The thermophysics of the five nucleobases of Deoxyribonucleic acid (DNA) and Ribonucleic acid (RNA): cytosine, thymine, uracil, adenine, and guanine have been studied in this work using fast scanning calorimetry (FSC). These nucleobases are known to possess low thermal stability which will lead to their decomposition at relatively high temperatures and therefore makes impossible to determine the thermodynamics of fusion, sublimation, and evaporation processes. In the first part of this work, we have studied the fusion process of these molecules. Despite the high fusion temperatures expected for the nucleobases, the high heating and cooling rates available with the FSC allow reaching the liquid state of these compounds without detectable thermal decomposition. Thus, the thermodynamics of fusion for these compounds has been successfully determined. Together with their low thermal stability, the nucleobases are also known to be very low volatile which makes the measurement of the vapor pressures/sublimation enthalpies of these compounds challenging. Accordingly, we have developed a procedure based on FSC in order to measure the sublimation vapor pressures and sublimation enthalpies of low volatile and thermally unstable solid compounds. The sublimation thermodynamics of the five nucleobases has been successfully measured in the second part of this work. In addition, by the combination of the fusion and sublimation thermodynamic data, it was also possible to determine for the first time the vaporization enthalpies of these molecules. The set of evaluated thermophysical data and the data from the literature of cytosine, thymine, uracil, adenine, and guanine were combined and recommended as the benchmark properties for these thermally labile compounds.
Die thermophysikalischen Eigenschaften der fünf BausteineNukleobasen der Desoxyribonukleinsäure (DNA) und der Ribonukleinsäure (RNA): Cytosin, Thymin, Uracil, Adenin und Guanin wurden in dieser Arbeit mit Hilfe der Fast Scanning Calorimetry (FSC) untersucht. Diese Nukleobasen besitzen eine geringe thermische Stabilität, die zu ihrer Zersetzung bei höheren Temperaturen führt und es daher unmöglich macht, die thermodynamischen Parameter des Schmelzens, Sublimierens und Verdampfens zu bestimmen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde das Schmelzen dieser Moleküle untersucht. Trotz der zu erwartenden hohen Schmelztemperaturen für die Nukleobasen ermöglichen die hohen Heiz- und Abkühlraten des FSC das Erreichen des flüssigen Zustands dieser Verbindungen ohne nachweisbare thermische Zersetzung. So wurde die Thermodynamik des Schmelzens für diese Verbindungen erfolgreich beschrieben. Zusammen mit ihrer geringen thermischen Stabilität sind die Nukleobasen auch als sehr schwach flüchtig bekannt, was die Messung der Dampfdrücke/Sublimationsenthalpien dieser Verbindungen erschwert. Dementsprechend haben wir ein Verfahren entwickelt, um die Sublimationsdampfdrücke und Sublimationsenthalpien von leichtflüchtigen und thermisch instabilen festen mittels FSC zu messen. Die Sublimationsthermodynamik der fünf Nukleobasen wurde im zweiten Teil dieser Arbeit untersucht. Durch die zur Kombination von schmelz- und sublimationsthermodynamischen Daten war es erstmals möglich, auch Verdampfungsenthalpien dieser Moleküle zu bestimmen. Die thermophysikalischen Daten von Cytosin, Thymin, Uracil, Adenin und Guanin wurden unter Einbeziehung der in der Literatur verfügbaren Daten als Referenzdaten für diese thermisch labilen Verbindungen empfohlen.