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Dem Fonds der Chemischen Industrie (FCI) danke ich für ein Kekulé-Promotionsstipendium und die damit verbundene finanzielle Ermöglichung dieses Projekts.

Durch die immer älterwerdende Bevölkerung steigt mit hohem Alter auch die Anzahl an Krankheiten, welche mit einem Verlust von Zellen verbunden sind. Die Verwendung von Stammzellen stellt eine Möglichkeit zur Regeneration der verlorenen Zellen dar. Die begrenzte Verfügbarkeit von Stammzellen mit fortschreitendem Alter macht eine Kultivierung dieser Stammzellen in vitro notwendig. Zur Kultivierung von Stammzellen eignen sich Hydrogele, welche mit ihren mechanischen Eigenschaften dem natürlichen Gewebe ähneln. Wegen ihrer vielfältigen Eigenschaften finden Hydrogele Anwendung in vielen Bereichen der Medizin, aber auch im alltäglichen Leben. Durch die Verwendung von vollsynthetischen Präpolymeren auf Basis von 4 Acryloylmorpholin und N,N` Bis(methacryloyl)cystamid durch die Vernetzung mit Poly(ethylenglykol)diacrylat wurden verschieden funktionalisierte Hydrogele hergestellt und das Verhalten von neuralen Stammzellen während der Kultivierung auf diesen Hydrogelen untersucht. Die Untersuchung von neuralen Stammzellen und Tumorzellen auf kationischen Hydrogelen zeigte eine Erhöhung der Adhäsion der Zellen in Abhängigkeit der kationischen Ladung. Zusätzlich war es für neurale Stammzellen möglich die Kombination von kationischen Gruppen mit dem Wachstumsfaktor FGF zu untersuchen und einen synergistischen Effekt zwischen diesen Komponenten nachzuweisen, wodurch die Adhäsion und Überlebensfähigkeit der Stammzellen enorm gesteigert wurde. Neben dem bereits beschriebenen Polymersystem wurde ebenfalls ein weiteres Polymersystem auf Basis von Thiolactonen entwickelt.

Dieser Tagungsband enthält die Beiträge der Getriebetagung 2022 in Chemnitz. Die Getriebetagung, nun organisiert von drei Lehrstühlen deutscher Universitäten, hat eine lange Tradition als Treffpunkt für Konstrukteure, Ingenieure und Wissenschaftler, die sich mit innovativen Antriebslösungen beschäftigen. Branchenübergreifend unterliegen heute weltmarkttaugliche Lösungen von Bewegungsaufgaben einem ganzheitlichen Systemansatz. Dieser ist geprägt durch das Zusammenspiel neuster Forschungsergebnisse und Innovationen der Antriebs- und Getriebetechnik, der Regelungs-, Steuerungs- und Automatisierungstechnik und der Werkstoff- und Konstruktionstechnik, wobei die Methoden der virtuellen Produktentwicklung den Entwicklungsalltag mehr und mehr dominieren. Nur so ist es möglich, ressourcen- und energieeffiziente Produkte in immer kürzerer Zeit zu entwickeln. Die Möglichkeit, Bewegungsaufgaben, aufgaben-individuell mit einer minimalen Anzahl von Antrieben mittels Mechanismen zu realisieren, muss vor der immer dringlicher werdenden Notwendigkeit der Energieeinsparung weiter vorangetrieben werden. Daher stellt sich die Frage, wo die nichtlinearen Übertragungs- und Führungsgetriebe in Form von Koppel-, Kurven-, Riemen- oder Rädergetrieben auch im Zusammenspiel mit der Robotik ihren Platz finden. Die Möglichkeiten der additiven Fertigung und des automatisierten Entwurfs werden auf jeden Fall die Nutzung klassischer Mechanismen zunehmend attraktiver machen.

Schistosomiasis oder Bilharziose ist eine Infektionskrankheit, die durch Saugwürmer der Gattung Schistosoma verursacht wird und zu akuten und chronischen Erkrankungen des Wirts führt, die insbesondere in armen Gemeinden in tropischen und subtropischen Gebieten erhebliche gesundheitliche und wirtschaftliche Auswirkungen haben. Aktuellen Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) zufolge benötigten im Jahr 2019 mindestens 236,6 Millionen Menschen eine präventive Behandlung, 105,4 Millionen wurden behandelt. Derzeit steht für diese Arzneistofftherapie nur ein einziges Medikament - Praziquantel (PZQ) – zur Verfügung. Aus diesem Grund müssen neue antischistosomale Verbindungen entwickelt werden. In enger Zusammenarbeit mit dem Labor von Prof. Grevelding wurden von der Gruppe von Prof. Schlitzer, ausgehend von dem früheren Medikament und Aldehyddehydrogenase-Hemmer Disulfiram, Dithiocarbamate mit antischistosomaler Aktivität gefunden. In diesen Vorarbeiten von Patrick Mäder und Georg A. Rennar wurden Substanzen mit in vitro antischistosomaler Aktivität im niedrigen mikromolaren Bereich identifiziert. Die vorliegende Arbeit stellt die Fortsetzung der Entwicklung der Dithiocarbamate und der eigenen Vorarbeiten des Autors auf dem Gebiet der strukturell verwandten Dithiocarbazate als potenzielle Anthelmintika dar. Im Mittelpunkt des ersten Teils der Arbeit stand die Untersuchung der biologischen Wirkung einer weiteren Verzweigung der Dithiocarbazat-Struktur. Zu diesem Zweck wurden zunächst die bestmöglichen unverzweigten Dithiocarbazat-Analoga identifiziert und anschließend weiter derivatisiert. Nach umfangreicher Optimierung der Synthesebedingungen konnten verzweigte Dithiocarbazate erhalten werden. Während sich N-unverzweigte Dithiocarbazate als weniger antischistosomal aktiv erwiesen als Dithiocarbamate, konnte die Aktivität durch weitere N-Substitution gesteigert werden. So wurden Verbindungen mit einer in vitro antischistosomalen Aktivität von 5 µM erhalten, womit sie im gleichen Aktivitätsbereich wie die besten Dithiocarbamate liegen. Die verzweigten Dithiocarbazate - mit einem N-Aminopiperazin - wurden aufgrund der aufwendigen Synthese vereinfacht. Die resultierenden verzweigten Dithiocarbamate - mit einem 4-Aminopiperidin - waren jedoch deutlich weniger wirksam. Der zweite Teil der Arbeit befasste sich mit der Weiterentwicklung der Dithiocarbamate. Bei dieser Substanzklasse ging es zunächst darum, die Nitrobenzylgruppe zu ersetzen und neue funktionelle Gruppen auf der Seite des Stickstoffsubstituenten zu evaluieren. Durch die Einführung von heteroaromatischen Substituenten wurde nur ein Derivat mit einer dem Nitrobenzyl-Derivat vergleichbaren Aktivität identifiziert. Der Austausch der Sulfonamid- oder S,S-Dioxid-Gruppen auf der Stickstoffseite gegen Sulfonimidamid- oder Sulfoximin-Strukturen führte zu einem drastischen Verlust an antischistosomaler Aktivität. Dieser Aktivitätsrückgang konnte durch weitere Substitution dieser neuen, medizinisch-chemisch interessanten funktionellen Gruppen nicht kompensiert werden. Da durch diese Modifikationen keine weiteren Entwicklungskandidaten identifiziert werden konnten, wurden insgesamt sieben, bereits in früheren Arbeiten erhaltene, Dithiocarbamate weiter charakterisiert. In Zusammenarbeit mit der Firma Merck KGaA wurden in vitro ADMET-Daten erhoben. Die meisten Verbindungen erwiesen sich als schlecht löslich, zeigten aber ansonsten keine wesentlichen limitierenden Eigenschaften. Anschließend wurden die beiden vielversprechendsten Kandidaten in einem in-vivo-Modell auf ihre antischistosomale Aktivität getestet. Leider erwies sich eine Verbindung als inaktiv und die andere als nur mäßig aktiv, gepaart mit einem hohen Toxizitätspotenzial. Da die beiden in vivo evaluierten Verbindungen keine Grundlage für die weitere Entwicklung boten, wurden in dieser Arbeit erste Ansätze für ein strukturbasiertes Inhibitor-Design einer schistosomalen Aldehyd-Dehydrogenase (ALDH) entwickelt. Darüber hinaus wurde durch die Synthese von fluoreszenzmarkierten Dithiocarbamaten und durch Docking-Studien eine mögliche Wirkungsweise der Dithiocarbamate untersucht. Darüber hinaus wurden potenzielle Metabolite eines Dithiocarbamat-Derivats synthetisiert und anschließend mittels NMR und Kristallstrukturanalyse charakterisiert., Schistosomiasis or bilharzia is an infectious disease caused by blood flukes of the genus Schistosoma and leads to acute and chronic conditions of the host, resulting in considerable health and economic effects especially in poor communities in tropical and subtropical areas. Recent estimates of the World Health Organization (WHO) showed that at least 236.6 million people required preventive treatment in 2019 with 105.4 million being treated. Since this large-scale treatment relies on only one single drug – praziquantel (PZQ) – new antischistosomal compounds need to be developed. In close collaboration with the lab of Prof. Grevelding, dithiocarbamates with antischistosomal activity were found by the group of Prof. Schlitzer, starting from the former drug and aldehyde dehydrogenase inhibitor disulfiram. In this preliminary work by Patrick Mäder and Georg A. Rennar substances with in vitro antischistosomal activities in the low micromolar range were identified. The present work represents the continuation of the development of dithiocarbamates and the author's own preliminary work in the field of structurally related dithiocarbazates as potential anthelmintics. The centrepiece of the first part of the work was the investigation on the biological effects of a further branching of the dithiocarbazate structure. To this end, the best possible unbranched dithiocarbazate analogs were first identified and then further derivatized. After extensive optimization of the synthesis conditions branched dithiocarbazates could be obtained. While N-unbranched dithiocarbazates were found to be less antischistosomally active than dithiocarbamates, the activity was increased by further N-substitution. Thus, compounds with an in vitro antischistosomal activity of 5 µM were obtained, placing them in the same activity range as the best dithiocarbamates. Due to the elaborate synthesis, the branched dithiocarbazates – containing a N-aminopiperazine – were simplified, but the resulting branched dithiocarbamates – containing a 4-aminopiperidine – were considerably less effective. The second part of the work concerned on the further development of the dithiocarbamates. In this substance class, the initial focus was on replacing the nitro benzyl group and on evaluating new functional groups on the side of the nitrogen substituent. By the introduction of heteroaromatic substituents only one derivative with an activity comparable to the nitro benzyl derivative was identified. The exchange of the sulfone amide or S,S-dioxide moieties on the nitrogen side for sulfonimidamide or sulfoximine structures led to a tremendous loss of antischistosomal activity. This decline in activity could not be compensated by further substitution of these new, medicinal-chemically interesting functional groups. Since no additional development candidates were identified through these modifications, a total of seven dithiocarbamates already obtained in earlier work were further characterized. In cooperation with Merck KGaA, in vitro ADMET-data were obtained and most of the compounds were found to be poorly soluble but otherwise showed no major limiting properties. Subsequently, the two most promising candidates were tested in an in vivo model for their antischistosomal activity. Unfortunately, one compound was found to be inactive and the other was only moderately active, paired with a high toxicity potential. Since the two compounds evaluated in vivo failed to provide a basis for further development, initial approaches for a structure-based inhibitor design of a schistosomal aldehyde dehydrogenase (ALDH) were developed in this work. In addition, by synthesis of fluorescence labelled dithiocarbamates and through docking studies a possible mode of action of the dithiocarbamates was investigated. Furthermore, potential metabolites of a dithiocarbamate derivative were synthesized and subsequently characterized by means of NMR and X-ray crystallography.

Kurzfassung des Tagungsbeitrags., IFToMM D-A-CH Konferenz, vol. 2022Achte IFToMM D-A-CH Konferenz 2022: 24./25. Februar 2022, Online-Konferenz

