Universität Stuttgart
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Item Open Access Untersuchungen der spektroskopischen, elektrochemischen und strukturellen Eigenschaften von Übergangsmetallkomplexen mit stickstoffreichen Liganden(2015) Löw, Isabell; Kaim, Wolfgang (Prof. Dr.)Das Interesse an 3,6-disubstitutiierten Derivaten von 1,2,4,5-Tetrazinliganden in der Koordinationschemie beruht auf strukturellen und elektronischen Besonderheiten. Durch die Verwendung dieser stickstoffreichen Liganden wird eine große Vielfalt in der Synthese von stabilen Chelatkomplexen als Einkern und Zweikernkomplexen mit Übergangsmetallen ermöglicht. Tetrazinliganden stellen das elektronenärmste aromatische System in der klassischen H, C, N, O, S-Chemie dar. Dies führt zu einem ausgeprägten π-Akzeptor Verhalten mit der Ausbildung eines energetisch sehr tiefliegenden π* Molekülorbitals, was die Koordination an Übergangsmetalle elektrochemisch wie auch spektroskopisch sehr interessant macht. Die geringe Basizität des Tetrazinings kann mit Hilfe der 3,6-Derivatisierung abgefangen werden. Die leichte Reduzierbarkeit (E > 1.3 V vs. Fc/Fc+) und die Lokalisation des resultierenden Spins auf den vier Tetrazinstickstoffatomen, die durch eine Knotenebene in der 3,6-Position ermöglicht wird, machen diese Liganden zusätzlich interessant. In der vorzulegenden Arbeit werden sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch substituierte Liganden mit einer Reihe von Übergangsmetallen zu Einkern bzw. Zweikernkomplexen koordiniert und jeweils untereinander so wie auch mit ähnlichen, bereits literaturbekannten Komplexen verglichen. Im ersten Teil der Arbeit wurde die [Re(CO)5Cl] Einheit wegen ihrer elektrochemischen und spektroskopischen Eigenschaften, aber auch im Hinblick auf eine mögliche Katalyse der Reduktion von CO2 zu CO verwendet. Weiterhin wurden Rutheniumfragmente mit akzeptierenden Bipyridin Coliganden sowie mit donativen Acetylacetonat Coliganden wegen ihrer hohen Stabilität und der variablen und vielfältigen Redoxchemie verwendet. Auch ein gemischtvalenter Komplex der Form [Ru(acac)2((NMe)2 Tz)(Ru(bpy)2)] konnte synthetisiert und im Hinblick auf sein spezielles Redoxverhalten untersucht werden. Als ein weiterer stickstoffreicher Ligand wurde Bis[N-(2,6-diisopropylphenyl)imino]acenaphten (iPr-BIAN) Ligand in seiner Koordination mit [Cu(PPh3)]+ und den Metallcarbonylfragmenten [Re(CO)3Cl(iPr BIAN)] und [M(CO)3(iPr BIAN)] (M= Mo, W, Cr) synthetisiert und untersucht. Die Verwendung dieses α-Diiminliganden ist im Hinblick auf den Einsatz als Coligand in vielen Bereichen der Katalyse wie zum Beispiel der C C Kreuzkupplung, der homogenen Hydrierung und der Polymerisation von Olefinen interessant. Aus elektronischer Sicht war die postulierte Möglichkeit der Aufnahmefähigkeit von gleich vier Elektronen auch in Komplexen mit Übergangsmetallen zu überprüfen. Der durch die vier Isopropylgruppen verursachte höhere Platzanspruch des Liganden konnte eindrucksvoll an einer auf drei erniedrigten Koordinationszahl in dem Komplex [Cu(PPh3)(iPr BIAN)] demonstriert werden. Alle genannten Komplexe wurden mit Hilfe von 1H NMR, CHN Analyse und Massenspektrometrie charakterisiert und auf Reinheit geprüft, sowie mittels Cyclovoltammetrie und Spektroelektrochemie (UV/Vis/NIR, IR und ESR) hinsichtlich ihres Redoxverhaltens untersucht. Viele Verbindungen konnten kristallographisch charakterisiert werden.Item Open Access Precipitation of nitrides in iron-based binary and ternary alloys; influence of defects and transformation-misfit stresses(2015) Akhlaghi, Maryam; Mittemeijer, Eric Jan (Prof. Dr. Ir.)The initial microstructure of the unnitrided specimen has a significant influence on the nitriding response of binary Fe-Me (Me: Mo or Al) alloys specimens. This effect was not investigated until now for the case of nitrided ternary Fe-Me1-Me2 alloys, the role of the initial microstructure was studied upon nitriding Fe-4.1 at.