Universität Stuttgart
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Item Open Access Fe-katalysierte Carben- und Nitren-Transferreaktionen in der Naturstoffsynthese(2020) Röske, Annika; Plietker, Bernd (Prof. Dr.)In der vorliegenden Arbeit wurden zunächst, aufbauend auf den Vorarbeiten von Alt und den Ergebnissen der eigenen Masterarbeit, eisenkatalysierte Carben-Transferreaktionen untersucht. Dabei gelang es mir verschieden substituierte Diazoverbindungen für die Insertion in unterschiedlich polare X H Bindungen unter Verwendung des nukleophilen Eisenkatalysators TBA[Fe] zu aktivieren (Schema 1). Thiole, Amine sowie Silane konnten erfolgreich umgesetzt und deren Substratspektrum erforscht werden. Thiolverbindungen zeigten sich in der Reaktion als besonders geeignet. Eine niedrige Katalysatorladung von 2.5 mol%, kurze Reaktionszeiten von einer Stunde und bis zu quantitative Ausbeuten mit hoher funktioneller Gruppentoleranz wurden erzielt. Amine zeigten geringere Reaktivität und ein limitiertes Substratspektrum, das sich auf sekundäre Amine begrenzt. Die längere Reaktionszeit konnte durch Mikrowellenstrahlung als alternative Energiequelle auf eine Stunde verkürzt werden. Erstmals konnte gezeigt werden, dass TBA[Fe] auch in der Si-H-Insertion Aktivität aufweist. Durch ausführliche mechanistische Studien mittels Hammett-Korrelation konnten Rückschlüsse auf die mechanistische Dichotomie der N H-Insertion und der S-H-Insertion gezogen werden.Das Konzept der TBA[Fe]-katalysierten Carben-Transferreaktion wurde auf aliphatische Azide als Nitren-Transferreagenzien übertragen. Dabei wurde keine C-H-Aminierung beobachtet, aber erfreulicherweise eine C-C-Aminierung von tertiären Alkylaziden. Bei Verwendung von Azidocyclobutanen konnte eine selektive ringexpandierende TBA[Fe]-Katalyse zu den korrespondierenden 3,4-Dihydro-2H-pyrrolderivaten entwickelt und optimiert werden. Die Reaktion zeichnet sich durch eine kurze Substratsynthese und geringe Katalysatorladung von 1.0 mol% aus. Die so dargestellten Strukturmotive finden sich in einer Vielzahl von Wirkstoffen wieder. Die Ergebnisse der Untersuchungen zum Substratspektrum und Reaktionsverfolgung via in-situ-FT-IR-Messung führten zur Postulierung eines Nitren-Transfermechanismus.Um die Anwendbarkeit der bereits von Alt entwickelten TBA[Fe]-katalysierten C-H Aminierung in komplexeren Molekülen zu untersuchen, wurden Studien zur Totalsynthese von Spirotryprostatin A und Spirotryprostatin B aus der Naturstoffklasse der 2,5-Diketopiperazine durchgeführt. Es konnte eine effiziente Synthese zum Schlüsselschritt-Substrat generiert werden.Item Open Access Umsetzung von CO2 und Ethen zu Na-Acrylat(2020) Weber, Sandra; Klemm, Elias (Prof. Dr.-Ing,)Die stoffliche Nutzung von CO2 als C1-Baustein in chemischen Endprodukten stellt einen zukunftsweisenden Forschungsansatz dar. Kohlenstoffhaltige Verbindungen wie Acrylsäure werden derzeit auf der Basis fossiler Rohstoffe hergestellt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuer Syntheseweg zur Herstellung von Natrium-Acrylat untersucht. Ziel ist es, aus günstigen Rohstoffen (CO2 und Ethen) ein wirtschaftlich interessantes Produkt (Na-Acrylat) zu synthetisieren. Die Umsetzung basiert auf einem Nickel-vermittelten Katalysezyklus, ausgehend von Kohlenstoffdioxid und Ethen. Innerhalb des Katalysezyklus werden unterschiedliche Elementarschritte durchlaufen, zu denen auch Gas-Flüssig-Reaktionen gehören. In der vorliegenden Arbeit wurden einzelne Schritte des Katalysezyklus reaktionstechnisch untersucht. Die systematische Untersuchung von Gas-Flüssig-Reaktionen stellte den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit dar.Item Open Access Impact of point defects on reaction kinetics of systematically doped ceria(2020) Schaube, Maximilian; Maier, Joachim (Prof. Dr.)This thesis investigates the interplay between ionic and electronic point defects such as oxygen vacancies, electrons or holes, and the