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Reaktivität von Phosphan-stabilisierten Diborenen. Der erste Teil beschreibt die Darstellung von Tetrabromdiboran(4)-Addukten mit zweizähnigen (84a–87c) und einzähnigen Phosphanen (43a–c; 88a–89b), welche ausgehend von B2Br4(SMe2)2 (83) in einer Substitutionsreaktion in sehr guten Ausbeuten erhalten wurden. In fast allen Fällen gelang es mithilfe der Molekülstrukturen im Festkörper die Verbindungen näher zu untersuchen. Dabei konnten erstmalig Phosphan-verbrückte Diboran(6)-Verbindungen 86a–87a strukturell charakterisiert werden. Eine Besonderheit stellt in diesem Zusammenhang der PBBP-Torsionswinkel α dar, der die Abwinklung zwischen den Phosphanliganden angibt und welcher mit steigender Sterik zunimmt, was auf attraktive Dispersionswechselwirkungen zwischen den organischen Resten zurückzuführen ist. Einige Addukte wurden experimentell auf ihr Redoxverhalten hin untersucht. Obwohl bei vielen Reduktionsversuchen Diboren-typische NMR-Signale beobachtet wurden, sind die meisten Produkte so instabil, dass keine weiteren Beweise für die erfolgreiche Darstellung der jeweiligen Diborene erbracht werden konnten. Nur für 88c gelang die zielgerichtete Reduktion zum Diboren 93c zu reduzieren. Die analysenreine Isolierung von 93c gelang jedoch nicht, sodass es in situ zum Diboren-Übergangsmetall-side-on Komplex 94 umgesetzt wurde. Quantenchemische Untersuchungen der Grenzorbitale zeigten, dass sehr wahrscheinlich die energetische Lage der MOs mit Anteilen auf den σ*-Orbitalen der B‒Br-Bindungen ausschlaggebend für eine erfolgreiche Reduktion von Bisphosphanaddukten zum Diboren ist. Allerdings stellt auch der räumliche Anspruch der Phosphane einen entscheidenden Stabilitätsfaktor für das entstehende Phosphan-stabilisierte Diboren dar. Weiterhin wurde das Portfolio an Phosphan-stabilisierten 1,2-Diaryldiborenen mit den Ver-bindungen 97a–98b erweitert und die Synthese derartiger Diborene in einer Eintopfsynthese optimiert. Außerdem gelang die erstmalige Darstellung Phosphan-stabilisierter Diborene mit Durylsubstituenten (98a/b), die sich aber, mitsamt ihren Brom-verbrückten Monoadduktvorstufen 96a/b, als unerwartet labil erwiesen. Die Diborene zeigen für diese Verbindungsklasse typische NMR-spektroskopische und röntgenkristallographische Messdaten. Zusätzlich wurden 97a/b mittels UV/Vis-Spektroskopie und quantenchemischen Methoden näher analysiert. Das Hauptaugenmerk der durchgeführten Forschungsarbeiten lag auf der Untersuchung der Reaktivität des Diborens 48a. Dessen B=B-Bindungsordnung konnte in zwei Reaktionen mit unterschiedlichen Oxidationsmitteln unter Bildung des Radikalkations [100]∙+ herabgesetzt werden. Eine Oxidation der B=B-Bindung gelang auch mit der Umsetzung von 48a mit Chalkogenen und chalkogenhaltigen Reagenzien. Unter anderem gelang mit der Darstellung des 1,2-Dimesityl-1,2-di(phenylseleno)diborans(4) (104) die Synthese eines seltenen Beispiels für ein strukturell aufgeklärtes, selenhaltiges Diboran(4). Dabei konnte außerdem erstmals die vollständige Freisetzung beider Lewis-Basen aus einem Diboren unter gleichzeitiger Reduktion der Bindungsordnung beobachtet werden. Weiterhin wurde 48a mit stickstoffhaltigen Heteroaromaten umgesetzt. Dabei lassen die spektroskopischen und quantenchemischen Daten ein Pyridin-stabilisiertes Diboren 105 vermuten. In weiteren Versuchen wurde 48a mit 2,2'-Bipyridin untersucht und ein Monoboran und das 1,4-Diaza-2,3- diborinin 106 erhalten. 106 wurde im Festkörper und quantenchemisch näher untersucht. Eine NICS-Analyse bescheinigt dem zentralen B2N2C2-Ring des Diborans(4) ein außer-ordentliches Maß an Aromatizität. Ferner war 48a in der Lage, Element-Wasserstoffbindungen zu aktivieren (E = B, Si, N, S). Während für die Umsetzungen mit diversen Silanen nur über die Reaktionszusammensetzung spekuliert werden konnte, gelang die Strukturaufklärung zweier Produkte der Reaktion mit HBCat (110 und 111) mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse. In diesem Zusammenhang gelang die Darstellung der sp2-sp3-Diborane(5) 112–113b in Umsetzungen von 48a mit einem Thiol bzw. mit Anilinderivaten in guten Ausbeuten. Die NMR-spektroskopischen und kristallographischen Daten der Produkte sind miteinander vergleichbar und liegen im erwarteten Bereich derartiger Verbindungen. Zusätzlich konnte in den stickstoffhaltigen Produkten 113a/b die trans-Konfiguration der B=N-Doppelbindung mittels 1H–1H-NOESY-NMR-Experimenten bestätigt werden. Das Diboren 48a zeigt auch ein reichhaltiges Reaktivitätsverhalten gegenüber kleinen Molekülen. Nach dem Austausch der Schutzgasatmosphäre gegen N2O oder CO2 konnte die oxidative Zersetzung von 48a zum literaturbekannten Boroxinderivat 114 festgestellt werden. Gänzlich anders verlief die Reaktion von 48a mit CO, wobei ein interessanter, achtgliedriger Heterocyclus 115 gebildet wurde, der formal aus zwei gespaltenen CO-Molekülen und zwei Diborenen besteht. Die genaue Beschreibung der Bindungssituation innerhalb der BC(P)B-Einheit kann, anhand der Festkörperstruktur von 115 und DFT-Berechnungen, mit literaturbekannten α-borylierten Phosphoryliden verglichen werden. Mit hoher Wahrscheinlichkeit liegt eine Mischform der mesomeren Grenzstrukturen 115-A, 115-B und 115-C vor, da für alle drei Strukturvorschläge experimentelle Hinweise gefunden werden können. Das Diboren 48a reagierte mit H2 ohne Katalysator, unter thermischer Belastung, erhöhtem Druck und langer Reaktionszeit zu unterschiedlichen Produkten. Erste Umsetzungen führten hierbei zum Produkt 118a, das in folgenden Hydrierungen aber nicht mehr reproduziert werden konnte. Stattdessen wurde die selektive Bildung der Monoborane 119a/b beobachtet. Für beide Reaktivitäten wurde je ein Reaktionsmechanismus quantenchemisch untersucht. Das Schlüsselintermediat ist dabei jeweils ein hochreaktives Intermediat Int3, welches vermutlich für eine Vielzahl an Reaktivitäten von 48a verantwortlich ist. Das letzte Kapitel widmete sich unterschiedlichen Cycloadditionen von 48a mit verschiedenen ungesättigten Substraten. Die Reaktivität gegenüber Aziden konnte hierbei nicht vollständig aufgeklärt werden. Allerdings gelang es ein PMe3-stabilisiertes Phosphazen 122 als Nebenprodukt nachzuweisen und gezielt in einer Staudinger-Reaktion darzustellen. Mit Carbodiimiden reagierte das Diboren 48a unter photolytischen Bedingungen zu den 1,2,3-Azadiboretidinen 123a–c, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit stark vom sterischen Anspruch des Carbodiimids abhängig war. Das Azadiboretidin 123a konnte im Festkörper näher untersucht werden und stellt ein seltenes Beispiel für einen solchen Heterocyclus dar. Die thermische Umsetzung von 48a mit den Carbodiimiden lieferte hingegen ein noch nicht vollständig aufgeklärtes Produkt. Anhand der spektroskopischen Daten wird die Darstellung eines NHCs mit Diboran(4)-Rückgrat der Art B2Mes2(NiPr)2C: (124a) vermutet. Quantenchemische Untersuchungen sagen für 124a ähnliche Bindungsparameter wie für ein literaturbekanntes π-acides NHC voraus. Die Reaktion von 48a mit terminalen Alkinen führte zielgerichtet zu PMe3-stabilisierten 1,3-Dihydro-1,3-diboreten 126a–d. In Lösung konnten für 126c/d zusätzlich die jeweiligen Konstitutionsisomere 127c/d mit Anteilen von unter 10% NMR-spektroskopisch beobachtet werden. Im Festkörper wird hingegen nicht das Diboret 126d, sondern ausschließlich das Konstitutionsisomer 127d beobachtet. Die Lewis-Formel der Diborete legt nahe, dass ein elektronenarmes, dreifach koordiniertes Kohlenstoffatom in der BCB-Einheit vorliegt, was im 13C{1H}-NMR-Spektrum mit den entsprechenden Signalen bestätigt wird. Eine elektronische Delokalisation wird mit den ermittelten B‒C-Atomabständen innerhalb der BCsp2B-Einheiten von 126a–c und 127d unterstützt. Die P‒Csp2-Bindung in 127d weist zudem einen kurzen P=C-Bindungsabstand auf, was einen sehr hohen π-Anteil vermuten lässt. Die einmalige Beschreibung des C‒H-Aktivierungsprodukts 131 im Festkörper gibt einen Hinweis auf eine anfängliche [2+2]-Cycloaddition zwischen der B=B-Doppelbindung und dem terminalen Alkin, die über eine 1,3-Umlagerung zur Bildung der 1,3-Diborete führt. Ferner gelang unter den identischen Reaktionsbedingungen aus 48a und 1,4‐Diethinylbenzol die Darstellung der Mono‐ und Bis(1,3‐dihydro‐1,3‐diborete) 128 und 129, wobei 129 nur im Festkörper genauer untersucht werden konnte. Die Umsetzung von 48a mit 1,3,5‐Triethinylbenzol ergab ein Produktgemisch der Form (B2Mes2(PMe3)HCC)n(C6H3)(CCH)3−n (130-n; n = 1, 2, 3), welches Hinweise auf die zweifache bzw. dreifache Diboretbildung lieferte. DFT-Berechnungen sagen für das Bisdiboret 129 eine Kommunikation zwischen beiden Heterocyclen über den zentralen Benzolring voraus, was die Ursache für die beobachtete Fluoreszenz sein könnte. Das Diboren 48a reagierte zudem mit Diazabutadienen unter thermischen Bedingungen in inversen Diels-Alder-Reaktionen zu 1,2,3,4-Tetraaryl-1,4-diaza-2,3-diborininen 132a–e. Dies stellt einen neuen Zugang zu dieser Substanzklasse dar. Dabei zeigte sich eine direkte Korrelation zwischen der Reaktionszeit und dem räumlichen Anspruch der Diazabutadiene. Die erfolgreiche Aufarbeitung der 1,4-Diaza-2,3-diborinine ist aufgrund ihrer hohen Löslichkeit in gängigen Lösungsmitteln wesentlich vom Kristallisationsverhalten der Produkte abhängig. Die analoge Umsetzung unter photochemischen Bedingungen gab Hinweise darauf, dass diese Reaktion dem Mechanismus einer inversen [4+2]-Cycloaddition folgt. Bemerkenswert ist die hohe Stabilität der Diborane(4) 132b/c gegenüber Luft und Wasser, die vermutlich auf der kinetischen Stabilisierung durch die ortho- Methylgruppen der Stickstoff-gebundenen Aromaten beruht. Im Gegensatz dazu wurde bei der Reaktion zwischen 48a und dem Diazabutadien (MesN)2C2Mes2 das 1,2,3,4-Tetramesityl-5,6-dimethyl-1,4-diaza-2,3-diborinin 132e nur in Spuren nachgewiesen. Unter den gewählten Bedingungen wurde stattdessen Verbindung 133 gebildet. Die systematische, experimentelle Untersuchung dieser Reaktivität wurde jedoch im Rahmen dieser Arbeit nicht durchgeführt. Die Schlüsselschritte des Reaktionsmechanismus zur Bildung von 133 führen höchstwahrscheinlich wieder über das Intermediat Int3. Nach einer 1,2-Wanderung eines Mesitylsubstituenten wird das Monophosphan-stabilisierte Zwitterion Int13a gebildet, welches in seiner Grenzstruktur Int13b als Borylen beschrieben werden kann. Eine anschließende intramolekulare C‒H-Aktivierung resultiert im Diboran(5) 133. Mit dieser Arbeit ist es gelungen, neue Erkenntnisse über die Chemie Phosphan-stabilisierter Diborene zu erhalten. Die labil gebundenen Phosphane eröffnen diesen Diborenen eine einzigartige Reaktivität, die bei den NHC-Vertretern nicht gefunden wird. In der Zukunft könnten neue Konzepte entwickelt werden dieses Reaktionsverhalten weiter zu nutzen. Wünschenswert wäre es die Diboren-Monomere miteinander zu Ketten zu verknüpfen., The present work deals with the synthesis and reactivity of phosphine-stabilised diborenes. The first section describes the preparation of tetrabromodiborane(4) adducts with bidentate (84a–87c) and monodentate phosphines (43a–c; 88a–89b). These were obtained from B2Br4(SMe2)2 (83) in a substitution reaction in very good yields. In almost all cases, it was possible to investigate the compounds more closely based on their solid-state molecular structures. For the first time, the structures of phosphine-bridged di¬bo¬rane(6) compounds 86a–87a were determined. A special feature in this context is the PBBP torsion angle α, which indicates the angular deflection between the phosphine ligands. Contrary to expectations, the angle α decreases with increasing steric demand, which is probably due to attractive dispersion interactions between the organic residues. The adducts 84a/b, 135a/c, 87a, 88a/c/d and 136a were experimentally investigated for their redox behaviour. Although diborene-type NMR signals were observed in some reduction experiments, most of the products are so unstable that no further evidence for the successful preparation of the respective diborenes was obtained. Therefore, only 88c was successfully reduced to the diborene 93c. However, the isolation of 93c was not successful, thus it was instead reacted in situ with ZnBr2 to form the side-on transition metal diborene complex 94. Quantum-chemical investigations of the frontier orbitals showed that the energy level of the MOs with lobs corresponding to the σ* orbitals of the B‒Br bonds is most likely decisive for the successful reduction of bisphosphine adducts to diborenes. However, the steric demand of the phosphines is also a crucial stabilising factor for the resulting phosphine-stabilised diborene. Furthermore, the portfolio of phosphine-stabilised 1,2-diaryldiborenes was expanded with compounds 97a–98b and the synthesis of these diborenes was optimised in a one-pot synthesis. In addition, phosphine-stabilised diborenes with duryl substituents (98a/b) were synthesised for the first time, which, together with their bromine bridged monoadduct precursors 96a/b, proved to be unexpectedly labile. The prepared diborenes provided NMR spectroscopic and X-ray crystallographic data which are typical for this class of compounds. Moreover, 97a/b was analysed in more detail using UV/vis spectroscopy and quantum-chemical methods. The main focus of this research lies in the investigation of the reactivity of the diborene 48a. Its B=B bond order was reduced in two reactions with different oxidizing agents forming the radical cation [100]∙+. An oxidation of the B=B bond was also achieved with the reaction of 48a with chalcogens and chalcogen-containing reagents. Furthermore, with the preparation of 1,2-dimesityl-1,2-di(phenylseleno)diborane(4) (104), the synthesis of a rare example of a structurally elucidated selenium containing diborane(4) was achieved. In addition, the complete release of both Lewis bases from a diborene with simultaneous reduction of the B=B bond order was observed for the first time. Furthermore, 48a was reacted with nitrogen containing heteroaromatics. The spectroscopic and quantitative chemical data indicate a pyridine-stabilised diborene 105. Further experiments were aimed at exploring the reactivity of 48a towards 2,2'-bipyridine and the monoborane 107d and the 1,4-diaza-2,3-diborinine 106 were obtained. The solid-state structure of 106 and quantum-chemical investigations suggested a bonding situation comparable to that of carbon analogues. In addition, a NICS analysis confirmed that the central B2N2C2 ring of diborane(4) 106 has an extraordinary degree of aromaticity. Compound 48a was also able to activate element-hydrogen bonds (E = B, Si, N, S). While for the reactions with various silanes the reaction composition could only be speculated upon, the structure of two products of the reaction with HBCat (110 and 111) were elucidated by means of single crystal X-ray structure analysis. In this context, the sp2-sp3 diboranes(5) 112–113b were obtained in good yields in reactions of 48a with a thiol and with aniline derivatives, respectively. The NMR spectroscopic and crystallographic data of the products are comparable and lie within the expected range of such compounds. In addition, the trans configuration of the B=N double bond in the nitrogenous products 113a/b was confirmed by 1H‒1H-NOESY NMR experiments. The diborene 48a also shows a rich reactivity towards small molecules. After replacing the inert gas atmosphere with N2O or CO2, the oxidative decomposition of 48a to the literature-known boroxine derivative 114 was detected. The reaction of 48a with CO was completely different, whereby an interesting, eight-membered heterocycle 115 was formed, which formally consists of two cleaved CO molecules and two diborenes. Based on the solid-state structure of 115 and DFT calculations, the exact description of the bonding situation within the BC(P)B unit can be compared with literature-known α-borylated phosphorus ylides. It is highly probable that a mixed form of the mesomeric structures 115-A, 115-B and 115-C is present since experimental evidence can be found for all three proposed structures. The diborene 48a reacted with H2 without the need for a catalyst, with heating, high pressure and long reaction times leading to different products. Initial reactions led to the product 118a, which could not be reproduced in subsequent hydrogenations. Instead, the selective formation of the monoboranes 119a/b was observed. One reaction mechanism was computationally determined for each of the reactivities. The key intermediate in each case is the highly reactive intermediate Int3, which is presumably responsible for a large number of the reactivity patterns of 48a. The last chapter is devoted to different cycloadditions of 48a with different unsaturated substrates. The reactivity towards azides could not be fully elucidated. However, it was possible to detect a PMe3 stabilised phosphazene 122 as a byproduct, which could be independently synthesised via a Staudinger reaction. The diborene 48a reacted with carbodiimides under photolytic conditions to give the 1,2,3 azadiboretidines 123a–c, whereby the reaction rate was strongly dependent on the steric demand of the carbodiimide. The solid-state structure of azadiboretidine 123a was determined and represents a rare example of such a heterocycle. The thermal reaction of 48a with carbodiimides, on the other hand, yielded a product that has not yet been fully elucidated. Based on the spectroscopic data, the preparation of a NHC with a diborane(4) backbone of the type B2Mes2(NiPr)2C: (124a) is suspected. Quantum-chemical investigations predicted similar bonding parameters for 124a as for a literature known π-acidic NHC. The reaction of 48a with terminal alkynes led to PMe3-stabilised 1,3-dihydro-1,3-diboretes 126a–d. For 126c/d the respective constitutional isomers 127c/d with proportions of less than 10% could additionally be observed via solution NMR spectroscopy. In the solid state, on the other hand, not the diborete 126d but exclusively the constitutional isomer 127d was observed. The Lewis formulas of the diboretes suggest that an electron-deficient, tricoordinate carbon atom is present in the BCB unit, which is confirmed by its 13C{1H} NMR spectrum, which contains corresponding signals. The electronic delocalisation is supported by the experimentally derived B‒C atomic distances within the BCsp2B units of 126a–c and 127d. The P‒Csp2 bond in 127d is short, suggesting a high degree of π-character. The unique description of the C‒H activation product 131 in the solid state suggests an initial [2+2] cycloaddition between the B=B double bond and the terminal alkyne, which leads to the formation of the 1,3-diboretes via a 1,3 rearrangement. Using the identical reaction conditions as the reaction between 48a and 1,4-diethylbenzene, the preparation of the mono- and bis(1,3-dihydro-1,3-diboretes) 128 and 129 was achieved, whereby 129 could only be structurally authenticated. The reaction of 48a with 1,3,5-triethynylbenzene gave a mixture of products of the type (B2Mes2(PMe3)HCC)n(C6H3)(CCH)3-n (130-n; n = 1, 2, 3), which provided evidence for the two- and threefold diborete formation, respectively. DFT calculations predict some degree of communication between the two heterocycles via the central benzene ring in the bisdiborete 129, which could be the cause of the observed fluorescence. The diborene 48a also reacted with diazabutadienes under thermal conditions in inverse Diels-Alder reactions to give 1,2,3,4-tetraaryl-1,4-diaza-2,3-diborinines 132a–e. This represents a new approach to this substance class. Thereby, a direct correlation between the reaction time and the steric demand of the diazabutadienes was observed. The successful work-up of the 1,4-diaza-2,3-diborinines is essentially dependent on the crystallisation behaviour of the products due to their high solubility in common solvents. The analogous conversion under photochemical conditions indicated that this reaction follows the mechanism of an inverse electron demand [4+2] cycloaddition. The high stability of the diborane(4) 132b/c against air and water is remarkable, which is probably due to the kinetic stabilisation by the ortho-methyl groups of the nitrogen-bound aryl groups. In contrast, the reaction between 48a and the diazabutadiene (MesN)2C2Mes2 gave the 1,2,3,4-tetramesityl-5,6-dimethyl-1,4-diaza-2,3-diborinine 132e, but only in small amounts. Instead, compound 133 was formed under the chosen conditions. However, the systematic, experimental investigation of this reactivity was not carried out within the scope of this work. The key intermadiate of the reaction mechanism for the formation of 133 is most probably again the intermediate Int3. After a 1,2-migration of a mesityl substituent, the monophosphine-stabilised zwitterion Int13a is formed, which can be described as a borylene in its mesomeric structure Int13b. A subsequent intramolecular C‒H activation results in the diborane(5) 133. This work provides new insights into the chemistry of phosphine-stabilised diborenes. The labile phosphine groups provide a unique reactivity to the diborenes that is not found in the NHC-bound derivatives. In the future, new concepts could be developed to further exploit this reaction behaviour. Along these lines, it would be desirable to link diborenes with each other to create chains.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnte eine Reihe symmetrischer und asymmetrischer Tetrahalogendiboran(4)-Addukte realisiert werden. Die symmetrischen Brom-substituierten Vertreter 19 und 102–107 waren durch quantitativen Ligandenaustausch der schwach gebundenen Lewis-Base SMe2 von 101 zugänglich. Im Falle der IDip-stabilisierten Addukte 108 bzw. 109a/b gelang die Darstellung in sehr guten Ausbeuten durch direkte Umsetzung von freiem Carben mit den Tetrahalogendiboran(4)-Vorstufen 1 (X = Cl) bzw. 2 (X = I). Die asymme¬trischen Vertreter 113a–116b konnten durch sukzessive Adduktbildung ausgehend von 1 bzw. 6 mit cAAC und dem jeweiligen NHC bei tiefen Temperaturen (−78 °C) in moderaten bis guten Ausbeuten dargestellt werden. Nachfolgende Reduktionsversuche der asymmetrischen Addukte 113a/b und 114b–116b waren von mäßigem Erfolg geprägt. Als Reduktionsmittel wurden Alkali- bzw. Erdalkalimetalle, Interkallationsverbindungen und Übergangsmetallkomplexe eingesetzt. Zwar war in allen Fällen eine deutliche Farbänderung beobachtbar, die, zusammen mit den beobachteten Resonanzen in den 11B-NMR-Spektren, die Synthese von asymmetrischen Diborenen nahelegten, jedoch gelang die Isolierung der Diborene nicht. Hierbei gestaltete sich die Abtrennung der gebildeten Nebenprodukte als problematisch. Deutlich selektiver verliefen hingegen die Reduktionen der symmetrischen Tetrahalogen-diboran(4)-Bis(Addukte) mit NaNaph bei tiefen Temperaturen (−78 °C). Hierbei gelang es, das Portfolio der bereits bekannten Vertreter dieser Substanzklasse zu erweitern. So konnten die Brom-substituierten Diborene 126–128 erstmals vollständig charakterisiert werden. Der Einfluss der Halogenatome auf die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Diborene wurde ferner an zwei Beispielen der IDip-stabilisierten Diborene 129 und 130 untersucht. Bei identischem NHC, aber unterschiedlichen Halogenen, konnten die Eigenschaften der Diborene 21, 129 und 130 näher untersucht und miteinander verglichen werden. Besonders deutlich werden die Redoxeigenschaften der Diborene von der Art des gebundenen Halogens beeinflusst, wie cyclovoltammetrische Untersuchungen belegen. Alle NHC-stabilisierten 1,2 Dihal¬ogen¬diborene konnten ferner anhand ihrer physikalischen Eigenschaften eingeordnet und miteinander verglichen werden. Neben der Synthese und Charakterisierung neuartiger Diborene wurden auch verschiedene Reaktivitätsstudien durchgeführt. So konnten die Diborene 21, 123, 126 und 129 mit CO2 unter milden Bedingungen umgesetzt werden, wobei verschiedene Reaktionsprodukte nachgewiesen wurden. Der initiale Schritt umfasste in allen Fällen eine [2+2]-Cycloaddition die zu den Dibora-β-Lactonen 131a–134a führte, von denen 131a und 132a vollständig charakterisiert werden konnten. Im weiteren Reaktionsverlauf wurden jedoch Isomerisierungsreaktionen von 132a–134a bei Raum¬temperatur beobachtet, wobei die 2,4 Diboraoxetan 3 one 132b–134b isoliert wurden. Bedingt durch die verhältnismäßig langsame Umsetzung von 21 zu 132a konnte die [2+2] Cyclo¬addition mittels 1H-VT-NMR-Spektroskopie verfolgt werden, wobei die Rückgrat¬protonen der NHCs als selektive Sonde dienten. Eine bemerkenswert hohe Stabilität konnte für 131a bei Raumtemperatur beobachtet werden, bei der keine Anzeichen einer Umlagerung nachweisbar waren. Die angefertigten quantenchemischen Untersuchungen zum Reaktions¬mechanismus legen eine höhere Energiebarriere des Schlüsselschrittes der Umlagerungs¬reaktion für 131a als für 132a nahe, womit die Stabilität von 131a erklärbar ist. Ferner konnten beim Erhitzen von 131a für 16 Stunden auf 60 °C kurzlebige Intermediate in Form eines Oxoborans und Borylens, die im Laufe der Isomerisierungsreaktion der Dibora-β-Lactonen zu den 2,4 Diboraoxetan 3 onen auftreten, 11B NMR-spektroskopisch nachgewiesen werden. Hierdurch wurde ein weiteres Indiz gewonnen, dass die Richtigkeit des postulierten Reaktionsmechanimus verdeutlicht. Die reduzierende Wirkung der Diborene konnte mit der Darstellung von Radikalkationen demonstriert werden. Hierbei erfolgte die Umsetzung der Diborene 21, 123–126 und 128 mit [C7H7][BArF4] zu 138–143 in guten bis sehr guten Ausbeuten. Die gebildeten Radikale konnten vollständig charakterisiert werden und sind wegen ihrer Eigen¬schaften gut mit bereits literaturbekannten Vertretern dieser Substanzklasse vergleichbar. Versuche die Radikalkationen durch Umsetzung der Diborene mit [C7H7][BF4] darzustellen scheiterten an der Zersetzung während der Aufarbeitung, wodurch die Wichtigkeit des schwach koordinierenden Anions verdeutlich wird. Entgegen der Erwartungen wurden beim Vergleich der ESR-Spektren der dargestellten Radikalkationen mit bekannten Analoga deutlich unterschiedliche giso-Werte ermittelt, die auf den starken Einfluss der Bromatome zurückzuführen sind. Des Weiteren war es möglich, eine Korrelation zwischen den Strukturparametern in der Festphase und den UV/Vis-Absorptionsmaxima in Lösung nachzuweisen, wonach für diejenigen Radikale die stärkste Blauverschiebung beobachtet wurde, die den größten Diederwinkel α, zwischen den B2Br2-Ebenen und den CN2C2-Carben-ebenen, aufwiesen. In weiteren Studien wurden die Redoxeigenschaften der Diborene durch Umsetzung von 21 und 123–125 mit elementaren Chalkogenen unter milden Reaktionsbedingungen untersucht. So konnten durch Umsetzung der Diborene mit elementarem Schwefel die Diborathiirane 144–147 in moderaten bis guten Ausbeuten erhalten werden. Trotz eines großen Überschusses an Schwefel wurde aber keine vollständige BB-Bindungsspaltung beobachtet. Auf analoge Weise wurden die Diboraselenirane 148, 150 und 151 durch Umsetzung mit rotem Selen in moderaten bis guten Ausbeuten synthetisiert. Deutliche Unterschiede zeigten sich aber beim IDep-stabilisierten Diboren 123, das ein radikalisches Seleniran ausbildete. Überschüs¬siges Selen begünstigt vermutlich eine Folgeoxidation des in situ gebildeten Diboraselenirans, die jedoch für die anderen Verbindungen dieser Substanzklasse nicht beobachtbar war. Interessanterweise wurde bei allen Dipp-substituierten Verbindungen (Diborathiirane 144 und 146 sowie Dibora¬selenirane 148 und 151) das Fehlen einer Dipp-Gruppe der stabilisierten NHC-Basen im 1H NMR-Spektrum nachgewiesen. Dieser Umstand konnte durch eine eingeschränkte Rotation um die BC-Bindungsachse mittels 1H-VT-NMR-Spektrum aufgeklärt werden, wobei die Rotationsbarriere exemplarisch für 144 13.9 ± 1 kcal/mol beträgt. Eine bemerkenswerte Reaktivität der 1,2-Dibromdiborene 21 und 123–126 wurde gegenüber hetero¬aroma¬tischer Stickstoffbasen beobachtet. Mit einem großen Überschuss an Pyridin konnte ein Bromidanion aus den Diborenen verdrängt werden, wodurch die Diborenkationen 154–158 in moderaten bis guten Ausbeuten erhalten wurden. Die Abtrennung der dabei unvermeidlich gebildeten NHC-Salze gestaltete sich als schwierig, allerdings gelang es, nach einer in situ Deprotonierung mit NaHMDS die freien NHCs zu entfernen. Versuche der Deri-vatisierung mit anderen aromatischen Basen wie 2- bzw. 4-Picolin, Chinolin oder 2,2’-und 4,4’-Bipyridin scheiterten. Erfolgreich konnte DMAP eingesetzt werden, wodurch es möglich war, die Diborenkationen 160–162 in guten bis sehr guten Ausbeuten zu erhalten. Interessanterweise zeigen 154–158 teils deutliche solvatochrome Absorptions¬eigenschaften in den UV/Vis-Spektren. Im Laufe der Umsetzung von 125 mit Pyridin konnte durch angepasste Reaktions¬bedingungen das Dikation 159 in moderaten Ausbeuten isoliert werden. Dessen bemerkenswerte Stabilität zeigte sich durch eine ausgeprägte Widerstands¬fähigkeit gegenüber Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit über mehrere Wochen. Weiterführende Unter¬suchungen der Festkörperstruktur von 159 zeigen Bindungsparameter, die trotz der ionischen Natur der Verbindung, nur geringfügig von denen des neutralen Diborens 125 abweichen. Mittels Raman-Spektroskopie konnten des Weiteren die BB-Bindungsstärke in 159 näher bestimmt werden, die mit einer Kraftkonstante von 470 N/m nahezu identisch zu der des neutralen Dibores (465 N/m) ist, was Rückschlüsse auf die Lokalisierung der positiven Ladungen auf den Pyridinringen zulässt. Aus diesem Grund kann Verbindung 159 als bis dato einziges Beispiel eines luft- und feuchtigkeitsstabilen Diborens bezeichnet werden., Within the scope of this work, a series of symmetrical and unsymmetrical tetrahalodiborane(4) adducts were synthesized. The symmetrical, bromine-substituted compounds 19 and 102–107 were accessible by quantitative ligand exchange of the weakly-bound Lewis base SMe2 in 101. The IDip-stabilized adducts 108 and 109a/b, were prepared in excellent yields by direct addition of free carbene to the tetrahalodiborane(4) precursors 1 (X = Cl), and 2 (X = I), and respectively, the unsymmetrical adducts 113a–116b could be prepared in moderate to good yields by stepwise addition of cAAC and the corresponding NHC to 1 or 6 at low temperatures (−78 °C). Subsequent attempts to reduce the asymmetric adducts 113a/b and 114b–116b with reagents such as alkali, or alkaline earth metals, intercalation compounds, and transition metal complexes were moderately successful. Although a change in colour was observed in all cases, which, together with the observed resonances in the 11B-NMR spectra, suggested the synthesis of unsymmetrical diborenes, their isolation was unsuccessful. Here, the separation of the byproducts proved to be problematic. In contrast, the reductions of the symmetrical tetrahalodiborane(4) bis(adducts) with NaNaph at low temperatures (−78 °C) were much more selective. Here, we succeeded in expanding the scope of known representatives of this substance class. Thus, the bromine-substituted diborenes 126–128 could be fully characterized for the first time. The influence of the halides on the chemical and physical properties of the diborenes were further investigated using two examples of IDip-stabilized diborenes 129 and 130. The properties of 21, 129 and 130, which represent diborenes with identical NHCs but different halides, were studied in more detail and compared with each other. The redox properties of the diborenes are particularly influenced by the nature of the halide, as emphasized by cyclo¬voltammetric studies. All NHC-stabilized 1,2-dihalodiborenes were also classified and compared with each other based on their physical properties. In addition to the synthesis and characterization of novel diborenes, a range of reactivity studies were also performed. For example, when diborenes 21, 123, 126, and 129 were reacted with CO2 under mild conditions, a variety of products were obtained. In all cases the initial step involved a [2+2] cycloaddition leading to the dibora-β-lactones 131a–134a, of which 131a and 132a were fully characterized. However, in the further course of the reaction, isomerization of 132a–134a took place, leading to the formation of the 2,4-diboraoxetane-3-ones 132b–134b. Thanks to the relatively slow conversion of 21 to 132a, the [2+2] cycloaddition could be monitored by variable-temperature 1H-NMR spectroscopy, with the backbone protons of the NHCs serving as viable probes. A remarkably high stability at room temperature was observed for 131a with no evidence of rearrangement. Quantum chemical studies of the reaction mechanism suggested a higher energy barrier for the key step of the rearrangement reaction for 131a relative to that of 132a. Furthermore, heating of 131a to 60 °C for 16 h led to the formation of short-lived intermediates in the form of an oxoborane and borylene, which occur in the course of the isomerization reaction of the dibora-β-lactones to the 2,4-diboraoxetane-3-one, and were detected by 11B-NMR spectroscopy. This provided a further indication that the postulated reaction mechanism is correct. The reducing properties of the diborenes were demonstrated by the preparation of the radical cations. Here, diborenes 21, 123–126, and 128 reacted with [C7H7][BArF4] to form 138–143 in good to excellent yields. The isolated radicals were fully characterized, and their properties are readily comparable with previously-reported representatives of this substance class. Attempts to prepare the radical cations by reacting diborenes with [C7H7][BF4] were accompanied by decomposition during workup, thus highlighting the importance of the weakly coordinating anion. Contrary to expectations, significantly different giso values were obtained when comparing the EPR spectra of the presented radical cations with known analogues, which could be attributed to the strong influence of the bromide atoms. Furthermore, it was possible to find a correlation between the structural parameters in the solid state and the UV/Vis absorption maxima in solution. The strongest blue shift was observed for those radicals that exhibited the largest dihedral angle α between the B2Br2 plane and the CN2C2-carbene planes. In further studies, the redox properties of diborenes were investigated by reacting 21 and 123–125 with elemental chalcogens under mild reaction conditions. This way, reaction of diborenes with elemental sulphur led to the formation of diborathiiranes 144–147 in moderate to good yields. Despite a large excess of sulphur, complete BB bond cleavage was not observed for any of these products. Analogously, diboraseleniranes 148, 150, and 151 were synthesized by reaction with red selenium in moderate to good yields. However, apparent differences were seen for the IDep-stabilized diborene 123, which in contrast to 21, 124 and 125 formed a radical diboraselenirane. Excess selenium presumably favors a subsequent oxidation of the in-situ-formed diboraselenirane, which however, was not observed for the other compounds of this substance class. Interestingly, one Dipp-group of the stabilizing NHC bases was not detected in the proton NMR spectrum for all Dipp-substituted compounds (diborathiiranes 144 and 146, and also diboraseleniranes 148 and 151). This circumstance could be explained by an inhibited rotation around the BC axis as verified by means of variable-temperature 1H-NMR spectroscopy, the rotation barrier exemplified by that of 144, which was found to be 13.9 ± 1 kcal/mol. A remarkable reactivity of 1,2-dibromodiborenes 21 and 123–126 was observed towards hetero¬aromatic nitrogen bases. With a large excess of pyridine, a bromide anion could be displaced, giving the diborene cations 154–158 in moderate to good yields. Separation of the NHC salts inevitably formed during this process proved to be difficult, but after in situ deprotonation with NaHMDS, it was possible to remove the free NHCs due to their substantially different solubilities. Attempts at derivatization with other aromatic bases such as 2- or 4-picoline, quinolone, or 2,2'-and 4,4'-bipyridine failed. However, addition of DMAP le to a successful halide substitution, making it possible to obtain the diborene cations 160–162 in good to excellent yields. Interestingly, 154–158 furthermore show partly distinct solvatochromic absorption properties in their UV/Vis spectra. In the course of the reaction of 125 with pyridine, the dication 159 was isolated in moderate yields by employing adjusted reaction conditions. Its remarkable stability was demonstrated by a pronounced resistance to oxygen and atmospheric humidity over a period of several weeks. Further studies of the solid-state structure of 159 show binding parameters that deviate only slightly from those of the neutral diborene 125, despite the ionic nature of the compound. Furthermore, by use of Raman spectroscopy, it was possible to determine the BB bond strength in 159 in more detail, which, with a force constant of 470 N/m, is almost identical to that of the neutral diborene (465 N/m). This result allows us to draw conclusions about the localization of the positive charges on the pyridine rings. For this reason, compound 159 represents a rare example of an air- and moisture-stable diborene.