% Cr-7.9 at.% Al specimens. To this end, the recrystallized and cold-rolled specimens were nitrided at low nitriding temperature of 400 °C. Upon precipitation of misfitting coherent nitrides during nitriding of thin-foils of binary Fe-Me (Me: Cr and V) alloys, a hydrostatic tensile lattice-stain component results from the elastic accommodation of volume misfit of nitrides and ferrite matrix. The change of the ferrite-matrix lattice parameter can be traced upon precipitation of the nitrides by X-ray diffraction measurements. The theory originally developed for the case of imperfections (by Eshelby) in solids can be applied for quantitatively describing the lattice-parameter changes of the matrix, the nitrides and the aggregate (matrix+ nitrides) as function of volume fraction and type of nitrides.Item Open Access Mechanistische Untersuchung zu intermizellaren Wechselwirkungen in lyotropen Flüssigkristallphasen(2015) Schörg, Florian; Gießelmann, Frank (Prof. Dr.)Intermizellare Wechselwirkungen sind für die Bildung lyotroper Flüssigkristallphasen von grundlegender Bedeutung. In dieser Arbeit wurde die Existenz dynamischer Hydrathüllen in mizellaren Systemen gezeigt, die für die Vermittlung intermizellarer Wechselwirkungen über Lösungsmittelschichten hinweg verantwortlich sein können. Als geeignetes Modellsystem wurden hierfür binäre Mischungen des quartären Ammoniumsalzes Cetylethyldimethylammoniumbromid mit Wasser ausgewählt. Durch Messungen mittels dynamischer Lichtstreuung konnten die mizellaren Dimensionen wässriger CEDAB-Lösungen bestimmt werden. Die Untersuchung dynamischer Hydrathüllen erfolgte mittels Absorptionsmessungen im Ferninfrarot-Bereich nach der ATR-Methode. Dabei zeigte sich, dass die Mizellen das sie umgebende Wasserstoffbrückennetzwerk stark beeinflussen und es tatsächlich zur Ausbildung dynamischer Hydrathüllen kommt. Der Übergang in die nematische Phase findet erst statt, wenn das gesamte Lösungsmittel in dynamischen Hydrathüllen gebunden ist und diese zu überlappen beginnen. Anders als bei den für die Entwicklung des Messverfahrens herangezogenen wässrigen Glucose-Lösungen ist im Falle des CEDAB-Systems der Absorptionskoeffizient des Hydratwassers geringer als jener der freien Wassers. Dies kann als eine Schwächung der Wasserstoffbrückenbindungen in den dynamischen Hydrathüllen verstanden werden, die aus der Molekülstruktur resultiert. Die Reichweite des Solvateinflusses auf das Wasserstoffbrückennetzwerk ist jedoch unabhängig davon, ob dieser in einer Stärkung oder einer Schwächung des Wasserstoffbrückennetzwerks resultiert. Durch die Untersuchung wässriger Lösungen des nichtionischen Zuckertensids C8Gluco konnte gezeigt werden, dass in geeigneten lyotropen Systemen auch eine Stärkung der Wasserstoffbrückenbindungen in den dynamischen Hydrathüllen möglich ist. Diese fiel jedoch nicht so deutlich aus wie im Falle des Glucose-Systems, was wiederum auf die Struktur der Moleküle und die Mizellbildung zurückzuführen ist. So stehen im Falle des C8Gluco-Systems für jedes Solvatmolekül weniger als halb so viele Hydroxygruppen für die Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen mit dem Lösungsmittel zur Verfügung. Eines der eindrucksvollsten Beispiele für die Bedeutung intermizellarer Wechselwirkungen ist die chirale Induktion in lyotropen Flüssigkristallphasen, die üblicherweise durch