Conformation and packing structure of conjugated molecules under external constraints : from solvated proteins to reconstructed surfaces

Abstract

Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung der Struktur und Dynamik organischer, funktioneller Moleküle unter dem Einfluss verschiedener äußerer Zwangsbedingungen. Der erste Teil der Dissertation widmet sich den strukturellen und dynamischen Eigenschaften eines Chromophors, welcher in ein Photosensorprotein eingebettet ist. Darauf aufbauend wird der Einfluss einer konservierten Aminosäure in der Chromophorbindungstasche auf die Konformation des Chromophors mit Hilfe von „in silico“ Mutagenese erschlossen. Im zweiten Teil dieser Dissertation wird die Wechselwirkung zwischen einem organischen Halbleiter und einer Goldoberfläche untersucht, ausgehend von der Adsorption eines einzelnen Moleküls bis hin zur Packungsstruktur zweier molekularer Lagen. Dabei werden sowohl reine Dichtefunktionalrechnungen als auch hybride Quantenmechanik/Molekularmechanik Ansätze verwendet, um die unterschiedlichen Systemgrößen zu bewältigen. Mit Hilfe der erhalten Resultate werden existierende experimentelle Beobachtungen erfolgreich auf der atomistischen Skala erklärt.

The aim of this thesis is to investigate structure and dynamics of functional organic molecules under the influence of different external constraints. In the first part, the structural and dynamical features of a chromophore embedded in a photosensory protein are studied using molecular dynamics simulations. Subsequently, the impact of a conserved amino acid in the chromophore binding pocket on the conformation of that chromophore is probed employing in-silico mutagenesis. In the second part, the interaction between an organic, semiconducting molecule and a gold surface is investigated, from single molecule adsorption to the packing structure of a full bilayer. In order to cover the different system sizes, full density functional theory calculations were combined with hybrid Quantum Mechanics/Molecular Mechanics approaches. The results presented in this thesis successfully explain existing experimental findings on an atomistic scale.