Münster ; New York : Waxmann 2022, 214 S., Insbesondere seit dem „PISA-Schock“ nach der ersten PISA-Veröffentlichung im Jahr 2001 hat die Forschung umfassende Einzelbefunde zu sozialer Ungleichheit, vor allem in der schulischen Bildung, vorgelegt. Soziale Ungleichheiten des Bildungserwerbs wurden dabei in allen Bildungsbereichen, von der frühkindlichen Bildung bis zur Weiterbildung im Erwachsenenalter, aufgezeigt. Diese Studie systematisiert erstmals das über knapp 20 Jahre hinweg gewachsene Forschungswissen zu den Erscheinungsformen sozialer Ungleichheit des Bildungserwerbs im deutschsprachigen Raum (Deutschland, Österreich und Schweiz). Die erstellte Forschungssynthese umfasst Befunde zu sozialer Ungleichheit in den Bereichen der vorschulischen Bildung, schulischen Bildung, beruflichen Bildung und Hochschulbildung sowie den Aspekten der Kompetenzen, der Bildungsbeteiligung und der Bildungsabschlüsse. Die Studie gibt einen Überblick über das vorhandene Forschungswissen und zeigt Forschungslücken auf. Zudem wird die verfügbare Evidenz aus Einzelstudien synthetisiert, um so verlässlichere Aussagen zum Bestehen sozialer Herkunftseffekte treffen zu können. Der Band stellt damit eine umfassende Vermessung der Forschungslandschaft dar. (DIPF/Orig.)