das Hinzufügen chiraler Moleküle als Dotierstoff hervorgerufen werden kann. In dieser Arbeit wurden erstmals helikale Nanopartikel als Dotierstoffe eingesetzt, die um ein Vielfaches größer waren als die Mizellen der lyotropen Wirtsphase. Die Nano-Helices wurden in lyotrop-nematischen Phasen dispergiert, eine einheitliche Probenorientierung konnte durch das Anlegen eines externen Magnetfelds erreicht werden. Durch polarisationsmikroskopische Untersuchungen konnte in den untersuchten Systemen die Bildung helikaler Überstrukturen gezeigt werden. Deren Ganghöhen liegen im Bereich weniger Millimeter, was unter Berücksichtigung der geringen Nanopartikelkonzentrationen in den Lösungen für ein beeindruckendes chirales Induktionsvermögen spricht. Die etablierten Mechanismen der chiralen Induktion in lyotropen Systemen können aufgrund der Größenverhältnisse zwischen den Nanopartikeln und den um zwei bis drei Größenordnungen kleineren Mizellen nicht zur Anwendung gebracht werden. Um die beobachteten Chiralitätseffekte zu erklären wurde deshalb auf ein von Ferrarini und Nordio entwickeltes Modell für die chirale Induktion in thermotropen Flüssigkristallen zurückgegriffen. Dieses beruht auf einem von der chiral verzerrten Oberfläche des Dotierstoffs auf den lokalen Direktor ausgeübten Drehmoment, das innerhalb der Wirtsphase aufgrund von deren Elastizität weitergegeben werden kann. Insgesamt liefert die vorliegende Arbeit wichtige Erkenntnisse für das Verständnis intermizellarer Wechselwirkungen in lyotropen Systemen. Mit der ATR-Ferninfrarot-Spektroskopie wird erstmals eine neue Methode für die Untersuchung der Hydratation von Mizellen präsentiert, die bei der weiteren mechanistischen Aufklärung des intermizellaren Informationstransports eine wichtige Rolle spielen könnte. Die verwendeten TiO2-Nano-Helices zeigen hingegen ein bemerkenswertes chirales Induktionsvermögen bei der Verwendung als Dotierstoffe in lyotropen Flüssigkristallphasen und erzeugen in orientierten Proben helikale Überstrukturen mit sehr großen Ganghöhen. Somit liefert diese Arbeit wichtige Grundlagen für weitere Untersuchungen, die dabei helfen können, die Mechanismen der Bildung lyotroper Flüssigkristallphasen und der chiralen Induktion in diesen besser zu verstehen.Item Open Access Formation of lath martensite(2015) Löwy, Sarah; Mittemeijer, Eric Jan (Prof. Dr. Ir.)In this thesis the formation of different lath martensites was investigated upon cooling, particularly with regard to the mechanisms contributing to the transformation process. Upon very slow cooling of different Fe-Ni alloys and a maraging steel, all forming lath martensite, a discontinuous transformation behaviour was observed. This modulation of the transformation rate is ascribed to the interplay of chemical driving force, developing strain energy and its relaxation upon slow cooling. It is proposed that the modulation is caused by simultaneous formation of blocks in different martensite packages. Additionally, the influence of the Ni content on the transformation behaviour is presented as well as the influence of an externally applied force.Item Open Access Die Entwicklung neuer Zeolithkatalysatoren für die Methanol-zu-Olefin-Umsetzung(2015) Dyballa, Michael; Hunger, Michael (Prof. Dr.)In dieser Arbeit wurden verschiedene 10-Ring-Zeolith-Katalysatoren untersucht. Das Ziel war, den Anteil an Propen in der Produktverteilung der Methanol-zu-Olefin-Umwandlung (MTO) zu erhöhen. Es wurde festgestellt, dass die Produktverteilung stark von der Säurezentrendichte der Katalysatoren abhing. Je nach Porensystem wurde ein idealer Säurezentrendichtebereich identifiziert. In diesem