catalytic activity for heterogeneous reactions, in particular oxygen exchange, carbon monoxide and methane oxidation. The importance of point defects for reaction kinetics is demonstrated for more than 30 differently doped ceria, strontium titanate and zirconia samples, whereby the focus is set in doped ceria. Fundamental relationships between catalytic activity and defect chemistry are elucidated emphasizing the importance of defect chemistry in heterogeneous catalysis.Item Open Access Calculation of pure substance and mixture viscosities using PCP-SAFT and entropy scaling(Stuttgart : Universität Stuttgart, Institut für Technische Thermodynamik und Thermische Verfahrenstechnik, 2020) Lötgering-Lin, Oliver; Gross, Joachim (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Phase-space resolved decay rates of driven systems near the transition state(2020) Feldmaier, Matthias; Main, Jörg (Prof. Dr.)Die Bewegung einzelner Atome oder Moleküle bei chemischen Reaktionen lässt sich in vielen Fällen durch klassische Mechanik auf einer Born-Oppenheimer Potentialfläche beschreiben. Hierbei sind die Reaktanten oft durch eine Rang-1 Barriere von den Produkten getrennt. Eine solche Barriere ist durch einen instabilen Freiheitsgrad, die Reaktionskoordinate und eine gegebene Anzahl an stabilen Freiheitsgraden, die orthogonalen Moden, charakterisiert. Eine reagierende Trajektorie wird die Barriere meist in der Sattelregion, d. h. in einer direkten Umgebung des Sattels, überqueren. Diese Region fungiert als Flaschenhals für die Reaktion. Im Rahmen der Theorie der Übergangszustände (engl. transition state theory, TST) können Reaktionsraten über den Fluss reaktiver Trajektorien durch eine nur einmal durchstoßene Trennfläche (engl. dividing surface, DS) berechnet werden. Eine solche Trennfläche ist an der normal hyperbolischen invarianten Mannigfaltigkeit (NHIM) des Sattels verankert und trennt das System in Reaktanten und Produkte. Die NHIM ist dabei ein spezieller Unterraum des vollen Phasenraums und enthält Trajektorien, welche für alle Zeiten an die Sattelregion gebunden sind. Da diese Trajektorien somit weder zur Reaktanten- noch zur Produktseite gehören, bildet die NHIM einen Übergangszustand (engl. transition state, TS) der Reaktion. Für getriebene Systeme ist dieser zeitabhängig. In dieser Arbeit werden anhand eines zweidimensionalen, getriebenen Modellsystems mehrere Methoden zur Berechnung von NHIM und DS im Phasenraum vorgestellt. Basierend auf der Dynamik in einer direkten Umgebung der NHIM werden außerdem verschiedene Ansätze zur Berechnung des zugehörigen Zerfalls der Reaktantenpopulation nahe des TS diskutiert. Anschließend werden die vorgestellten Methoden auf ein realistischeres chemisches Modell angewandt, der getriebenen LiCN <-> LiNC Isomerisationsreaktion. Ein wichtiges Resultat hierbei ist, dass das externe Treiben dieses Systems einen großen Einfluss hat, sowohl auf die Dynamik von Trajektorien in der NHIM, als auch auf den zugehörigen Zerfall der Reaktantenpopulation nahe des TS.Item Open Access Synthesis and characterization of multifunctional macromonomers and photoacid generators for the modification of hydrogels(2020) Reinold, Karishma Katharina; Tovar, Günter (Prof. Dr.)Item Open Access Elektrochemische, spektroskopische und strukturelle Untersuchungen von Kupferkomplexen mit Stickstoffliganden(2020) Beyer, Katharina; Kaim, Wolfgang (Prof. Dr.)Item Open Access Multiconfiguration self-consistent field methods for large molecules(2020) Kreplin, David A.; Werner, Hans-Joachim (Prof. Dr.)Item Open Access Darstellung und Reaktivität N-heterozyklischer Phosphenium-Carbonylkomplexe des Eisens und Chroms(2020) Feil, Christoph Matthias; Gudat, Dietrich (Prof. Dr.)Item Open Access Spin-orbital entanglement and molecular orbital formation in 4d and 5d transition metal oxides(2020) Krajewska, Aleksandra; Takagi, Hidenori (Prof. Dr.)
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