In diesem Beitrag wird zunächst herausgearbeitet, wie Synthese als Verfahren beim wissenschaftlichen Schreiben aus textlinguistischer und erwerbstheoretischer Sicht bestimmt werden kann und welche Herausforderungen für SchülerInnen damit verbunden sind. Anschließend wird der empirische Forschungsstand zur Ontogenese von Synthese dargestellt, der zeigt, dass bisherige Studien aufgrund heterogener Datenerhebungs- und -auswertungsmethoden keine einheitlichen Befunde liefern. Daran anknüpfend werden Daten aus einer Interventionsstudie (Akbulut/Schmölzer-Eibinger 2021) zur Förderung wissenschaftlicher Textkompetenz in der 10. Schulstufe (N=84) einer Sekundäranalyse mit Fokus auf Synthese unterzogen. Die Ergebnisse dieser Analyse zeigen, dass mit dem Format des Kontroversenreferats (Feilke/Lehnen 2011) die Syntheseleistungen von SchülerInnen zwar signifikant verbessert werden können, dass aber allzu optimistische Einschätzungen, wonach SchülerInnen mit dem Format des Kontroversenreferats bereits zu Leistungen imstande wären, die bisher fortgeschrittenen Studierenden zugeschrieben wurden, mit Vorsicht zu betrachten sind. Version of record

Die Alkalimetalle Natrium bis Cäsium bieten gegenüber Lithium einige Vorteile, die vor allem in den letzten zehn Jahren entdeckt und in verschiedensten organischen Transformationen genutzt wurden. Die Studien der vorliegenden Arbeit konnten erweiternde Erkenntnisse über die Chemie der schweren Homologe des Lithiums aufzeigen. In Anlehnung an das Konzept der „Alkali Metal Mediation Chemistry“ gelang es, eine selektive Synthese neuer organometallischer Metallierungsreagenzien in Form von THF-solvatisierten Alkalimetallbenzylverbindungen der Metalle Natrium, Rubidium und Cäsium zu entwickeln und damit die Reihe dieser Verbindungsklasse zu vervollständigen. Diese Reagenzien zeichnen sich durch einen Kompromiss zwischen Reaktivität und Stabilität aus und können als Werkzeug für die Einführung der verschiedenen Alkalimetalle genutzt werden, womit sie eine ernsthafte Alternative zu bisherigen Reagenzien darstellen. Die strukturelle Aufklärung erfolgte durch die Kombination von Einkristallröntgenstrukturanalyse und NMR-Spektroskopie. Im Zuge dessen gelang es erstmals eine isolierte und definierte Benzylcäsiumverbindung im Festkörper zu charakterisieren. Die Anwesenheit verschiedener Alkalimetalle spiegelt sich darüber hinaus in einer veränderten Natur des Anions wider. Die Veränderungen der elektronischen Struktur in Abhängigkeit der Koordinations-umgebung, des Metalls und der Substituenten konnten mit Hilfe von NMR-spektroskopischen Untersuchungen, quantenchemischen Berechnungen und Verfeinerung experimentell bestimmter Elektronendichten evaluiert werden. Im konkreten Fall von Benzylanionen ist ein Zusammenspiel aus Metall- und Substituenteneffekten für das Maß der Ladungsdelokalisation entscheidend. Je größer das Metall und je weniger ladungsstabilisierende Liganden, desto größer ist die beobachtete Delokalisation der negativen Ladung, was sich in geometrischen Deformationen des Anions zeigt. Die Berechnung von NBO-Ladungen, das elektrostatische Potential und erste experimentelle Befunde deuten darauf hin, dass in Folge der Ladungsdelokalisation auch die Regioselektivität in Folgereaktionen mit Elektrophilen beeinflusst werden kann. Um das Verständnis des Einflusses von Alkalimetallen auf Substitutions-reaktionen erweitern zu können, wurden Allylsysteme hinsichtlich ihrer Regio- und Stereochemie in Kombination mit den Alkalimetallen Natrium bis Cäsium untersucht. Dabei konnten zum einen röntgenkristallographische Einblicke in metallierte Intermediate erhalten und zum anderen Abhängigkeiten von Metall, Reagenz und Elektrophil auf die Substitutionsreaktion beobachtet werden. Bei Verwendung eines Natriumalkoholats verringert sich die Stereoselektivität der Produktbildung erheblich, was unter Einsatz der Alkoholate späterer Alkalimetalle nicht der Fall war. Weitere Erkenntnisse über die Rolle der Alkalimetalle Natrium bis Cäsium in der organischen Synthesechemie konnten durch theoretische sowie experimentelle Studien, pharmazeutisch enorm relevanter Phenethylamine, gewonnen werden. Die Untersuchungen verdeutlichten, dass insbesondere die Metalle Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium metallierte Phenethylamine stabilisieren können, während Lithium dies nicht vermag. Quantenchemische Berechnungen zeigten darüber hinaus, dass nicht nur das Metall, sondern auch das Amin sowie die Substituenten eine entscheidende Rolle hinsichtlich der Stabilisierung einnehmen. Durch die Isolierung metallierter Intermediate und ihre strukturelle Aufklärung im Festkörper sowie in Lösung, konnten neben den theoretischen auch experimentelle Einblicke in die Chemie der metallierten Phenethylamine erhalten werden. In diesem Zusammenhang konnten Hydroaminierungsreaktionen und Aminometallierungen, ausgehend von Piperidin und verschiedenen Styrolderivaten, erfolgreich durchgeführt und ein Derivat des Anti-depressivums Venlafaxin dargestellt werden. Des Weiteren konnte die problematische Polymerisation von Styrol durch den Einsatz von Benzylmethylamin gehemmt werden. Neben neuen alkalimetallorganischen Reagenzien und Untersuchungen zum Metalleffekt der Alkalimetalle auf die Natur des Anions sowie auf organische Transformationen sollten auch etablierte Reagenzien zur Einführung von Alkalimetallen in einem neuen Blickwinkel betrachtet werden. Dahingehend wurde die Verwendung von Methyl-tert-butylether (MTBE) als Solvens für die Lochmann-Schlosser-Base und sein Einfluss auf Struktur und Reaktivität untersucht. Im Vergleich zu THF oder Diethylether zeichnet sich MTBE vor allem durch seinen größeren sterischen Anspruch und eine höhere Stabilität gegenüber superbasischen Systemen aus. Während MTBE-solvatisierte metallorganische Verbindungen kleinere oder ungewöhnliche Strukturmotive ausbilden, zeigen reine und gemischte Alkoholate die gleichen Strukturmotive wie bei Verwendung der anderen Ether auf. Darüber hinaus demonstrierten experimentelle Untersuchungen einen signifikanten Einfluss von MTBE auf die Metallierung und anschließende Substitution von zwei Testsubstraten. Parallele Untersuchungen in THF führten außerdem zur Isolierung und Charakterisierung einer reaktiven Spezies einer aminomethylferrocen-basierten Lochmann-Schlosser-Base. Diese konnte, aufgrund der Planarchiralität, enantiomerenrein dargestellt werden und bietet somit das Potential für stereoselektive Deprotonierungen. Zudem lieferte die strukturelle Besonderheit eines überbrückenden THF-Moleküls einen Erklärungsansatz für die Wechselwirkung der reaktiven Spezies mit Substraten, was ebenfalls auf andere Metallierungsreagenzien übertragen werden konnte. Das Spektrum der erhaltenen Ergebnisse dieser Arbeit zeigt, inwieweit die Alkalimetalle Natrium bis Cäsium eine bedeutende Rolle in der organischen Synthese einnehmen und Lithium in der Metallorganik ergänzen können

Münster : Waxmann 2022, 31 S. - (Wissenschaft macht Schule; 4), Sind Mädchen motivierter im Lesen? Zeigen Jungen mehr Interesse in Mathematik? Immer wieder zeigen Studien Geschlechterunterschiede bei Interesse, Motivation und Berufsplänen von Schüler*innen – und das hat gesellschaftliche Tragweite: mehr Männer als Frauen in MINT-Berufen, ungenutztes Potential, Lohnungleichheit. Doch wie entstehen diese Unterschiede, die so große Auswirkungen auf wichtige Lebensentscheidungen haben? Und was können Lehrkräfte, Schulleitungen und andere Akteure der Bildungspraxis beitragen, um Geschlechterunterschiede abzubauen? Diesen und weiteren Fragen geht das Themenheft nach. Zum Einstieg geben die Autor*innen ausführliche theoretische Hintergrundinformationen mit Blick auf Ursachen von Geschlechterunterschieden und deren Auftreten in Schülermerkmalen wie Interesse und Motivation. Das Herzstück des Themenhefts bildet eine Forschungssynthese, die sich mit der Förderung dieser Merkmale beschäftigt. Die Autor*innen analysieren hier, inwiefern sich die Wirkung der Fördermaßnahmen für Mädchen und Jungen unterscheidet und wovon Schüler*innen auch insgesamt am meisten profitieren. Abschließend gibt das Themenheft in Form von Beispielen und Reflexionsfragen wertvolle Impulse für die Praxis. (DIPF/Orig.)

In der vorliegenden Arbeit wurde ein Syntheseprozess zur Herstellung von Metallnanopartikeln in Kohlenstoffnanow��nden mittels induktiv gekoppelter PECVD aus metallorganischen Pr��kursoren entwickelt und die Schicht- und funktionstechnischen Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten ergr��ndet. Diese konnten mit den wichtigen Prozessparametern Druck, Gasflussrate, Substrattemperatur und Gaszusammensetzung korreliert werden. Auf Basis des Wachstums mit Al(acac)3-Pr��kursor und der Analyse der Plasmachemie und der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Schichten, konnte das zugrundeliegende Wachstumsmodell hinreichend beschrieben werden. Hierbei spielt der Einbau der Metallspezies in die Kohlenstoffmatrix durch Erzeugung von Schichtspannungen und Defekten eine prim��re Rolle im Schichtwachstum. Diese Erkenntnisse wurden erfolgreich auf die Abscheidung mit anderen metallorganischen Pr��kursoren mit Platin-, Eisen- und Nickel-Anteil angewandt, wodurch eine Steuerung der Schichteigenschaften anhand des Modells und durch die Prozessparameter m��glich wurde. Niedrige mittlere Partikelgr����en < 3 nm sowie schmale Verteilungen mit einer geometrischen Standardabweichung von < 1,3 k��nnen selbst bei hohen Beladungen von ��ber 30 wt% erreicht werden. Zus��tzlich konnten durch Anpassung der metallorganischen Pr��kursoren die gewachsenen Schichten mit Fluor und Stickstoff funktionalisiert sowie, durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer Pr��kursoren, legierte Nanopartikel erzeugt werden. Zuletzt wurde die Eignung der abgeschiedenen Schichten f��r die Elektrokatalyse nachgewiesen und der positive Einfluss der Einbettung des aktiven Materials auf wichtige Leistungskenngr����en, wie Aktivit��t und Langzeitstabilit��t, gezeigt. Trotz der hohen Graphitisierung und einer zus��tzlichen Funktionalisierung des Kohlenstofftr��gers scheint der dominante Degradationsmechanismus die Kohlenstoffkorrosion zu verbleiben., In the presented work, a synthesis process for the preparation of metal nanoparticles in carbon nanowalls by inductively coupled PECVD from metal-organic precursors was designed and the layer and functional properties of the deposited films were explored. These could be correlated with key process parameters, such as pressure, gas flow rate, substrate temperature and gas composition. Based on the growth with Al(acac)3 precursor and the analysis of the plasma chemistry and the physicochemical properties of the layers, the underlying growth model could be sufficiently described. Here, the incorporation of the metal species into the carbon matrix plays a primary role in the film growth, by creating layer strain and defects. These findings were successfully applied to the deposition with other metal-organic precursors containing platinum, iron, and nickel, allowing control of the layer properties based on the model and through the process parameters. Low mean particle sizes < 3 nm and narrow size distributions with a geometric standard deviation of < 1.3 can be achieved even at high loadings of more than 30 wt%. In addition, by adjusting the metal-organic precursors, the grown films could be functionalized with fluorine and nitrogen and, by using multiple precursors simultaneously, alloyed nanoparticles could be generated. Finally, the capability of the deposited films for electrocatalysis was demonstrated and the positive influence of the embedding of the active material on important performance parameters, such as activity and long-term stability, was shown. Despite the high graphitization and an additional functionalization of the carbon support, the dominant degradation mechanism, the carbon corrosion, seems to remain.

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Synthese und Derivatisierung von Resorcinaren-Cavitanden und Hemicarceranden sowie der Untersuchung ihrer Wirt-Gast-Komplexe. Eine zielproduktorientierte Vorschrift zur gerichteten Synthese distal disubstituierter Resorcinaren-Cavitanden wurde entwickelt, deren Isolation nach bis dato veröffentlichter Literatur lediglich aus Reaktionsnebenprodukten erfolgte. Die Vorschrift wurde hinsichtlich verlustarmer Synthesestufen und Produktisolationen optimiert, mitunter mittels Rückgewinnung der Edukte aus Reaktionsnebenprodukten. Zudem wurde ein m-Xylylen-verbrückter Hemicarcerand synthetisiert und dessen Wirt-Gast-Komplexe mittels Einkristall XRD und 1H-NMR Spektroskopie untersucht. Hierbei konnte ein adaptives Verhalten des Wirtmoleküls nachgewiesen werden, welcher Gestalt und Volumen seiner Cavität den Anforderungen des jeweiligen Gastmoleküls anpasst. Es konnte eine Einlagerungsselektivität für p Xylol gegenüber m Xylol aufgezeigt werden.

Die Untersuchung von schwer zu erreichenden Hohlräumen durch schmale Zugänge wird im technischen Umfeld als Boroskopie und in der Medizin als Endoskopie bezeichnet. Wenn neben der reinen Inspektion auch eine Manipulation erfolgen soll, wird ergänzend zu einer guten Anpassbarkeit an gekrümmte Pfade auch eine stabile Arbeitsplattform zur Aufnahme von Manipulationskräften benötigt. Einen Ansatz, die daraus resultierenden Anforderungen an die verwendeten Systeme zu adressieren, stellen schlangenartige Roboter dar. Ihre hyperredundante Struktur aus einzelnen Stellgliedern bietet eine vielseitige Positionierbarkeit. Die Verwendung von binären, kippstabilen Aktoren beschränkt zwar den Arbeitsraum auf wenige diskrete Punkte, bietet aber – in Abhängigkeit vom Antriebsmechanismus – besonders hohe Haltemomente und ermöglicht damit eine gezielte Systemversteifung. Eine Kombination beider Ansätze zur Klasse der binär aktuierten, hyperredundanten Manipulatoren ist in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen, jedoch existiert deutlicher Forschungsbedarf hinsichtlich Methoden zur optimalen Auslegung sowie zur gezielten Verfolgung von Referenzpfaden, sodass Kern der vorliegenden Arbeit die Erforschung der modellbasierten Bewegungsplanung dieser Roboterklasse ist. Voraussetzung für eine hohe Pfadfolgegenauigkeit ist, dass der Manipulator sich grundsätzlich gut an einen vorgegebenen Referenzpfad anschmiegen kann. Der Einschränkungsgrad durch die diskrete Positionierbarkeit des Manipulators ist dabei abhängig von den geometrischen Parametern der einzelnen Segmente. Die Untersuchungen in dieser Arbeit zeigen, dass durch die Analyse kinematischer Leistungsmerkmale, wie Arbeitsraum(-dichte) oder erzielbarer Krümmungsradius, kein allgemeingültiges optimales Design gefunden werden kann. Daher wird eine Maßsynthese unter Berücksichtigung von Randbedingungen entworfen, in der optimale geometrische Parameter eines einzelnen binären Aktors synthetisiert werden. Darauf aufbauend wird eine Pfadverfolgung gemäß dem „Follow-the-Leader“-Prinzip erarbeitet. Grundidee ist, dass das Endeffektorsegment den Referenzpfad exploriert, während alle weiteren Aktoren dem führenden Segment automatisch folgen. Da binäre Aktoren einen nicht-kontinuierlichen Schaltprozess aufweisen, wird ein modellbasierter Ansatz für die Bestimmung optimaler Schaltsequenzen vorgeschlagen, die zu jedem Zeitpunkt eine hohe Pfadtreue garantieren. Die anschließende experimentelle Evaluation erfolgt nach der Modellierung und Identifikation relevanter Parameter für den Prototyp einer elektromagnetischen Kippaktorkette. Grundsätzlich kann die Funktionsfähigkeit der in dieser Arbeit erforschten Methoden zur Bewegungsplanung sowohl in der Simulation als auch experimentell nachgewiesen werden., The investigation of difficult to reach cavities through narrow accesses is called borescopy in the technical environment and endoscopy in medicine. If manipulation is to be performed in addition to pure inspection, a stable working platform is required to withstand manipulation forces in combination with good adaptability to curved paths. One approach to address the resulting requirements for the systems used are snake-like robots. Their hyper-redundant structure of individual actuators allows for versatile positioning. Although the use of binary, tilt-stable actuators limits the working space to a few discrete points, they offer - depending on the drive mechanism - particularly high holding torques and thus enable a targeted system stiffening. A combination of both approaches to the class of binary actuated, hyper-redundant manipulators is able to meet the required requirements, however, there is a clear need for research into methods for optimal design and the targeted pursuit of reference paths, so that the core of the present work consists the investigation of model-based motion planning of this robot class. A prerequisite for a high path following accuracy is that the manipulator is able to adapt well to a given reference path. The degree of limitation due to discrete positionability of the manipulator depends on the geometric parameters of the individual segments. The studies in this thesis show that the analysis of kinematic performance characteristics, such as work space (density) or achievable radius of curvature, does not lead to a generally valid optimal design. Therefore, a dimensional synthesis is developed under consideration of boundary conditions, in which optimal geometric parameters of a single binary actuator are synthesized. Based on this, a path following according to the "Follow-the-Leader"principle is elaborated. The basic idea is that the end effector segment explores the reference path, while all other actuators automatically follow the leading segment. Since binary actuators have a discontinuous switching process, a model-based approach is proposed for determining optimal switching sequences that guarantee high path accuracy at all times. The subsequent experimental evaluation is performed after modelling and identification of relevant parameters for the prototype of an electromagnetic tilting actuator chain. In principle, the functionality of the motion planning methods investigated in this thesis are proven both in simulation and experimentally.