Bereich waren sowohl Propenanteil als auch Katalysatorlebensdauer hoch. Parallel dazu wurden weniger Alkane, Ethen und Aromaten gebildet und die Koksbildung wurde minimiert. Auch die Modifizierung der 10-Ring-Zeolithkatalysatoren durch Mesoporen im Zeolithgitter und die Dealuminierung von Zeolithkatalysatoren wurden untersucht. Weitere angewandte Modifizierungen waren die Imprägnierung mit Phosphat, der Einbau von Bor und ein partieller Ionenaustausch. Bei angepasster Temperatur und Katalysatorbelastung wurde so ein Propenanteil von über 50% erreicht.Item Open Access Studien zur Substratspezifität der Linalool Dehydratase-Isomerase mit dem Fokus auf der Dehydratisierung von tertiären Alkoholen(2015) Geinitz, Christopher; Hauer, Bernhard (Prof. Dr.)Die natürliche Funktion der aus dem Proteobakterium Castellaniella defragrans stammenden Linalool Dehydratase-Isomerase liegt in der Funktionalisierung des Monoterpens Myrcen. Dabei wird im ersten Schritt Myrcen zu Linalool hydratisiert, während im zweiten Schritt die Isomerisierung von Linalool zu Geraniol stattfindet. Im weiteren Verlauf wird Geraniol vermutlich zu Geranial und Geranialsäure weiteroxidiert und kann so über die β-Oxidation abgebaut werden. In dieser Arbeit mit dem Fokus auf der Substratspezifität bezüglich der Dehydratisierung konnte sehr viel mehr über die LDI, vor allem in Hinblick auf den Mechanismus, das Substratspektrum und der weiteren Charakterisierung der LDI, in Erfahrung gebracht werden. So beschränkt sich das Substratspektrum nicht bloß auf die Monoterpene Myrcen, Linalool und Geraniol sondern es werden auch die Diterpene Farnesol und Nerolidol ohne Probleme akzeptiert. Neben diesen konnte auch eine Vielzahl anderer Substrate umgesetzt werden, wobei allen Substraten ein spezifisches Strukturmotiv eigen ist. Alle Substrate bestehen aus einem tertiären α-Methylallylalkohol und einem variierenden Rest. Interessanterweise muss an dem Kohlenstoff der Alkoholfunktion nicht zwingend in α-Stellung eine Methylgruppe liegen. Hier konnte auch gezeigt werden, dass eine Ethylgruppe oder ein Cyclopentanring ebenfalls von der LDI akzeptiert werden. Neben diesen Substraten konnten auch sehr kurze Substrate wie 2-Methyl-3-buten-2-ol 16 umgesetzt werden, aber auch aromatische Substrate 23 oder sehr lange Substrate wie Isophytol 32. Durch Synthesen einer Vielzahl strukturell abgewandelter Derivate des Linalools konnte indes ein guter Überblick über den Mechanismus gewonnen werden. Die Tatsache, dass kein Substrat ohne Vinylgruppe umgesetzt werden konnte, auch wenn diese aus elektronischer Sicht durch eine andere Doppelbindung ersetzt wurde, unterstreicht die Wichtigkeit dieser für die Bindung in das aktive Zentrum. Zudem konnte unter Verwendung von Rotameren mehr über die nähere Umgebung des aktiven Zentrums herausgefunden und gleichzeitig begründet werden, warum einige der synthetisierten Substrate wie 7 und 8 nicht umgesetzt werden konnten. Unter Zuhilfenahme von Deuteriumoxid im Puffer sowie durch den Vergleich der Dehydratisierung von Linalool mit d5-Linalool konnte zudem herausgefunden werden, dass der geschwindigkeitsbestimmende Schritt nicht die C-H Bindungsspaltung an dem Methylenkohlenstoff ist, sondern die Protonierung und Abspaltung der Hydroxyfunktion was zur Ausbildung eines Karbokations führt. Dieses Karbokation wird zudem über die Vinylgruppe durch Hyperkonjugation mesomerie-stabilisiert. Im weiteren Verlauf wird ein Proton am α-Methylkohlenstoff abgespalten und es folgt die Ausbildung der C-C Doppelbindung. Dieser Mechanismus konnte erfolgreich gegenüber anderen funktionellen Gruppen getestet werden. Hierbei konnte der Methylether