. The suppression of certain hydrogen bonds can lead to completely different structures and can induce a specific aggregation behavior. Thus, for the design of a supramolecular ordered system the presence of hydrogen bonding efficiently stabilizes the corresponding structure, but the ratio of hydrogen bond forming groups should be kept low to be able to influence the structure selectively. In dieser Arbeit wurden mit Hilfe der Festkörper NMR Spektroskopie supermolekulare organische Systeme basierend auf starren pi-konjugierten Bausteinen und flexiblen Seitenketten untersucht. Im Fokus der Untersuchung standen hierbei Makrozyklen aus Phenylen-Ethynylen Einheiten, Polythiophen basierte Polymere sowie Rod-Coil Copolymere aus Oligo(p-benzamiden) und Polyethylenglycol. Alle Systeme wurden hinsichtlich ihrer lokalen Ordnung und Mobilität untersucht. Auch der Einfluss der flexiblen Seitenketten auf die Phasenseparation und das Zusammenspiel zwischen pi-pi Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen wurde genauer betrachtet.Mit Hilfe der gewonnen Resultaten kann verallgemeinert werden, dass das Verhältnis der Größe des flexiblen Blocks und der Länge der Seitenketten von großer Bedeutung für das Design hoch geordneter organischer Systeme ist. Durch den Einfluss von flexiblen Seitenketten ist es möglich, flüssigkristalline Phasen zu induzieren, welche durch Vorordnung in der Lage sein können eine Verbesserung der lokalen Ordnung zu erreichen. Im vorliegenden Fall waren unverzweigte längere Alkylketten, im Gegensatz zu kürzeren verzweigten Ketten, besser geeignet eine hohe lokale Ordnung zu stabilisieren. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass eine Kombination aus nicht kovalenten Wechselwirkungen wie pi-pi Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen sehr wichtig ist für die lokale Struktur. Im Gegensatz zu den Wasserstoffbrückenbindungen ist der Einfluss der pi-pi Wechselwirkungen allerdings nur von sekundärer Bedeutung und war nur bei Systemen mit hinreichender lokaler Ordnung beobachtbar. Im Vergleich dazu sind die Wasserstoffbrückenbindungen sehr dominant in ihrem Einfluss auf die Packung und die strukturelle Organisation. So kann z.B. durch gezielte Unterdrückung einer bestimmten Wasserstoffbrückenbindung die Packung vollständig verändert werden, was die Möglichkeit eröffnet zwischen verschiedenen Strukturen zu schalten. Außerdem können über Wasserstoffbrückenbindungen geordnete Strukturen gegenüber vielerlei Einflüssen von außen stabilisiert werden.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-4653
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-23521
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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