By employing a bifunctional, strained cyclooctyne and an azide-incorporated tetrazine an additive-free, sequential layer-by-layer synthesis was demonstrated. The conversion was selective, fast, high-yielding and running at room temperature. The ligation steps in means of SpAAC and IEDDA were first exhibited on a cholic acid derived triazide.Subsequently the synthesis was examined on silicon(001) in cooperation with AG DÜRR. After the selective [2+2]- reaction of the strained triple bond with silicon dimers, a tetrazine reacted within IEDDA to the corresponding pyridazine and a second layer was built for the first time in UHV. Since in a previous work a terminal alkyne did not react in UHV within a 1,3-dipolar cycloaddition, a new strategy in order to synthesize a second layer for this bifunctional cyclooctyne was established. By diving the organic-semiconductor interface into a stain solution of azide and CuX(PPh3)3 (X = Br,I) in acetonitrile, a second layer was successfully achieved in cooperation with AG DÜRR. To facilitate the reaction, suitable conditions were investigated on a test system with particular requirements. In addition to enol ether and bisalkyne different cyclooctynes and 8-membered-ring-vinyl bromides were investigated towards their applicability for an additive-free layer-by-layer synthesis. SuFEx, hydrazone-formation, esterification and 1,3-dipolar cycloaddition were inferior to SpAAC & IEDDA., Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde eine additivfreie Schichtsynthese in Lösung erprobt. Dazu konnte das Enolether-funktionalisierte Cyclooctin mit dem Azid-haltigen Tetrazin selektiv, schnell, bei Raumtemperatur und in hohen Ausbeuten umgesetzt werden. Auf einer Azid-bedeckten, molekularen Oberfläche konnten durch sequentielle Abfolge von SpAAC und IEDDA drei Schichten synthetisiert werden. Die demonstrierte Schichtsynthese wurde dann auf Silizium-(001) von der AG DÜRR reproduziert. So gelang es zum ersten Mal die zweite Schicht in Form von Pyridazinen im Ultrahochvakuum zu synthetisieren. Da im Ultrahochvakuum mit dem terminalen Alkin keine 1,3-dipolare Cycloaddition erfolgte wurde eine neue Versuchsdurchführung zur Synthese der zweiten Lage erforscht. Nach der Gasphasenaufbringung von wurde durch das Eintauchen der Oberfläche in eine Stammlösung aus Azid und CuX(PPh3)3 (X = Br,I) in Acetonitril ebenfalls eine zweite Schicht durch Tauchchemie synthetisiert. Um diese Strategie zu ermöglichen, musste im Vorlauf eine mit der MLD-Kammer kompatible CuAAC-Reaktion gefunden werden und Verfahren an der Schnittstelle Oberflächenphysik/Lösungsmittelchemie erarbeitet werden. Neben dem Enolether und dem Bisalkin wurden auch andere Cyclooctine synthetisiert und meist auf der Stufe des Vinylbromids bezüglich einer Schicht-vermittelnden Reaktion überprüft. SuFEx, Hydrazon-Bildung, Veresterung und 1,3-dipolare Cycloaddition nahmen dabei gegenüber den anderen beiden Click-Reaktionen eher untergeordnete Rollen ein.

Eine Klasse nanoporöser Materialien, die derzeit besonders intensiv erforscht werden, sind die Metall-organischen Gerüstverbindungen (MOFs). Diese entstehen aus der Kombination anorganischer Baueinheiten, meist Metall-Oxo-Clustern, und organischen Brückenmolekülen (Linker), die gemeinsam nanoporöse Strukturen aufbauen. Aus der Vielzahl der Kombinationsmöglichkeiten resultieren viele Verbindungen mit unter-schiedlichen Strukturen, Porengrößen und somit auch zahlreichen denkbaren Anwen-dungen. Dabei ist die Synthese dieser Verbindungen immer noch ein wichtiges Thema, gerade wenn es um die Einstellung der Morphologie der Produkte im Hinblick auf be-stimmte Anwendungen geht. Dies gilt ebenso für die Stabilität der Materialien, insbe-sondere gegenüber Wasser. Die Stabilität kann wiederum von der Defektchemie beein-flusst werden. Somit kommt der Realstruktur der MOFs – neben der Idealstruktur – erhebliche Bedeutung zu. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Herstellung, den Strukturen und den Eigenschaften von Zirconium-basierten MOFs, denen grund-sätzlich eine höhere Stabilität zugesprochen wird. Durch die Weiterentwicklung litera-turbekannter Synthesewege und der Erarbeitung weiterer grundlegender Erkenntnisse über die Herstellungsverfahren konnten zahlreiche neue Zirconium-basierte MOFs er-zeugt werden. Darunter sind Vertreter aus der sogenannten UiO-66-Strukturfamilie, aber auch poröse interpenetrierte Zirconium-basierte MOFs (PIZOFs). Die Strukturen dieser Materialien wurden durch Röntgen-Beugungsmethoden und theoretische Model-lierungen ermittelt. Die Porensysteme wurden mittels der Adsorption verschiedener Ga-se untersucht. Dabei wurden auch Hinweise für Defekte in den Strukturen gefunden. Weiterhin wurden verschiedene Vorgehensweisen zur Erprobung der Stabilität gegen-über Wasser entwickelt. Dabei ergaben sich deutliche Unterschiede in der Wasserstabili-tät verschiedener Zr-basierter MOFs. Weiter zeigte sich, dass das Ergebnis eines Stabili-tätstest nicht nur von der untersuchten Verbindung abhängt, sondern auch von der exak-ten Durchführung eines Tests. Diese Dissertation liefert somit für einige bekannte und eine Reihe neuer Zr-basierter MOFs wichtige Beiträge zum Verständnis der Zusammen-hänge zwischen Synthese, Ideal- und Realstruktur sowie der Stabilität. Diese Arbeiten wurden im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1362 der DFG durchgeführt.

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021; Aachen : RWTH Aachen University 1 Online-Ressource : Illustrationen (2021). = Dissertation, RWTH Aachen University, 2021, The presented thesis covers three research topics concerning sulfur chemistry. The main focus of this work lays on the compound class of sulfoximines. First, the syntheses of sulfur-based building blocks for their incorporation into BN- and BO-doped inorganic-organic hybrid polymers is discussed. Secondly, different derivatizations of sulfoximines are examined. N-Oximsulfoximines are synthesized by a reaction between imidoylchlorides and free NH-sulfoximines under basic conditions. Further, a [3+2]-cycloaddition between N-cyanosulfoximines and nitrones is investigated. Also, the reaction of N-cyanosulfoximines and acyl Meldrum’s acid derivatives leading to 5-carbonyl-1,3-oxazine-2,4-dione N-substituted sulfoximines is explored. The third part of this thesis deals with the syntheses of sulfoximine analogues of bioactive compounds. First a sulfoximine analogue of Sulfasalazine was synthesized and tested in vitro against different cancer cell lines. Secondly the synthesis of a Pimozide sulfoximine analogue is described. A precursor of this analogue was obtained., Published by RWTH Aachen University, Aachen

Im vorliegenden Diskussionsbeitrag wird der Forschungsstand zu Unterrichtsqualität für verschiedene Fachdidaktiken – naturwissenschaftliche Fächer, Sport und Geschichte – vor dem Hintergrund der allgemeinen empirischen Unterrichtsforschung vergleichend diskutiert. Als Vergleichsgrundlage wurde ein Framework mit den sieben Dimensionen Auswahl und Thematisierung von Inhalten und Fachmethoden, kognitive Aktivierung, Unterstützung des Übens, formatives Assessment, Unterstützung des Lernens aller Schülerinnen und Schüler, sozio-emotionale Unterstützung und Klassenführung genutzt (Praetorius und Charalambous 2018). Es zeigte sich, dass die Fachspezifität von der fokussierten Ebene abhing: Während eine Ergänzung des Frameworks auf Ebene der sieben Dimensionen nicht notwendig erschien, waren auf der Ebene der Subdimensionen und insbesondere der diesen Subdimensionen zugeordneten beobachtbaren Indikatoren fachspezifische Anpassungen und Ergänzungen erforderlich. Der Beitrag schließt mit einer Diskussion zentraler Herausforderungen für zukünftige Forschung., +repphzhbib2020A

Im vorliegenden Beitrag, der als Basis der folgenden Beitrage des Thementeils „Die Verortung von Merkmalen der Unterrichtsqualitat zwischen Generik und Fachspezifik“ dient, wird zunachst an den Diskurs der quantitativen empirischen Unterrichtsforschung im deutschsprachigen Raum angeknupft und dazu das weit verbreitete Modell der drei Basisdimensionen von Unterrichtsqualitat vorgestellt. Anschliesend wird die Frage diskutiert, ob sich Merkmale der Unterrichtsqualitat identifizieren lassen, die mit den drei Basisdimensionen nicht hinreichend abgedeckt werden. Dazu wird als Bezugsrahmen eine aktuelle Synthese von 12 international verbreiteten Frameworks zu Unterrichtsqualitat im Fach Mathematik verwendet, die sieben generische und fachspezifische Dimensionen unterscheidet. Der Abgleich der drei Basisdimensionen mit diesem Syntheseframework deutet auf Schwerpunktsetzungen des Modells der drei Basisdimensionen hin. Die Implikationen dieser Fokussierung werden kritisch diskutiert, wobei insbesondere die Frage deutlich wird, inwiefern die Dimensionen des Syntheseframeworks auf andere Facher als Mathematik ubertragen werden konnen. Diese Frage wird in den weiteren Beitragen des Thementeils adressiert.

Die Substanzklasse der Phosphinine als Vertreter niederkoordinierter Phosphorverbindungen weisen faszinierende und einzigartige Eigenschaften auf. Auch wenn vor allem in den letzten Jahrzehnten verschiedene Anwendungsgebiete gefunden wurden, in denen das Potential der Phosphinine genutzt werden kann, ist die weiterführende Forschung auf diesen Gebieten hauptsächlich durch den nicht trivialen synthetischen Zugang dieser Verbindungen eingeschränkt. Dieser Umstand wird zusätzlich mit einer limitierten Funktionalisierung der Phosphinine bezüglich der eingesetzten Reagenzien begleitet. Folglich repräsentiert die vorliegende Arbeit sowohl neuartige Synthesestrategien für bisher unbekannte Phosphinine als auch die Adaptierung bewährter Synthesemethoden, um das Substitutions-Spektrum der Phosphinine zu erweitern. Zur Untersuchung des Substituenten-Einflusses und die damit einhergehenden Veränderungen der Eigenschaften wurden die Phosphinin-Derivate mit verschiedenen Metallverbindungen komplexiert und röntgenkristallographisch charakterisiert. In dieser Arbeit ist die Synthese und Reaktivität von 2,4,6-Triarylphosphininen über die Pyryliumsalz-Route beschrieben. Die Koordinationschemie dieser hochfunktionalisierten Phosphinine mit Münzmetallverbindungen resultierte in der Bildung unterschiedlichster Koordinationspolymere. Dabei konnte gezeigt werden, dass der Einbau von zusätzlichen Donor-Funktionalitäten in Form von Thiomethylgruppen in das Phosphinin-Gerüst eine Verbrückung der Kupfer(I)-Zentren durch den Liganden ermöglicht. Durch den Einbau zusätzlicher Thiomethylgruppen wurde versucht, das Koordinationspolymer in die zweite Dimension zu erweitern. Dabei zeigte die Reaktion mit [AuCl·SMe2] eine unerwartete Redoxreaktion unter Bildung eines 1,1-Dichlor-λ5-Phosphinins. Die mechanistischen Hintergründe wurden mittels DFT-Berechnungen, Vergleichsexperimenten und cyclovoltammetrischen Experimenten untersucht. Weiterhin wurde in verschiedenen Kupplungsreaktionen an niedersubstituierten Phosphininen ein Zugang zum literaturunbekannten 6,6'-Bis(trimethylsilyl)-2,2'-Diphosphinin gesucht. Die Adaptierung unterschiedlichster Kupplungsprotokolle konnte nicht ohne Weiteres auf die Verknüpfung von TMS-substituierten Phosphininen übertragen werden, während im Erfolgsfall das gewünschte Produkt nur in Spuren erhalten wurde. In einem alternativen synthetischen Zugang zum 6,6'-Bis(trimethylsilyl)-2,2'-Diphosphinin ist in der Arbeit die Homokupplung zur erstmaligen Synthese des 2H,2'H-[3,3'-Bipyran]-2,2'-dions und dessen erstaunliche Reaktivität gegenüber TMS-Phosphaalkin beschrieben. Mit Hilfe von DFT-Berechnungen wurde ein Vorschlag zum Mechanismus dieser Kaskadenreaktion postuliert, dessen Hauptprodukt regioselektiv über das P(3)-Atom an Münzmetallverbindungen koordiniert. Im letzten Teil dieser Arbeit wurde das Spektrum der funktionalisierten Phosphinine um die Substanzklassen der Phosphinin-Triazaphosphole und der 2-Aminophosphinine erweitert. Die Phosphinin-Triazaphosphole vereinen zwei bedeutende Vertreter der niederkoordinierten Phosphorverbindungen - den Phosphininen und 3H-1,2,3,4-Triazaphospholen - in einem Molekül, dessen synthetischer Zugang erstmalig beschrieben werden konnte. In den zuvor noch unbekannten 2 Aminophosphininen wurde mit Hilfe von quantenchemischen Rechnungen eine Konjugation des freien Elektronenpaares der Aminogruppe in den aromatischen Heterozyklus vorhergesagt. Die damit einhergehenden erhöhten π-Donoreigenschaften des 2-Aminophosphinins äußerten sich erwartungsgemäß in der Bildung von Komplexverbindungen, in denen der neuartige 2-Aminophosphinin-Ligand den verbrückenden μ2-Koordinationsmodus einnimmt., As a representative of low-coordinated phosphorus compounds, phosphinines exhibit fascinating and unique properties. Although phosphinines have been used in more applied research fields the continuative study in those areas is constrained by the laborious accessibility of those compounds. Furthermore, the substitution pattern is usually dictated by the limited scope of reagents as the post-functionalization of phosphinines is still challenging. In this regard, the work in hand includes novel synthetic protocols for unprecedented phosphinines as well as the adaption of known synthetic procedures in order to expand the substrate scope. The coordination of these phosphinines to different metal precursors and the characterization of the resulting complexes via X-ray crystallography allowed the investigation of the impact the various substituents have on the properties of novel phosphinines. This work deals with the synthesis and reactivity of 2,4,6-triarylphosphinines which were obtained via the pyrylium-salt route. The coordination chemistry of these highly functionalized phosphinines with coinage metal precursors resulted in the unexpected formation of coordinationpolymers. The presence of an additional donating functional group in the form of a SMe2-group in the backbone of the phosphinine yielded a novel coordinationpolymer in which the phosphinine acts as a bridging ligand. It was anticipated that the incorporation of additional SMe2-groups in the phosphinine scaffold would allow the extension of the coordinationpolymer into the second dimension. However, the reaction of the tris-thiomethyl-substituted phosphinine with [AuCl·SMe2] resulted in the unexpected formation of a 1,1 dichloro-λ5-phosphinine. With the help of DFT-calculations, comparison experiments and cyclic voltammetry valuable mechanistic insights of this unusual redox reaction were obtained. A synthetic route towards the unknown 6,6'-bis(trimethylsilyl)-2,2'-biphosphinine based on C-C-coupling reactions of phosphinines was investigated. However, the application of typical coupling protocols on the coupling of TMS-substituted phosphinines were hardly successful. While synthesizing the respective coupling partners, the scope of functionalization of phosphinines was expanded. In this regard, several novel phosphinines were characterized. Furthermore, the first synthesis of 2H,2'H-[3,3'-Bipyran]-2,2'-dione and its remarkable reactivity towards TMS-phosphaalkyne as an alternative synthetic approach towards 6,6'-bis(trimethylsilyl)-2,2'-biphosphinine is described. DFT-calculations allowed the postulation of a mechanism of this cascade reaction, whose main product participates regioselectively via its P(3)-atom in complexation reactions with coinage metal precursors. In the last chapter of this work the synthesis and reactivity of novel donor functionalized phosphinines in the form of phosphinine-triazaphospholes and 2-aminophosphinines are described. The phosphinine-triazaphospholes incorporate two prominent representatives of low coordinated phosphorus compounds in one molecule, which might lead to hemilabile properties of this new ligand class. It was predicted that the incorporation of an amino group in the 2-position of a phosphinine would lead to a delocalization of the lone pair of the nitrogen atom into the aromatic π-system. This would be accompanied by an increase of the π-donating properties of 2-aminophosphinines making them more suitable as μ2-bridging ligands, which was indeed observed in a structurally characterized copper(I) complex of the 2-aminophosphinine.

Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit (Kapitel 1-7) wird ein Syntheseprojekt einer kongenerischen Serie von D-Phe/D-DiPhe-Pro-basierenden Inhibitoren für Thrombin und Trypsin sowie deren biophysikalischen Charakterisierung vorgestellt. Beide Proteine sind strukturell hochgradig verwandte Serinproteasen, die Unterschiede in ihrer Substraterkennung aufweisen. Thrombin ist Arg-spezifisch, während Trypsin Peptidketten nach Lys und Arg spaltet. Sie erkennen die basischen Substratkopfgruppen über Asp189, das sich am Boden der S1-Tasche befindet. Die synthetisierten Inhibitoren werden sowohl kristallographisch für beide Serinproteasen analysiert als auch thermodynamisch über isothermale Titrationskalorimetrie (ITC) untersucht, um ihre Bindungseigenschaften in der S1-Tasche zu beschreiben und zu vergleichen. Ein enzymkinetischer Fluoreszenzassay unterstützt zudem die biophysikalische Charakterisierung dieser Verbindungen gegenüber beiden Proteinen. Insbesondere steht dabei die Untersuchung von Protonierungseffekten in der S1-Tasche im Vordergrund, um die Selektivitätseigenschaften von Thrombin und Trypsin genauer aufzuklären. Obwohl beide Proteasen eine sehr ähnlich aufgebaute S1-Tasche haben, deuten die Ergebnisse auf einen Unterschied in den elektrostatischen Eigenschaften von Asp189 hin, welcher mit der Substratselektivität korrelieren könnte. Es ist überraschend, dass ein Ligand aus dieser Serie im protonierten Zustand mit seiner P1-Kopfgruppe an Trypsin bindet, während dieser im Komplex mit Thrombin unprotoniert bleibt. Für diesen Liganden wird ein leichter Unterschied bezüglich seiner Solvatationsmerkmale beobachtet. Unsere Daten zeigen, dass diese Unterschiede durch die spezifische Natriumbindestelle verursacht werden können, die nur in Thrombin vorhanden ist, aber in Trypsin fehlt. Während die Unterschiede außerdem durch das geladene Glu192 am Rand der S1-Tasche in Thrombin ausgeprägt werden können, werden sie durch das ungeladene Gln192 in Trypsin nicht beeinflusst. Dabei spielt die Berücksichtigung der verschiedenen pKa-Werte der beteiligten funktionellen Gruppen ebenfalls eine wesentliche Rolle. Weiterhin werden in diesem Teil verschiedene Fragmente sowie D-Phe-Pro-Derivate im Komplex mit beiden Proteinen vorgestellt, deren Bindungseigenschaften in der S1-Tasche charakterisiert und verglichen werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit (Kapitel 8-12) wird die Synthese von Aldose-Reduktase-Inhibitoren mit einem 2-Arylcarbamoylphenoxyessigsäure-Gerüst durch die Einführung von verschiedenen Benzylgruppen mit m-ständigen elektronenziehenden Gruppen (hier: Sulfoxid und Boronsäure) vorgestellt. Sie dienen zur Untersuchung der transienten Spezifitätstasche in der Aldose-Reduktase. Elektronenarme aromatische Systeme können eine Öffnung der Spezifitätstasche auslösen und zu bevorzugten Wechselwirkungen mit Trp111 führen. Um den Öffnungsmechanismus dieser transienten Bindetasche genauer zu verstehen, sollten diese synthetisierten Verbindungen auch in verschiedenen Mutationsstudien eingesetzt werden. Unsere ersten kristallographischen Ergebnisse sowie ITC-Experimente zeigen bisher keine eindeutige Interpretation dieses Mechanismus. Unterschiedliche Desolvatationseigenschaften der Inhibitoren können einen Einfluss auf den Mechanismus haben. Der dritte Teil dieser Arbeit (Kapitel 13-17) präsentiert eine weitere synthetische Untersuchung einer Serie von p-alkylierten Benzensulfonamiden und deren Etherderivaten als humane Carboanhydrase II (hCAII)-Inhibitoren, die schrittweise in ihrer Alkylkettenlänge variiert wurden. Während die Sulfonamidgruppe anionisch an Zn2+ bindet, adressiert die aliphatische Alkylkette die hydrophobe Tasche im aktiven Zentrum. Die Bindungsprozesse dieser Verbindungen an diesem Protein wurden kristallographisch, kinetisch und thermodynamisch über ITC analysiert. Es konnten Konformationsänderungen festgestellt werden, deren Effekte die Bedeutung der Formkomplementarität für die Struktur-Bindungsbeziehung aufdecken. Zusätzlich wird in diesem Teil die Synthese von perfluorierten Derivaten vorgestellt, die ein anderes Bindungsmuster in hCAII aufweisen. Sowohl eine kinetische als auch thermodynamische Untersuchung wurde ebenfalls analog zur Studie der nicht-fluorierten Serie durchgeführt. Die Acidität der Sulfonamidgruppe ist durch die stark elektronenziehenden Effekte der Fluorsubstituenten beeinflusst, die vermutlich zum unterschiedlichen Bindungsverhalten des aromatischen Systems im aktiven Zentrum des Proteins führen., The first part of this thesis (chapters 1-7) presents a synthetic and biophysical study of a congeneric series of D-Phe/D-DiPhe-Pro based inhibitors for thrombin and trypsin. Both proteins are structurally highly related serine proteases which show differences in their preferred substrate recognition. Thrombin is Arg-specific, whereas trypsin cleaves peptide chains after Lys and Arg. They recognize the basic substrate head group via Asp189, located at the bottom of the S1 pocket. The synthesized inhibitors are crystallographically analyzed for both serine proteases and thermodynamically investigated by isothermal titration calorimetry (ITC) to describe and compare their binding properties in the S1 pocket. An enzyme-kinetic fluorescence assay also supports the biophysical characterization of these compounds toward both proteins. In order to elucidate selectivity characteristics of thrombin and trypsin more precisely, the protonation effects were investigated in the S1 pocket. Although both proteases have a highly similar S1 pocket, our results suggest a difference in the electrostatic properties of Asp189 which may correlate with their selectivity in substrate recognition. It is surprising that one ligand of the series binds to trypsin in protonated state at its P1 head group while it remains unprotonated in case of thrombin. For this ligand, a slight difference in the residual solvation structures is observed. Our data show that these differences may be caused by the specific sodium binding site which is only present in thrombin, but absent in trypsin. This may be further pronounced by the charged Glu192 at the rim of the S1 pocket in thrombin and is not affected by the uncharged Gln192 in trypsin. Here, the consideration of different pKa values of the involved functional groups also play an essential role. Furthermore, various fragments as well as D-Phe-Pro derivatives are presented in both proteins whose binding properties in the S1 pocket are characterized and compared. The second part of this thesis (chapters 8-12) is a synthetic study of aldose reductase inhibitors with a (2-arylcarbamoyl-phenoxy)-acetic acid scaffold by varying benzyl moieties with different m-substituted withdrawing groups (here: sulfoxide and boronic acid). They are prepared for the investigation of the transient specificity pocket in aldose reductase. Electron-deficient aromatic systems can trigger an opening of the specificity pocket thus lead to favored interactions with Trp111. In order to understand the opening mechanism of this transient binding pocket, these synthesized compounds should be also used in mutagenesis studies. Our first crystallographic results and ITC experiments did not reveal any clear interpretation regarding this mechanism so far. Different desolvation properties of the inhibitors may also have an impact on this mechanism. The third part of this thesis (chapters 13-17) is another synthetic study of a series of p-alkylated benzenesulfonamides and their ether derivatives as human carbonic anhydrase II (hCAII) inhibitors which are varied in their alkyl chain length. While the sulfonamide group binds anionically to Zn2+, the aliphatic alkyl chain addresses the hydrophobic pocket in the active site. The binding events of these compounds in hCAII were investigated crystallographically, kinetically and thermodynamically by ITC. The results demonstrate the conformational changes and reveal effects of the importance of shape complementarity for the structure-binding relationship. Additionally in this part, the synthesis of perfluorinated derivatives are presented which exhibit a different binding pattern in hCAII. A kinetic and thermodynamic study was also performed analogously according to the investigation of the non-fluorinated series. The acidity of the sulfonamide group is influenced by the strongly electron-withdrawing effects of the fluorine substituents which lead to putative different binding characteristics of the aromatic system in the active site of this protein.

Heutzutage werden ein Großteil der Tenside aus Erdöl hergestellt, obwohl früher die erneuerbaren Fette und Öle als Ausgangsbasis für oberflächenaktive Substanzen, wie Seifen und sulfatierte Öle verwendet wurden. Fossile Rohstoffe stehen nur begrenzt zur Verfügung, während der Markt für Tenside wächst. Es gibt viele Anwendungen, wie Handseifen, Wasch- und Reinigungsmittel, ebenso wie Lacke, Kühlschmierstoffe und Kosmetika. Unter den bekannten Tensiden gibt es schon Amid-basierte Tenside. Dennoch ist der Großteil bisher nicht untersucht worden. Aus diesen Gründen erscheint die Erforschung von neuen Tensiden aus nachwachsenden Rohstoffen vielversprechend. In dieser Arbeit werden Fettamine aus nachwachsenden Ölen mit Fruchtsäuren als nachwachsenden Rohstoffen zu Imiden umgesetzt. Diese Kondensationreaktion wird lösungsmittelfrei durchgeführt, um den Rohstoffeinsatz zu minimieren. Jede Kombination von Dodecyl- und Cocoylamin mit Bernstein-, Äpfel, Wein- und Citronensäure wird untersucht. Die vier anionischen Dodecylmonoamide werden durch basische Hydrolyse und saure wässrige Aufarbeitung gewonnen. Deren Langzeitstabilität wurde mittels HPLC-DAD und NMR-Spektroskopie untersucht. In sauren oder neutralen wässrigen und organischen Lösungen wird eine Rückreaktion zu dem jeweiligen Imid beobachtet. Eine Hydrolyse zu Amin und freier Säure kann weder ausgeschlossen noch nachgewiesen werden. Diamide werden in einer lösungsmittelfreien Additionsreaktion dargestellt. Der tertiäre Stickstoff der Dimethylaminopropyldiamide wird mittels Methylierung, Oxidation und Addition von Chloressigsäure quaternisiert. Dadurch werden kationische, nichtionische und zwitterionische diamidbasierte Tenside erhalten. Lösungen der neuartigen Tenside werden explorativ hinsichtlich Schaumeigenschaften, Oberflächenspannung und Korrosionseigenschaften bei Stahloberflächen untersucht. Generell werden feinperlige persistente Schäume erhalten. Mit steigender Polarität der hydrophilen Köpfe wird die Oberflächenspannung stärker erniedrigt und weniger Korrosion beobachtet. Neuartige (di-)amidbasierte Tenside wurden aus nachwachsenden Fettaminen und Disäuren durch Kondensation, Addition von Dimethylaminopropylamin und nachfolgende Quaternisierung gewonnen. Diese Tenside haben interessante Eigenschaften, die möglicherweise zur Anwendung in Kühlschmierstoffen oder Handseifen oder Reinigungsmittel führen können., Nowadays most surfactants are based on fossile resources, although earlier on renewable fats and oils were used as starting material for surfactants like soaps and sulfatised oils. Fossile resources are limited, but market size for surfactants is still increasing, as there are multiple different applications like washing, cleansing and detergent formulations as well as lacquer, cooling lubricants and cosmetics. Among all surfactants few amide-based surfactants are published, but the vast majority is still to be discovered. Therefore development of new and renewable surfactants seems rewarding. In this work renewable fatty amines are reacted with renewable fruit acids to obtain imides. This condensation reaction is performed in absence of solvents to maximise atom efficiency. Here each combination of dodecyl and cocoyl amine with succinic, malic, tartaric and citric acid is investigated. The four anionic dodecyl monoamides are prepared by basic hydrolysation and acidic aqueous work up. Long term stability in solution is evaluated via HPLC-DAD and NMR-spectroscopy. In acidic or neutral aqueous and organic solution monoamides show a condensation reaction towards the corresponding imides. Hydrolysation towards acid and free amine can neither be excluded nor verified. Diamides are prepared by solvent free addition of amines. Tertiary nitrogens of dimethyl amino propyl diamides are quaternised via methylation, oxidation or addition of chloro acetic acid, resulting in cationic, nonionic and zwitterionic diamide-based surfactants. Solutions of these new surfactants are explored concerning foam properties, surface tension and influence on corrosion of steel. Foams are in general persistent and exhibit a structure with small bubbles. With increasing polarity of the hydrophobic heads the influence on surface tension is increased and less corrosion is found. New (di-)amide based surfactants were prepared starting with renewable fatty amines and diacids by condensation, addition of dimethyl amino propylamine and consecutive quaternisation. These surfactants have interesting properties, possibly resulting in applications as cooling lubricants or liquids for washing or cleansing.

Dissertation, RWTH Aachen University, 2020; Aachen 1 Online-Ressource (vii, 256 Seiten) : Illustrationen, Diagramme (2020). = Dissertation, RWTH Aachen University, 2020, The presented thesis is divided into six parts. In the first part, a novel systematization and nomenclature for organic sulfur-nitrogen compounds is proposed, which allows to identify hitherto unknown relationships between such compounds and could thus open up novel synthesis pathways. The second chapter describes the development of a synthesis of N- trityl-O-benzotriazolyl sulfonimidates from aromatic diazonium salts, N-hydroxybenzo- triazole as well as the novel NSO-template N-tritylsulfinylamine, and the reaction of these sulfonimidates with primary and secondary amines to the corresponding sulfonimidamides. Both reactions are characterized by broad applicability, tolerance to air and moisture and scalability. This methodology is applied in practice in chapter three to produce novel sulfonimidamide analogues of saccharin, sildenafil and ramatroban. In the fourth chapter, the production of sulfoximine analogues of the biomolecule sulforaphane is explained and a novel synthesis pathway is presented. Chapter five describes the total synthesis of three potential inhibitors of the enzyme TARG1. Finally, the last chapter summarizes attempts to synthesize a potential inhibitor of the nsP3 macrodomain of the Chikungunya virus., Published by Aachen

We report on a virtual workshop aimed at advancing a new synthesis of techno-cultural patterns at the Pleistocene-Holocene boundary in Europe. We respond to the growing need of developing meta-analytical frameworks for comparing and eventually integrating disparate regional datasets and stress the opportunities of collaborative approaches. We propose that expert-sourced lithic data is a promising means of conducting systematic archaeological meta-analyses, and that the compilation and examination of similar continental-scale datasets may be an important research goal in the future., Archäologische Informationen, Bd. 43 (2020): Archäologische Informationen

In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Methodik zur systematischen Erzeugung, Analyse, Optimierung und Bewertung von elektromechanischen Schaltaktoren im Fahrzeuggetriebeumfeld vorgestellt. Die Generierung der Konzepte basiert auf einer rechner-gestützten Synthese nahezu aller kombinatorisch möglichen Wirkprinzipien zur Erfüllung der einzelnen Teilfunktionen des Schaltaktors. Eine multikriterielle Nutzwertanalyse erlaubt die Ermittlung der technisch geeignetsten Lösungen hinsichtlich der Bewertungskriterien Energieeffizienz, Schaltdynamik, Bauraumbedarf und Produktkosten. Damit wird dem Ingenieur frühzeitig im Entwicklungsprozess ein Werkzeug zur Verfügung gestellt, um mit einer hohen Entwicklungssicherheit zielgerichtet elektromechanische Schaltsysteme betrachten zu können., In the present dissertation a new methodology for the systematic generation, analysis, optimization and evaluation of electromechanical actuators in the field of vehicle transmissions is described. The generation of the concepts is based on a computer-aided synthesis of almost all combinatorically possible working principles for the fulfillment of the individual partial functions of the actuator. A multi-criteria value analysis allows the determination of the most technically suitable solutions with regard to the evaluation criteria energy efficiency, shifting dynamics, package requirements and product costs. This tool supports the engineer early in the development process in order to be able to design electromechanical actuation concepts with a high level of development security., Schriftenreihe / Institut: Product and Service Engineering, 2020,1