des Linalools ebenfalls erfolgreich eliminiert werden. Aufgrund des etwas niedrigeren pKB-Wertes des Methoxysauerstoffs gegenüber dem des tertiären Alkohols, kann dieser protoniert und Methanol abgespalten werden. Interessant war hierbei, dass sogar die Rückreaktion in 30 % Methanol gelang, wenn auch nur in sehr begrenzten Mengen. Andere Strukturmotive wie die des Esters wurden ebenfalls getestet. Vor allem die Ergebnisse bezüglich Vinylester sind sehr interessant. Leider konnte hierbei keine reine LDI getestet werden, weswegen die Aussagen dieser Ergebnisse nicht als gefestigt angesehen werden sollten. Um die LDI weiter zu charakterisieren, wurden die Reaktionen der Hydratisierung und der Dehydratisierung am Beispiel von Linalool und Myrcen in unterschiedlichen Lösungsmitteln getestet. Interessanterweise führte die Verwendung aller Lösungsmittel zur Inaktivierung der LDI, wobei vor allem auffällt das polar-protische Lösungsmittel wie DMSO, Methanol und Ethanol einen eher geringen Einfluss haben, wohingegen aprotische Lösungsmittel wie Ethylacetat, THF oder Toluol sehr schnell zur Inaktivierung führen. Einzige Ausnahme ist, dass bei der Hydratisierung von Myrcen polar-protische Lösungsmittel ohne Vorinkubation zu einer deutlichen Aktivitätssteigerung in den ersten Minuten führen. Die Möglichkeit Methanol aus Substrat 15 eliminieren zu können, ermöglichte es ein Screening auf Basis der Oxidation von Methanol in Formaldehyd mit Hilfe der Glucose Oxidase zu entwickeln. Das hierbei gebildete Wasserstoffperoxid dient der Meerrettichperoxidase die Kupplungsreaktion von 4-Aminoantipyrin und Vanillinsäure durchzuführen. Während die Reaktion im Eppimaßstab eine rote Färbung des Lysats nach sich führte, war die Differenz zwischen Negativ- und Positivkontrolle in den 96 Well Platten innerhalb der gegebenen Zeit zu gering, um verlässliche Aussagen zu liefern. Das Problem lag hierbei eindeutig in der zur Verfügung stehenden Menge an LDI im Lysat. Das Expressionssystem BL21(DE3) reichte für das Screening nicht aus, um einen nennenswerten Umsatz zu erzielen. Von daher ist es hier sinnvoll, ein neues Expressionssystem zu entwickeln. Erste Ansätze mit einem auf dem T5 Promotor basierenden Expressionssystem sehen vielversprechend aus. Da Dehydratisierungsreaktionen eine immer wichtigere Rolle spielen, was vor allem der Defunktionalisierung von nachwachsenden Rohstoffen und deren Folgeprodukten geschuldet ist, lässt weitere Forschung hinsichtlich enzymatisch vermittelter Reaktionen notwendig erscheinen. Die LDI wird vermutlich in der Defunktionalisierung von Zuckern und Derivaten keine Rolle spielen, da sich ihre Aktivität bisher auf Substrate mit einem spezifischen tertiären Allylalkohol-Motiv beschränkt. Dennoch ist das ermittelte Substratspektrum sehr groß wobei vor allem die Möglichkeit sehr kleine Substrate zu dehydratisieren sowie selektiv tertiäre (R)- und (S)-Alkohole herzustellen, für die Industrie von großem Interesse ist.Item Open Access The impact of donor-acceptor polymer crystal structure and mesoscopic morphology on opto-electronic devices(2015) Fischer, Florian S. U.; Ludwigs, Sabine (Prof. Dr.)In this thesis the high performance donor-acceptor copolymer PCPDTBT (poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b’] dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothia-diazole)]) [1–3] and its two derivatives Si-PCPDTBT [4] and F-PCPDTBT [5, 6] (poly[(4,4’-bis(2-ethylhexyl)dithiene-[3,2-b:2’,3’-d]silole)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]), poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b’]dithiophene)-alt-4,7-(5-fluoro -2,1,3-benzothia-diazole)]) were