Untersuchung der Mikrostruktur von selbstassoziierenden Flüssigkeiten am Beispiel von Monohydroxy Alkoholen

Abstract

Das Verständnis der Mikrostruktur von selbstassoziierenden Flüssigkeiten, die durch Wasserstoffbrückenbindungen gefördert und durch sterische Hinderung eingeschränkt wird, ist für die Chemie, die Physik, die Biologie und viele Aspekte des täglichen Lebens von großer Bedeutung. In dieser Arbeit wird eine Kombination aus Röntgendiffraktionsexperimenten, dielektrischer Spektroskopie und Molekulardynamik Simulationen verwendet, um Veränderungen in der Mikrostruktur verschiedener Monohydroxy Alkohole bei Variation thermodynamischer Parameter wie Druck und Temperatur zu untersuchen. Dabei entsteht die Mikrostruktur durch lineare, zyklische und komplexere Strukturen, die durch nach außen gerichtete Alkylketten getrennt sind. Diese Clusterbildung wird durch die Interpretation der Veränderung der intermolekularen Abstände, berechnet aus den Streuintensitäten, analysiert. Die Ladungsordnung, die auf Grund von OH-Aggregation über Wasserstoffbrückenbindungen entstehen, kann mit der Relaxationsstärke des Debye-Prozesses in der dielektrischen Antwort des Systems in Verbindung gebracht werden. Die sich ergänzenden Messmethoden bilden so einen wertvollen Einblick in die Auswirkungen der molekularen Architektur und der thermodynamischen Bedingungen auf diese Strukturbildung. Dabei zeigt sich eine Veränderung der Mikrostruktur bei Verringerung der Temperatur, Erhöhung des Drucks und Verstärkung der sterischen Hinderung. Die Ergebnisse zeigen, dass sich bei kleinen Temperaturen längere, lineare Aggregate bevorzugt bilden. Diese Bildung wird durch Ringöffnungseffekten gefördert und spielt besonders bei Molekülen mit größerer sterischer Hinderung eine entscheidende Rolle. Hierbei werden, durch die Abschirmung der OH-Gruppe, vermehrt zyklische Cluster mit 4-6 Molekülen gebildet. Diese Ringöffnungseffekte lassen sich nicht nur thermisch induzieren, sondern treten ebenfalls bei Erhöhung des Drucks auf. Hierbei werden Ringstrukturen, wie auch lineare Anordnungen deutlich gestört und die Anzahl der Moleküle in einem Cluster nimmt stark ab. Diese Resultate geben einen Einblick in die Strukturbildung von Monohydroxy Alkoholen in Abhängigkeit verschiedenen thermodynamischen Bedingungen und der Variabilität ihrer molekularen Architektur.