In Anbetracht der steigenden Zahl von Krebsdiagnosen weltweit ist die Notwendigkeit der Entwicklung neuer Wirkstoffe selbstverständlich. Insbesondere die fortschreitenden Erfolge von Kinaseinhibitoren sind hierbei zu nennen. Kinasen, die durch Mutationen oder durch andere Mechanismen dereguliert sind und daher in engem Zusammenhang mit einer Vielzahl von Krankheitsbildern stehen, können durch Kinaseinhibitoren gezielt in ihrer Wirkung gehemmt werden. Die Kinase CK1δ ist in den letzten Jahren aufgrund der Vielzahl von zellulären Prozessen, an denen CK1δ beteiligt ist, immer stärker als potentielles therapeutisches target in den Fokus gerückt. Vor allem Mutationen von CK1δ scheinen oftmals ein höheres onkogenes Potential zu haben. In dieser Arbeit wurde das in silico basierte Design, die Synthese und die biologische Evaluierung neuer IWP-Derivate als CK1δ-Inhibitoren behandelt. Die IWP-Derivate wurden ursprünglich als Porcn-Inhibitoren veröffentlicht. Es zeigte sich allerdings im Kinase-Assay und in einem screening über 320 Kinasen eine hohe Affinität und Selektivität von IWP-2 (9) für CK1δ. Basierend auf dieser Kenntnis konnten erfolgreich fünf neue Serien von CK1δ-Inhibitoren sowie zwei weitere Verbindungen hergestellt werden, die keiner Serie zugeordnet wurden, darunter ein potentieller CK1δ DFG-out-Inhibitor. Die zu optimierende Leitstruktur der IWP-Verbindungen wurde dabei schrittweise verändert, wobei der Benzothiazol-Baustein als hinge-binder erhalten blieb. Im Molecular Modeling wurden zunächst die einzelnen Verbindungen der verschiedenen Serien hinsichtlich ihrer Bindeaffinität virtuell untersucht und anschließend eine Auswahl synthetisiert. In Kinase-Assays weist die Verbindung 16b mit 0.09 μM auf wtCK1δ den besten IC50-Wert der neuen Verbindungen auf. Darüber hinaus zeigen viele weitere Verbindungen eine Verbesserung der Inhibition von CK1 im Vergleich zu den originalen IWP-Verbindungen. Die hohe Selektivität, die IWP-2 (9) aufweist, konnte auch bei der Verbindung 11c in einem panel von 320 Kinasen nachgewiesen werden. In zellbasierten-Assays zeigte vor allem die Verbindung 11h ein breites Wirkspektrum. Neben den überwiegend hergestellten DFG-in-Inhibitoren wurde ein potentieller CK1δ DFG-out-Inhibitor 18 entworfen und hergestellt. Given the rising number of cancer diagnoses worldwide, the need to develop new medicines is evident. In particular, the progressive successes of kinase inhibitors should be mentioned. Kinases that are deregulated by mutations or other mechanisms and therefore closely related to a variety of diseases can be targeted by kinase inhibitors. In recent years, the CK1δ kinase has come into focus as a therapeutic drugtarget because of the variety of cellular processes in which CK1δ is involved. Especially mutations of CK1δ often appear to have a higher oncogenic potential. In this thesis the in silico-based design, the synthesis and the biological characterization of new IWP derivatives as CK1δ inhibitors are discussed. The IWP derivatives were originally published as Porcn inhibitors, but a high affinity and selectivity of IWP-2 for CK1δ was demonstrated in kinase assays and in a screening over 320 kinases. Based on this findings, five new series of CK1δ inhibitors and two other unassigned compounds have been designed and synthesized including a potential CK1δ DFG-out inhibitor. The lead structure of the IWP compounds was optimized by stepwise modification, retaining the benzothiazole moiety as a key hinge binder. In modeling studies, the individual compounds of the various series were virtually examined for their binding affinity and a selection of ligands was subsequently synthesized. With an IC50 value of 0.09 μM on wtCK1δ in kinase assays compound 16b is the most potent new compound. In addition, many other new compounds show an improvement in inhibition of CK1δ compared to the original IWP compounds. The high selectivity of IWP-2, which was determined in a panel of 320 kinases, could also be shown for compound 11c. In cell-based assays in particular compound 11h showed a broad spectrum of efficacy. In addition to the predominantly produced DFG-in inhibitors, a potential CK1δ DFG-out inhibitor 18 was designed and synthesized.

Seit dem Ende der 1970er Jahre besitzen Platinkomplexe wie Cisplatin eine führende Rolle in der Behandlung von Tumorerkrankungen, sind aber trotz fortschrittlicher Therapieschemata bis heute mit schweren Nebenwirkungen behaftet. Bei der Forschung nach immer neuen und besser verträglichen Zytostatika rückten zuletzt weitere Übergangsmetalle in den Fokus der Wissenschaft. Ein Grund dafür sind die mittlerweile gut erforschten und vor allem sehr variabel einsetzbaren N heterozyklischen Carbene (NHCs). Mit diesen als Liganden ergaben sich gänzlich neue Metallotherapeutika, mit besser justierbaren pharmakologischen Eigenschaften als jemals zuvor. In der vorliegenden kumulativen Dissertationsschrift ist in vier wissenschaftlichen Publikationen die Synthese und Wirkoptimierung antitumoraler Platinkomplexe mit solchen NHC-Liganden dargestellt. Dabei sollten unter Verwendung von NHCs neuartige, cisplatin ähnliche Strukturtypen entwickelt werden, die eine Alternative zu den etablierten Platinzytostatika bieten könnten. Einen synthetischen Zugang dazu lieferten – ausgehend von Imidazolium- bzw. Benzimidazoliumsalzen synthetisierte – cis-[PtIICl2(DMSO)(NHC)]-Komplexe wie 65 und 71. Deren labile, cis-ständige DMSO-Liganden wurden unter Erhalt der Stereochemie gegen andere Liganden ausgetauscht. Zunächst konnten Phosphine in cis-Position zu verschiedenen Imidazol- und Benzimidazol-NHC-Liganden eingeführt werden, wodurch die neutralen Komplexe 66 und 72 sowie mit einem Überschuss an PPh3 die geladenen Komplexe 67 und 73 erhalten wurden. Im Vergleich mit den beiden trans-Komplexen 68 und 69, die keine Interaktion mit DNA zeigten, wurden die neuen Verbindungen mit Hilfe einiger Kooperationspartner auf ihre Struktur-Wirkungs-Beziehung hin untersucht. Dabei wurde beobachtet, dass die Phosphin-Komplexe, insbesondere die geladenen, eine ungewöhnliche Aggregation von DNA herbeiführen, während die Verbindungen mit DMSO-Liganden eine DNA-Bindung vergleichbar mit Cisplatin eingehen. Die Komplexe 71 73 mit sehr unterschiedlich substituierten Benzimidazol-NHC-Liganden, wiesen zudem im Bezug auf Größe und Lipophilie eine klare strukturelle Abhängigkeit ihrer zytotoxischen Eigenschaften auf, vorwiegend aufgrund der durch die Substituenten stark beeinflusste Zellaufnahme der Verbindungen. Ein solch starker Einfluss der Substituenten auf die Wirksamkeit der Komplexe weckte das Interesse, die DMSO- bzw. Phosphin-Liganden durch einen besser justierbaren, zweiten NHC zu ersetzen, mit dem die physikochemischen Eigenschaften noch präziser angepasst werden könnten. Zum Ausganspunkt dieser Arbeit waren allerdings nur symmetrische cis [PtIICl2(NHC)2]-Komplexe bekannt, woraufhin für die Synthese von neuartigen unsymmetrischen cis [PtIICl2(NHC)1(NHC)2]-Komplexen eine eigene Methode entwickelt werden musste. Durch Generierung eines freien NHC1 aus einem (Benz-)Imidazoliumsalz mit KOtBu in trockenem CH2Cl2 und anschließender Umsetzung mit einem cis [PtIICl2(DMSO)(NHC2)]-Komplex gelang es, eine Vielzahl unterschiedlichster Kombinationen von NHC-Liganden in cis Positionierung am Platin zu koordinieren. Die Zytotoxizität der zehn erhaltenen Komplexe 76 und 77 war, wie erwartet, stark abhängig von den eingesetzten NHC-Liganden und deren Substituenten. Besonders interessant war dabei die auffallend hohe Selektivität von 76h – mit einem Combretastatin A 4 (CA-4) abgeleiteten NHC-Liganden – gegenüber einigen ausgewählten Krebszelllinien. Die Robustheit der neu entwickelten Methode zeigte sich im Weiteren bei der Umsetzung mit stabileren, alkylierten Benzimidazol-Liganden, wobei die sterisch stark unterschiedlich abgeschirmten Komplexe 79 problemlos erhalten wurden. Neben einer Gegenüberstellung mit den analogen Imidazol-Komplexen sollten diese PtII Verbindungen auch als Ausgangssubstanzen für Oxidationsversuche dienen. PtIV Prodrugs wie die hierbei angestrebten, gelten als prinzipiell weniger toxische und selektivere Hoffnungsträger unter den Platinzytostatika, wurden aber in Verbindung mit NHC-Liganden bislang äußerst selten untersucht. Durch Umsetzung mit Iodbenzoldichlorid (PhICl2) konnten die PtIV Komplexe 80 sowie 81 mit sehr guten Ausbeuten erhalten werden. Versuche, cis,cis,trans [PtIVCl2(NHC)2(OH)2] bzw. [PtIVCl3(NHC)2(OH)] Komplexe zu synthetisieren, die zusätzliche Funktionalisierungen an den axialen Hydroxo-Liganden ermöglichen würden, scheiterten an einer intrinsischen Instabilität solcher Komplexe mit den hier eingesetzten Liganden. Allerdings konnte die kurzzeitige Existenz eines Komplexes mit der postulierten Struktur 82 mittels NMR-Spektren nachgewiesen werden. Bei der Untersuchung der zytotoxischen Wirkung war für die PtII Verbindungen 79 erneut ein starker Einfluss durch die Substituenten der NHC-Liganden und bei den PtIV-Komplexen 80 und 81 zudem eine Selektivität gegenüber Krebszellen im Vergleich zu nicht-malignen Fibroblasten zu erkennen. Überdies zeigten einige cis wie auch trans PtIV Komplexe sogar niedrigere mikromolare IC50 Werte als deren analoge PtII-Verbindungen.

Die vorliegende Dissertation behandelt die Synthese \(\it meso\)-funktionalisierter Porphyrine. Hierbei konnten die starke Temperaturabhängigkeit sowie Löslichkeitseffekte auf die Produktverteilung der Williamson-Ethersynthese an 5,10,15,20-(4-Hydroxyphenyl)porphyrin ausgearbeitet werden. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, die Produktverteilung der Reaktion durch minimale Änderungen der Reaktionstemperatur sowie durch die Wahl des Lösungsmittels und der Konzentration der Ausgangsmaterialen zu präferierten Produkten hin zu steuern. Im weiteren Verlauf behandelt die Dissertation die Synthese Anthracenyl-funktionalisierter Porphyrine und Voruntersuchungen zur photochemischen Cycloaddition dieser Porphyrine. Die durchgeführten Untersuchungen der photochemischen Cycloaddition 9-funktionalisierter Anthracene stellen dabei eine effektive Möglichkeit zur regioselektiven Synthese von Anthracenphotodimeren dar.

Dissertation, RWTH Aachen University, 2019; Aachen 1 Online-Ressource (85 Seiten) : Illustrationen, Diagramme (2019). = Dissertation, RWTH Aachen University, 2019, In this thesis three different synthesis strategies for dicyanamides and the successfully synthesized compounds Hg2[N(CN)2]2, Tl[N(CN)2], LiCs2[N(CN)2]3 , M(NH3)2[N(CN)2]2 with M = Ni, Co and their structures are presented and discussed. The synthesis of Hg2[N(CN)2]2 from Na[N(CN)2] and Hg2(NO3)2 was already described in 1922, and here the crystal structure was determined for the first time. Tl[N(CN)2] and LiCs2[N(CN)2]3 were produced by metathesis of the respective metal halides and Ag[dca] monocrystalline. Using the high solubility of NaCl compared to M(NH3)2[N(CN)2]2 with M = Ni, Co in an ammoniacal aqueous solution of Na[N(CN)2] and MCl2, single crystals of the diammine-metal(II)-bisdicyanamide compounds could be isolated. For these structures, it could be shown that the ammonia molecules involved form hydrogen bridges to the dicyanamide, resulting in cross-linking of the two-dimensional M[N(CN)2]2 planes. By SQUID measurements both compounds were characterized as paramagnetic. UV/VIS spectroscopy was also used to characterize the dicyanamide as a medium-field ligand and its incremental volume was calculated from the determined structures. In addition, experiments on the low-temperature synthesis of iron(III)carbodiimide are presented., Published by Aachen

Im Rahmen dieser Arbeit gelang es, über eine neue Syntheseroute neuartige Aminopyridinato-(Ap), Imidazolidin-2-iminato- (Ii) sowie ApIi-Titan-Komplexe zu entwickeln. Neben der Synthese der verwendeten Liganden und Komplexe wie auch deren vollständigen Charakterisierung waren die detaillierte Analyse der erhaltenen Produkte aus der Polymerisation, Copolymerisation, Dimerisierung und Heterotrimerisierung von Ethylen und im Besonderen die Klärung mechanistischer Fragen bezüglich der Dimerisierung und Heterotrimerisierung wichtiger Bestandteil. Die damit einhergehenden hohen Selektivitäten und Aktivitäten der Katalysatoren konnten sowohl durch die Variation der Reste an den Liganden als auch durch die Optimierung der Reaktionsbedingungen fein abgestimmt werden. Bei Ap- und Ii-Liganden handelt es sich um stabilisierende und dirigierende Liganden für Polymerisationskatalysatoren von α-Olefinen. Aus der Kombination dieser Liganden bestehende Komplexe zeigten mit Zirconium und Hafnium als Zentralatom bereits gute Aktivitäten in der Oligomerisation von Ethylen. Jedoch war es noch nicht möglich, Titan-Komplexe mit beiden Liganden herzustellen. Das Einbringen des Ii-Liganden in die ApTi-Vorstufe über herkömmliche Synthesewege, wie Amin- oder Alkaneliminierung, verursachte eine Abspaltung des Ap-Liganden. In der vorliegenden Arbeit gelang dies durch die Entwicklung einer neuen Syntheseroute ausgehend von Tribenzylmonochloridotitan(IV) als Vorstufe. Über eine Alkaneliminierung wurde zunächst der Ap- und anschließend über eine Salzmetathese der Ii-Liganden in hohen Ausbeuten koordiniert. Durch die Aktivierung eines Dialkylkomplexes mit BF15 konnte ein entsprechendes Kation generiert, isoliert und charakterisiert werden. Neben diesen neuen Gemischtligandkomplexen (ApIiTiBn2) wurden außerdem verschiedene Vorstufen, unter anderem Mono(aminopyridinato)titan(IV)-Komplexe, unter optimierten Bedingungen synthetisiert. Die vollständige Charakterisierung der Verbindungen erfolgte über NMR-Spektroskopie, Elementaranalyse und Röntgeneinkristallstrukturanalyse. Die Auswertung der Röntgeneinkristallstrukturanalyse des ApIiTiBn2-Systems lieferte Hinweise über die zuvor genannte Verdrängungsreaktion der Ap-Liganden. Im nächsten Schritt wurden die Präkatalysatoren mit Ammoniumborat in der Ethylenoligomerisation bzw. -polymerisation eingesetzt. Die Kombination der beiden Steuerliganden mit Titan als Zentralatom bewirkte nicht nur einen Wechsel von der Polymerisation (ApTiBn3) zur Oligomerisation (ApIiTiBn2 z.B. mit 1-Cyclohexyl-3-(2,6-diisopropylphenyl)imidazolidin-2-imin), sondern ermöglichte eine selektive Dimerisierung von Ethylen zu 1-Buten. Im Vergleich zu den Einligandsystemen konnten die Aktivitäten enorm gesteigert werden. Bei optimierten Bedingungen erwies sich 4AF als der interessanteste Präkatalysator mit der höchsten Selektivität (94 % 1-Buten) und TOF (76 10^6 h^-1). Diese Aktivitäten sind vergleichbar mit denen von Enzymen und übertreffen, nach unserem Wissen, die bislang publizierten Aktivitäten für die Dimerisierung von Ethylen. Durch Temperatur- und Druckstudien war es möglich, Informationen zu mechanistischen Aspekten zu erhalten, wie zum Beispiel eine Schulz Flory Verteilung mit einem unerwarteten Anstieg des α-Wertes bei steigender Temperatur oder einer Druckabhängigkeit erster Ordnung. Eine Abhängigkeit der Kettenlänge der Produkte vom sterischen Anspruch am Pyridinrest des Ap-Liganden führte weiterhin zur schrittweisen Erniedrigung des Molekulargewichtes. Folglich wird eine Verringerung des mittleren Molekulargewichtes sowohl durch die Variation des Ap- (fein) und Ii-Liganden (grob) als auch durch eine Erniedrigung der Temperatur oder des Drucks erreicht. Die Reaktionszeit und die eingesetzte Stoffmenge des Präkatalysators oder des Scavengers spielen dabei keine ersichtliche Rolle. Ein Langzeitexperiment demonstrierte die Stabilität des aktivierten ApIiTiBn2-Systems über mehrere Stunden mit einer Katalysatorbeladung von mindestens 0,03 ppm. Des Weiteren konnte die „Selbstheilung“ eines CH-aktivierten Kations untersucht werden. Diese hochaktiven, selektiven und langzeitstabilen Systeme erlaubten im nächsten Schritt die Nutzung von höheren Olefinen als Comonomere. Mit dem Einsatz von 4AF gelang es, das Produktspektrum durch eine selektive Heterotrimerisierung zu spezifizieren. Neben der Einführung einer Ethylverzweigung wurden die Olefine hierbei regioselektiv um ein Ethylen verlängert. Dabei wirkte sich eine Erhöhung der Kettenlänge des eingesetzten Monomers mit einer Erniedrigung auf die Aktivität, jedoch nicht auf die Selektivität aus. Die Isolierung und anschließende Charakterisierung von 4-Ethylenoct-1-en, dem Heterotrimerisierungsprodukt von 1-Hexen, ließen Rückschlüsse auf den vorliegenden Mechanismus zu. Über eine Temperatur-, Zeit- und Druckstudie konnte ein analoges Verhalten zur Ethylendimerisierung bezüglich des Molekulargewichtes beobachtet werden. Sehr geringe Abweichungen bei dreimaliger Wiederholung dieser Experimente bewiesen eine sehr gute Reproduzierbarkeit. Die Herstellung verschiedener Produkte im Multigrammmaßstab ermöglichte es, ein bereits verlängertes Produkt nochmals selektiv zu verlängern. Unter sehr milden Bedingungen (1 bar, 15 °C) wurden somit neben linearen auch verzweigte, cyclische und aromatische Olefine selektiv verlängert. Auf diesem Weg gelang es, 4-Ethyloctadec-1-en und 4,6-Diethyldodec-1-en, nach unserem Wissen bis dato nicht literaturbekannte Produkte, zu synthetisieren und anschließend zu charakterisieren. Diese Ergebnisse gewähren den Zugang zu einer signifikant großen Anzahl neuer Verbindungen, die, wie am Beispiel von (4-Ethyldecyl)diisobutylaluminium gezeigt, funktionalisiert werden können.