investigated. The aim was to establish a general understanding of the mesoscopic morphology and crystal structure obtained by different processing and annealing protocols. Subsequently the influence of the prepared structures on the optical, electrochemical and electronic properties was investigated.Item Open Access Synthese, elektrochemische Eigenschaften und Struktur von Metallkomplexen mit 2,1,3-Benzochalkogenadiazol-Liganden und spektroelektrochemische Untersuchungen ausgewählter Zweikernkomplexe(2015) Plebst, Sebastian; Kaim, Wolfgang (Prof. Dr.)Kapitel 2 und 3 dieser Dissertation beschäftigen sich mit den Koordinationseigenschaften von 2,1,3 Benzochalkogenadiazol Liganden (BCD) (Kap. 2) in Verbindung mit Wolfram und Rheniumkomplexfragmenten sowie mit dem Di Benzochalkogenadiazol System des Bis ([1,2,5]thiadiazolo[2,3 c:5,6c‘]) 1,4 benzochinon (BTDB) und seinen Rheniumcarbonylkomplexen (Kap. 3). Neben der strukturellen und rechnerischen Analyse der Komplexe 1 und 2 konnten erstmalig spektroelektrochemische Messungen im UV/Vis Bereich durchgeführt werden, die die aus den Rechnungen postulierten Folgerungen der ligandenzentrierten Reduktion und des Ausbleibens einer „Umkoordination“ bestätigen. Die Oxidationen der Komplexe wurden aufgrund cyclovoltammetrischer Irreversibilität nicht weiter untersucht. Neben der eingehenderen Untersuchung der Wolframkomplexe wurde erstmalig der neue Komplex 3[BF4] mit dem Rhenium(bipyridin)tricarbonyl Fragment und dem Benzoselenadiazol Ligand gemäß Abb. 7-2 synthetisiert. Auch Komplex 3(BF4) konnte komplett charakterisiert und mittels spektroelektrochemischen Untersuchungen und DFT Rechnungen analysiert werden. Der Fokus von Kapitel 3 waren die spektroelektrochemischen Eigenschaften des BTDB Systems 6 (s. Abb. 7-4) und sein Verhalten als Ligand. BTDB ist zweifach reduzierbar; mit einer reversiblen ersten Reduktion, gefolgt von einer zweiten Reduktion. Während auch die zweite Reduktion reversibel abläuft, wenn NBu4BF4 als Leitsalz verwendet wird, weist sie mit NBu4PF6 als Leitsalz irreversibles Verhalten auf: Der erste Teil dieser Dissertation (Kapitel 2 und 3) konnte die Auswirkungen einer Wolfram/Rhenium Koordination auf die Eigenschaften der BCD und BTDB Liganden zeigen und weitere Aufschlüsse bezügl. der der spektroskopischen Eigenschaften liefern. Anschließend an diese Arbeit müssten nun weitere Forschungen zeigen wie stark sich eine Komplexierung der BCD/BTDB Liganden auf die elektronischen und spektroskopischen Eigenschaften der aus BCD bestehenden Polymere auswirkt. In Kap. 4 wurden von A. Mandal aus der Arbeitsgruppe G. K. Lahiri zur Verfügung gestellte Zweikernkomplexe des 1,4 Diimino 9,10 anthrachinons (H4L) mit den elektronenreichen {Ru(acac)2} (11 (rac) bzw. 11‘ (meso)) und den elektronenarmen {Ru(bpy)2}2+ Fragmenten (123+(ClO4)3 (meso)) untersucht. Sowohl die neutrale Form von 11 als auch dessen einelektronen oxidierte und reduzierte Formen wurden mit der ESR Spektroskopie untersucht; Signale konnten jedoch weder bei Standardbedingungen noch bei 110 K detektiert werden. Die schnellen Relaxationszeiten der Komplexe schließen ESR Untersuchungen aus und bestätigen zusammen mit den verschobenen 1H NMR Signalen den berechneten Spinzustand von S = 1. Im Gegensatz dazu zeigt Verbindung 12(ClO4)3 ein rhombisches ESR Signal in gefrorener 0.1 M NBu4PF6/Dichlormethan Lösung bei 110 K. Das Ausbleiben eines Signales bei Raumtemperatur und die Anisotropie der g-Faktoren ( = 2.009 und Δg = 0.104) weisen auf eine signifikante Metallbeteiligung in am SOMO des Brückenliganden hin. Die Einelektronen Redoxschritte von 123+ führten erwartungsgemäß zu nicht ESR aktiven