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Despite their “weak nature” London dispersion interactions are omnipresent and of fundamental importance for many aspects of chemistry and biology and have often been underestimated in the description of intra- and intermolecular interactions. In this thesis, London dispersion is investigated in the gas phase with molecular beam experiments and quantum chemistry. The focus of this work lies in the investigation of London dispersion in the electronic ground state and the electronically excited state. For the electronic ground state, dispersion-bound dimers of triphenylmethane derivatives were analyzed. Depending on the dispersion energy donor, a tail-to-tail (TPM), head-to-tail (iPrTPM) or head-to-head (tBuTPM) arrangement can be assumed for the minimum structure. The tBuTPM dimer exhibits an exceptionally small C-H·· H-C contact which is stabilized by strong London dispersion interactions which was quantified by energy composition analysis. For the characterization of the dimer, the calculation of anharmonic frequencies was of high importance and was also validated with literature data. The second system, the chromone-MeOH balance represents an ideal molecular balance with two competing docking sites at the carbonyl oxygen. The experimental results are compared to theoretical predictions obtained from (TD)DFT-, DLPNO-CCSD(T) and SAPT-calculations to study the balance between electrostatics, induction and dispersion interaction in the S0 and T1 state. The chromone-solvent system was identified as an ideal system for studying London dispersion in multiple electonic states. Furthermore, candidates for derivivatives of chromone were analyzed with quantum chemical methods in the electronic ground and electronically excited state in an attempt to identify suitable candidates for further experiments. The 6-methylchromone shows promising behavior in stabilizing the inside pocket regardless of the electronic state and was analyzed in more detail with a variety of methods. Similar analysis of 2-CF3chromone and the 2-CF3, 6-methylchromone showed no special effect of a substitution in 2-position or possible cooperative effects.
In der vorliegenden Arbeit werden Sekundärstrukturmotive von isolierten Peptiden und Peptid-Aggregaten in der Gasphase analysiert. Zur Untersuchung ihrer intrinsischen Eigenschaften werden die isolierten Peptide durch adiabatische Abkühlung in Molekularstrahlen erzeugt. Durch die Anwendung hochsensitiver Techniken der Doppelresonanzspektroskopie, Resonante zwei Photonen Ionisation (R2PI) und Infrarot/Resonante zwei Photonen Ionisation (IR/R2PI), werden die Peptide und Peptid-Aggregate hinsichtlich ihrer Elektronen – und Schwingungsübergängen analysiert. Die Schwingungsfrequenzen im Bereich der Amid A, I, II Moden und im oberen „Fingerprintbereich“ von Peptiden sind sehr signifikant für die Geometrie des Rückgrates und der Seitenketten, z.B. unterscheiden sich Schwingungen von Gruppen, die an Wasserstoffbrückenbindungen beteiligt sind, sehr stark durch ihre Lage und Intensität gegenüber Schwingungen von frei vorliegenden Gruppen. Ein Vergleich mit berechneten Schwingungsfrequenzen aus ab initio und Dichtefunktionaltheorie Rechnungen ermöglicht eine Zuordnung zu einer bestimmten Struktur. Es werden in dieser Arbeit verschiedene Sekundärstrukturen über die Analyse von geschützten Aminosäuren, Di- und Tripeptiden untersucht. Insbesondere gelang es erstmals, ein ß-Faltblattmodellsystem für ein isoliertes Dimer eines Peptids nachzuweisen. Weiterhin werden zum molekularen Verständnis der Mikrosolvatation Aggregate mit Wassermolekülen betrachtet und somit der Einfluss auf die Sekundärstruktur durch sukzessive Aggregation von Wassermolekülen analysiert. In Kooperation mit Prof. Schrader (Universität Duisburg-Essen) werden Templatmoleküle charakterisiert, um ihre Fähigkeiten zur Anlagerung an schädliche ß-Faltblattstrukturen zu untersuchen, die in sogenannten neurodegenerativen Krankheiten häufig auftreten. Die Effizienz ist sowohl über die Analyse der Zahl und Stärke der inter- und intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen als auch über die gebildete Clusterstruktur untersucht worden.