Fullerenes - supermolecular electron transfer and radical reaction mechanisms

Diese Arbeit umfasst eine Anzahl umfangreicher photophysikalischer und strahlenchemischer Untersuchungen moderner supermolekularer Elektronen-Donor- Akzeptor Systeme basierend auf Phthalocyanin- und Fullerenstrukturen. In einem ersten Teil dieser Arbeit wurde der Aufbau eines selbstgebauten Nanosekunden Laserphotolyse Transientenabsorptionssystems beschrieben. Der zweite Teil dieser Arbeit behandelt die Untersuchung des photoinduzierten intramolekularen Elektronentransfers von verschieden Elektronendonor – Elektronenakzeptorsystemen basierend auf Zink-Phthalocyaninen als Elektronendonor und [60]Fullerenen als Elektronenakzeptoren, kovalent verbrückt mit einer Vielzahl unterschiedlicher Linkerstrukturen. Im Mittelpunkt dieser Untersuchung stand der Einfluss der molekularen Struktur, insbesondere der Struktur des Linkers zwischen beiden supermolekularen Einheiten auf die photophysikalischen Eigenschaften mit besonderen Blick auf den photoinduzierten Elektronentransfer, d.h. den Einfluss auf die Geschwindigkeit der Bildung des ladungsgetrennten Zustandes, der Lebensdauer des ladungsgetrennten Zustandes und der Quantenausbeute für die Bildung des ladungsgetrennten Zustandes. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden veröffentlicht [1-5]. Der dritte Teil dieser Arbeit umfasst die Charakterisierung der photophysikalischen Eigenschaften eines Satzes von drei Metallophthalocyanin-Ruthenium(II)tris(2,2’ bipyridyl) Verbindungen und der Vergleich dieser Systeme mit Ergebnissen ähnlicher Systeme veröffentlicht von Conzález-Cabello et al. [6]. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden veröffentlicht [7]. Der vierte Teil dieser Dissertation umfasst die strahlenchemische Untersuchung der Reaktion zweier wasserlöslicher [60]Fullerenderivate mit verschieden organischen und anorganischen Radikalen. Das Hauptziel dieser Untersuchungen war die Aufklärung des Mechanismus der Reaktion des Superoxidradikals mit den [60]Fullerenderivaten um ein tieferes Verständnis der Eigenschaften der Fullerene als Radikalfänger beobachtet in biologischen Systemen namentlich Zebrafischenmodellsystemen [8-10] zu erlangen.A variety of photophysical and radiation chemical assays were performed with several novel electron donor acceptor systems based on phthalocyanines and fullerenes. First, a home built nanosecond photolysis set up for transient absorption measurements was constructed. The second part covers investigations concerning photophysical features – such as photoinduced electron transfer reactions – of several electron donor acceptor conjugates based on metallophthalocyanines (i.e., ZnPc) and fullerenes (i.e., C60) connected through different linkers. A particular focus was set on the influence of the molecular building blocks on the photophysical properties / electron transfer such as charge separation and charge recombination kinetics as well as quantum yields of charge separated state formation. These results were published [1-5]. In a third part, the characterization by means of photophysical features of a set of metallophthalocyanine / Ruthenium(II)tris(2,2´bipyridyl) conjugates was performed and compared with similar conjugates published by González-Cabello et al. [6]. These results were already published [7]. The forth part deals with radiation chemical investigations of water soluble fullerene derivates in light of their reaction with organic and inorganic radicals. The main incentive for this work is based on the examination of the reaction mechanism for the reaction of superoxide radicals with fullerens. Here, we expected to get important inside into the radical scavenging activity of water soluble fullerene derivatives as they have been proposed for biological systems such as zebrafish [8-10]. Important is, oxidative stress triggered diseases may be prevented