Spezies. Verbindung 123+(ClO4)3 mit den elektronenarmen [Ru(bpy)2]2+ Fragmenten weist zwei NIR Banden bei λmax = 1530 nm und λmax = 1950 nm auf. Kap. 5 befasst sich mit ESR , sowie spektroelektrochemischen UV/Vis/NIR Messungen der von P. Mondal aus der Arbeitsgruppe G. K. Lahiri zur Verfügung gestellten einkernigen Ru(bpy)2(NIN) (13+) als auch der zweikernigen Ru(bpy)2(NIN)Ru(acac)2 Komplexe (142+; NIN = Indigo bis(N phenylimin)). Besonders hervorzuheben ist die ungewöhnliche cis Konfiguration des Nindigos in den beiden Komplexen (13+ und 142+) (s. Abb 7 8). Es konnten an den einelektronen reduzierten bzw. oxidierten Spezies ESR Messungen durchgeführt werden; erwartungsgemäß zeigen die diamagnetischen Ausgangszustände 13+ bzw. 142+ keine ESR Signale. Das ESR Spektrum von 13 zeigt das Signal eines organischen Radikals mit einem g Wert von 2.0025, welches mit zwei 14N Hyperfeinaufspaltungen (0.325 mT bzw. 0.360 mT) simuliert wurde. Die unterschiedlichen Hyperfeinaufspaltungen können der asymmetrischen Struktur von 13 zugeschrieben werden. Einelektronen Oxidation zu 132+ ergibt bei 110 K ein ESR Signal, das mit einer stärkeren Beteiligung des Metalls am SOMO erklärt werden kann. Mulliken DFT Rechnungen der Spindichte beziffern die Rutheniumbeteiligung auf 12.5 % (s. Tab. 5 9). Die Einelektronen Reduktion bzw. Oxidation des zweikernigen Komplexes 142+ deuten auf ein anderes Verhalten hin. Hier zeigen beide Prozesse bei 110 K eine starke Metallbeteiligung mit g Anisotropien von Δg = 0.23 für 14+ und Δg = 0.54 für 143+. Die Komplexe zeigen im Lösungsmittelfenster (0.1 M NBu4PF6/CH3CN Lösung) fünf cyclovoltammetrisch reversible Redoxprozesse auf, von denen jeweils drei Prozesse, zwei Oxidationen und eine Reduktion für 13+ bzw. eine Oxidation und zwei Reduktionen für 142+ spektroelektrochemisch (UV/Vis/NIR) reversibel sind.Item Open Access Studie zur Entwicklung eines neuen Biokatalysators zur Darstellung von vicinalen Aminoalkoholen(2015) Stahmer, Juliane; Hauer, Bernhard (Prof. Dr.)Das Ziel der Biokatalyse ist der Einsatz von Enzymen in der chemischen Industrie, um großtechnische Verfahren nachhaltiger und umweltfreundlicher zu gestalten. Oft werden zur Herstellung von Bausteinen für Pharmazeutika oder Kosmetika metallabhängige oder Organokatalysatoren eingesetzt, die in ihrer Herstellung meist teuer und toxisch sind. Obwohl es bereits einige Enzyme gibt, die Anwendung finden, gibt es noch sehr viele Reaktionen, für die es noch kein enzymkatalysiertes Pendant gibt. Die Aufgabe der modernen Biokatalyse besteht also darin, Enzyme für neue nicht-natürliche Reaktionen zu entwickeln. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher die Entwicklung eines neuen Biokatalysators für die Epoxidringöffnungsreaktion mit Aminen untersucht und studiert. Die dabei resultierenden vicinalen Aminoalkohole sind wichtige Zwischenprodukte für verschiedene Anwendungsgebiete der chemischen Industrie. Ihre chemische Herstellung basiert auf der Verwendung von teuren und toxischen Katalysatoren oder sie laufen nicht genügend selektiv ab. Eine Möglichkeit der Entwicklung neuer Enzyme für nicht-natürliche Reaktionen stellt die Nutzung bereits vorhandener katalytischer Zentren dar. Dies ist eine gute Option, da viele in der organischen Synthese verwendeten Aktivierungstriebkräfte, wie zum Beispiel Säurekatalyse, auch in Enzymen auffindbar sind. Die organische Chemie und das Enzymdesign finden so einen Kontaktpunkt, der im Zuge dieser Arbeit ausgenutzt werden soll. So wurden drei Ansätze entwickelt, von denen zwei auf der Nutzung bereits vorhandener katalytischer Zentren beruhen und die dritte auf dem computerbasierten de novo Enzymdesign. Es wurden zwei Enzyme ausgewählt, die bereits ein aktives katalytisches Zentrum zur Epoxidringöffnung mit Nukleophilen, wie Wasser oder Halogeniden, besitzen. Zum einen wurde die Halohydrindehalogenase aus Agrobacterium radiobacter AD1 ausgewählt, um das vorhandene Nukleophilspektrum um NH-Nukleophile, wie Amide, Amidine oder Harnstoff zu erweitern. Zum Anderen sollte das Nukleophilspektrum der Limonen-1,2-epoxidhydrolase aus Rhodococcus erythropolis DCL14 um primäre und sekundäre Amine erweitert werden. Die bestehende Konkurrenz eines neuen nicht-natürlichen Nukleophils zum Wassernukleophil sollte durch gezieltes Ändern der aktiven Taschen mittels site-directed mutagenesis und durch Immobilisationstechniken abgeschwächt oder unterdrückt werden. Allerdings führten die Reaktionen der Varianten der genannten Enzyme mit verschiedenen Epoxiden und den genannten NH-Nukleophilen nicht zum gewünschten Erfolg. Als dritter Ansatz diente die Verwendung der Rosetta Methode, die in Zusammenarbeit mit Dr. Sinisa Bjelic (University of Washington, Seattle, USA) benutzt wurde, um Enyzmmodelle in silico zu erstellen, welche gewünschte Eigenschaften für die bimolekulare Epoxidringöffnungsreaktion enthielten. Die gewählten Substrate 3-Nitrostyroloxid und 3,4-Chloromethoxyanilin zeigten bereits eine geringe unselektive Hintergrundreaktion, deren Aktivität und Selektivität durch die Verwendung von de novo Enzymen gesteigert werden sollte. Sechs der 13 synthetischen de novo Gene konnten exprimiert und aufgereinigt werden. Gegenüber der Wunschreaktion zeigten sie allerdings keine Aktivität. Mittels STD-NMR konnte gezeigt werden, dass die gewählten Substrate an eines der Enzyme binden, allerdings konnte keine Aussage darüber getroffen werden, ob sie in der aktiven Tasche binden. Eine anschließende Untersuchung der verwendeten Übergangszustände gab Aufschluss über die nicht vorhandene Aktivität. Zusammenfassend konnten im Rahmen dieser Arbeit die auftretenden Schwierigkeiten des Enzymdesigns für neue nicht-physiologische Reaktionen gezeigt werden. Es konnte zwar kein neuer Biokatalysator für die Epoxidringöffnungsreaktion mit Aminen entwickelt werden, jedoch zeigten die Untersuchungen die Schwachstellen auf, die nun in zukünftigen Arbeiten in diesem Gebiet umgangen werden können.Item Open Access Thermodynamics and kinetics of the oxidation of amorphous Al-Zr alloys(Stuttgart : Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme (ehemals Max-Planck-Institut für Metallforschung), 2015) Weller, Katharina; Mittemeijer, Eric J. (Prof. Dr. Ir.)The present thesis presents a comprehensive investigation of the thermal oxidation of amorphous Al-Zr alloys. The oxide composition and microstructure, as well as the oxidation kinetics and oxidation mechanism of amorphous Al-Zr alloys upon thermal oxidation at relatively low oxidation temperatures of 350 - 400 °C and at high oxidation temperatures of 500 - 560 °C have been investigated. The phase and microstructural development upon oxidation of amorphous Al-Zr alloys, as well as the oxidation-induced changes in the alloy substrate, were investigated by a combinatorial experimental approach using X-ray diffraction (XRD), cross-sectional (analytical) transmission electron microscopy (TEM), Auger electron spectroscopy (AES) sputter-depth profiling and spectroscopic ellipsometry (SE). Furthermore, the corrosion behavior of as-deposited and oxidation-treated amorphous Al-Zr alloys have been investigated as function of the alloy composition and oxidation conditions by employing an electrochemical microcapillary technique.
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