Wird in einem Fabriksystem ein Anpassungsbedarf erkannt, muss ein Anpassungsprozess gestartet werden. Ein solcher Prozess beinhaltet in der Regel eine Planungsphase, in der ein Projektteam ein Vorgehen erarbeitet, wie die Anpassung vorzunehmen ist. Während Produktions-, Logistik- und Fertigungsprozesse bereits weitgehend automatisiert wurden und werden, findet die Entwicklung eines solchen Planungsprozesses in der Regel nach wie vor manuell und individuell statt. Das Planungsteam entwickelt den jeweils benötigten Plan von Hand und nach Bedarf. Die auf das Projekt zugeschnittene Planerstellung ergibt sich aus den spezifischen Anforderungen, die jedes (Anpassungs-) Projekt mit sich bringt. Die Erstellung des Plans erfolgt unter diesen Anforderungen allerdings nach wiedererkennbaren Mustern. Ziel der Dissertation ist es, eine Möglichkeit zu entwickeln, das Erstellen von Plänen und das Planen zu automatisieren. Hierzu soll ein Verfahren (bzw. eine Software) entwickelt werden, das die Möglichkeit bietet, Pläne unter Berücksichtigung von zuvor angegebenen Rahmenbedingungen dynamisch nach Bedarf zu generieren. Um Prozesse dynamisch zu generieren, folgt das Projekt einem Baukastenprinzip. Es wird eine Sammlung von standardisierten Prozessmodulen definiert, aus denen sich komplexe Prozesse und Pläne zusammenfügen lassen. Die Idee ist vergleichbar mit einem Lego-Baukasten. So wie solche Bausteine je nach Wunsch zu beinahe jedem beliebigen Objekt zusammengefügt werden können, sollen auch die Prozessmodule jeden gewünschten Prozess abbilden können. Am Ende des Projektes soll eine Software entstehen, die für jedes Projekt automatisch den passenden Workflow liefert. Ein Projektplaner gibt nur noch grundlegende Informationen (z.B. Budget- und Zeitbeschränkungen) an und erhält eine Auswahl an möglichen Plänen zur Realisierung des Projektes. Treten während der Durchführung des Plans Ereignisse auf, die Plananpassungen notwendig machen, können auch diese durch eine Neugenerierung des Plans automatisiert durchgeführt werden. Um dieses Ziel erreichen zu können, werden Methoden der kombinatorischen Logik und des Constraintsolvings genutzt. Durch die Nutzung der kombinatorischen Logik wird am Lehrstuhl für Software Engineering der TU Dortmund bereits erfolgreich Softwaresynthese betrieben, was bedeutet, dass aus einer gegebenen Menge unterschiedlicher Software-Komponenten individuelle Programme generiert werden können. Constraintsolving wiederum bezeichnet Verfahren zur Ermittlung von Lösungen für (mathematische) Probleme unter Berücksichtigung von einschränkenden Nebenbedingungen (Constraints). In dieser Arbeit werden beiden Technologien in einer Erweiterung eines gängigen Projektplanungverfahrens zusammengeführt. Dazu wird zunächst auf die modernen Herausforderungen der Fabrikplanung im Kontext der Industrie 4.0 eingegangen. Es wird gezeigt, warum Bedarf nach modernen, schnellen und flexiblen Planungsansätzen besteht und wie die Informatik diese unterstützen kann. Im weiteren Verlauf der Arbeit werden dann die methodischen und theoretischen Grundlagen der Fabrikplanung dar- und mögliche Planungssystematiken zur Umsetzung von automatisierter Plan-Generierung vorgestellt. Anschließend werden Technologien aus dem Bereich der Synthese und des Constraintsolving erörtert und in einer prototypischen Softwareanwendung zusammengeführt. Den Abschluss der Arbeit bildet eine Reihe von Experimenten, die das in dieser Arbeit erarbeitete Vorgehen anhand realer Planungsszenarien validieren., If an adjustment requirement is identified in a factory system, an adaptation process must be started. This usually includes a planning phase in which a project team develops a procedure for making the adjustment. While production, logistics and manufacturing processes have already been and are automated to a large extent, the development of such a planning process still takes place manually and individually to a large extent. The planning team develops the required plan manually and as required. The creation of a plan tailored to the project results from the specific requirements of each (adaptation) project. The creation of the plan itself under these requirements, however, takes place according to recognizable patterns. The aim of the dissertation is to develop a possibility to automate the creation of plans and the planning itself by developing a procedure (or a software), which makes it possible to generate plans dynamically under consideration of previously given basic conditions according to demand. In order to generate processes dynamically, the project follows a modular principle. A collection of standardized process modules is defined from which complex processes and plans can be assembled. The idea is comparable to a Lego construction kit. Similar to how such building blocks can be combined to almost any object, the process modules can result in any desired process. At the end of the dissertation project, software is to be developed that automatically delivers the appropriate workflow for each project. The planner only enters basic project information (e.g. budget and time restrictions) and receives a selection of possible plans for the realization of the project. If events occur during the execution of the plan that make plan adjustments necessary, this can also be carried out automatically by regenerating the plan. To achieve this goal, methods of combinatorial logic and constraint solving are used. By using combinatorial logic, software synthesis has already been successfully performed at the Chair of Software Engineering. This means that individual programs can be generated from a given set of software components. Constraintsolving, on the other hand, refers to procedures for the determination of solutions for (mathematical) problems under consideration of restrictive constraints. These two technologies are to be combined in an extension of common project planning software. In addition, by using suitable code generation frameworks, the applications needed to implement the respective plan are to be automatically generated.

Herstellung und Interkalation von nanokristallinen sowie kristallinen Tobermorit ähnlichen Calciumsilikathydratphasen, Synthesis and intercalation of nanocrystalline and crystalline tobermorite like calciumsilikatehydratephases

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine neuartige Deoxygenierungskaskade von Flavanonen bzw. Isoflavanonen via asymmetrischer Transferhydrierung (ATH) beschrieben. Diese Methodik ermöglicht einen einstufigen Zugang zu enantiomerenreinen Flavanen bzw. Isoflavanen aus entsprechenden racemischen Ketonen. Unter Verwendung der ATH-Deoxygenierungskaskade werden hoch enantioselektive Naturstoffsynthesen elaboriert. So erfolgt eine effiziente Darstellung der Flavane Brosimin A, Brosimin B, Brosimacutin L, Kazinol U und 7,3‘-Dihydroxy-4‘-methoxyflavan. Darüber hinaus wird mittels dynamischer kinetischer Racematspaltung die Totalsynthese der Isoflavane Equol, Manuifolin K und Eryzerin D beschrieben.

Die Ergebnisse dieser Arbeit sind dem Ziel gewidmet die Synthese von Ce\(_x\)Zr\(_{1-x}\)O\(_2\) Mischmetalloxiden bzw. die Insertion des Zr-Kations in das CeO\(_2\)-Gitter besser zu verstehen. Dazu werden im ersten Teil der Arbeit verschiedene Synthesemethoden in der Flüssigphase zur Herstellung von mono- und bimetallischen Ce/Zr-Oxiden untersucht. Der Fokus liegt dabei vor allem bei der Insertion des Zr-Kations in das CeO\(_2\)-Gitter und der Synthese eines einphasigen Ce\(_x\)Zr\(_{1-x}\)O\(_2\) Mischoxids. Durch die angewandten Synthesemethoden konnte ein Verständnis zur Mischoxidbildung aufgebaut und erklärt werden. Zusätzlich wird im zweiten Teil der Arbeit die Aktivität der Mischmetalloxide bei der Dimethylcarbonat-Synthese in der Flüssigphase und der CO-Oxidation getestet. Die Aktivitätstests der Dimethylcarbonat-Synthese wurden mit unterschiedlich synthetisierten Metalloxiden durchgeführt und eine Korrelation der Azidität bzw. Basizität auf den Mechanismus der Reaktion abgeleitet.

Die Verwendung von kleinen organischen Molekülen gegen Rezeptor-Tyrosinkinasen (RTKs) hat sich in der modernen Krebstherapie als wertvolle Therapie-Strategie erwiesen. Die Assoziation von Krebs mit der Dysregulation von Signalwegen, die mit RTKs verbunden sind, ist ein Schlüsselelement in der gezielten Krebstherapie. Die Tyrosinkinase Stammzellenfaktorrezeptor KIT ist ein Beispiel für eine klinisch relevante RTK. KIT ist ein Zielprotein in der Therapie von gastrointestinalen Stroma-tumoren (GIST) und chronischer myeloischer Leukämie (CML). Erworbene Resistenzmutationen innerhalb der katalytischen Domäne verringern jedoch die Wirksamkeit und sind die häufigste Ursache für eine fehlgeschlagene Therapie. In der vorliegenden Arbeit sollte das strukturbasierte Design und die Synthese einer fokussierten Substanzbibliothek zur Adressierung klinisch relevanter KIT Mutationen sowie die anschließende biochemische und zelluläre Charakterisierung dieser Substanzen erfolgen, um Wirkstoffresistenzen in KIT-abhängigen Krebserkrankungen zu überwinden. Als strukturelle Basis für das rationale Inhibitordesign wurde das Grundgerüst des derzeit effektivsten zugelassenen Inhibitors Ponatinib herangezogen, um Optimierungsstudien hinsichtlich einer erhöhten Potenz, insbesondere für die Sekundärmutation V654A, einer verbesserten Selektivität und damit einer verringerten Toxizität durchzuführen. Insbesondere sollte dabei die Möglichkeit zur Optimierung der Selektivität zu der strukturell verwandten Kinase VEGFR2 untersucht werden. Ausgehend von publizierten Kristallstrukturen wurden computerchemische Methoden zur Generierung von MD Simulationen der Mutanten V654A und T670I verwendet, um eine differenzierte Analyse ihrer strukturellen Konformationen durchzuführen und die erhaltenen Informationen in das strukturbasierte Inhibitordesign einfließen zu lassen. Die Analyse aller experimentell ermittelten Daten erlaubte die Identifizierung wichtiger Strukturmotive und Substitutionsmuster für das Inhibitordesign, die essentiell für eine erfolgreiche Inhibition der KIT Varianten sind. Der zweite Teil dieser Arbeit beinhaltet die Untersuchung der Möglichkeit, KIT irreversibel zu adressieren, um die Verweilzeit und damit Effizienz von potentiellen Inhibitoren zur Zielkinase zu maximieren und eine Verbesserung des Selektivitätsprofils dieser zu erreichen. Zusammenfassend konnten durch die Nutzung strukturbasierter Methoden Inhibitoren für unterschiedliche klinisch relevante KIT-Mutanten entwickelt werden.

Die Gestaltung ist ein Teil der Produktentwicklung. In ihr wird auf Basis eines Konzepts das funktionierende und herstellbare Produkt erzeugt. Sie lässt sich als iteratives Vorgehen aus Analyse und Synthese beschreiben. Hierbei spielt die Modellbildung eine entscheidende Rolle, da durch sie Zusammenhänge von Gestalt und Funktion abgebildet und genutzt werden können. In diesem Paper wird ein Überblick über die Möglichkeiten der Modellbildung mit dem C&C²-Ansatz sowie Techniken zur Unterstützung in der Analyse, Modellbildung und -verifikation und einen Ausblick in Techniken zur Synthese gegeben. Es werden Visualisierungen des C&C²-Ansatzes und der mit ihm möglichen Modellbildung dargestellt und beschrieben. Dadurch soll ein verbessertes Verständnis des Zusammenhangs zwischen Funktion und Gestalt ermöglicht werden.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von amphiphilen Farbstoffen, welche der Langmuir-Blodgett Technik zugänglich gemacht werden sollen. Hierbei wurde die Stoffklasse der 4-Hydroxy-1,3-Thiazole gewählt, da diese modular aufgebaut werden können und somit ein gezieltes, genaues Einstellen der photophysikalischen und morphologischen Eigenschaften möglich ist. Durch eine geschickte Wahl der Edukte der Hantzschschen Thiazolsynthese kann so das Chromophor in einer Stufe aufgebaut werden. Danach schließt sich eine Funktionalisierung, in dieser Arbeit eine Veretherung, der 4-Hydroxygruppe an, wodurch die morphologischen Charakteristika definiert werden. ...

Die vorliegende Arbeit behandelt die Synthese und Charakterisierung von neuartigen organischen Farbstoffmolekülen. Vor allem die Synthese von höheren Azaacenen gestaltet sich, aufgrund der beschränkten Zugänglichkeit und Instabilität der Ausgangsmaterialien, noch immer schwierig. Der erste Teil dieser Arbeit erläutert neue Synthesestrategien über stabile Vorstufen zu solchen Azaacenderivaten. Die hohe Elektronegativität dieser Substanzklasse ist bekannt. Da solche Materialien jedoch noch nicht als Akzeptoreinheiten in Donor-Akzeptor-Molekülen getestet wurden, werden im zweiten Abschnitt genau diese erstmaligen Untersuchungen vorgestellt. Durch die Kombination der stark elektronenarmen Tetraazaanthracene mit Diarylamin-Donoren können sehr schmale Bandlücken (energetischer Abstand zwischen höchsten besetzten und niedrigsten unbesetzten Molekülorbital) von 0,7 eV generiert werden. Die Verbindung der Azaacene mit 4-Alkoxythiazolen führt zu Farbstoffen mit NIR-Absorption und niedrigen LUMO-Energien von bis zu -4,8 eV. Im abschließenden dritten Part werden die Untersuchungen zur pH-Sensibilität von N-funktionalisierten Dihydro-Azaacenen, im Speziellen den Fluorubinen, präsentiert. Über simples Ändern des pH-Wertes und den damit einhergehenden Eigenschaftsänderungen ist es möglich, mit Hilfe eines Moleküls ein breites Eigenschaftsspektrum abzudecken. So kann von einem hoch-fluoreszenten elektronenreichen System bis zu einem starken Elektronenakzeptor gewechselt werden.

The macrocyclic bisbibenzyls Isoplagiochin C and D are natural products that are found exclusively in liverworts. Both exhibit several interesting biological activities and a remarkable chirality. By total synthese developed until now, with one exception, only racemic bisbibenzyls were obtained. In this work, a new strategy towards the atroposelective synthesis of isoplagiochin C was developed. It is based on an auxiliary-controlled atropodiastereoselective SUZUKI-reaction to build up the isoplagiochin framework. As auxiliary, the p-tolylsulfinyl group in ortho position to the reaction center was used. So, finally an enantioselective preparation of isoplagiochin C could be realized. The erythrina alkaloid Erybidin and the structure analogue O-Methylerybidin as well exhibit a biaryl axis and a nine-membered ring structure. Here, it was enviseged to find out, if these ring-strucutures forms stable atropo-isomers and how they can be synthesized enantioselectively. Die makrocyclischen Bisbibenzyle Isoplagiochin C und D sind Naturstoffe, die bis jetzt ausschließlich in Moosen zu finden sind. Beide weisen einige interessante biologische Aktivitäten und eine bemerkenswerte Chiralität auf. Die bisher entwickelten Totalsynthesen lieferten jedoch - bis auf eine Ausnahme - nur racemische Gemische. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neue Synthesestrategie zur atropselektiven Synthese von Isoplagiochin C entwickelt. Sie beruht auf einer Auxiliar-gesteuerten atropdiastereoselektiven Suzuki-Reaktion zum Aufbau des Isoplagiochingerüstes. Als Auxiliar wurde eine zum Reaktionszentrum ortho-ständige p-Tolylsulfinylgruppe verwendet. So konnte eine am Ende enantioselektive Darstellung des Isoplagiochin C realisiert werden. Auch das Erythrina-Alkaloid Erybidin und das strukturanaloge O-Methylerybidin weisen eine Biarylachse und eine neungliedrige Ringstruktur auf. Hier galt es, herauszufinden, ob diese Ringsysteme stabile Atropisomere ausbilden und wie man diese ggf. enantioselektiv synthetisieren kann.

Die Pathogenesen der mediodermalen Elastolyse (MDE) sowie die der Anetodermie (AN) sind bisher nur unzureichend geklärt. Ziel unserer Arbeit war es zu untersuchen, ob es Alterationen der Proteinexpression von Fibulin-4 und Fibulin-5 bei betroffenen Patienten im Vergleich zu einer gesunden Kontrollgruppe gibt. Fibuline spielen eine entscheidende Rolle während der Elastogenese. Die durch immunhistochemische Färbung visualisierte Proteinexpression wurde semiquantitativ bewertet und statistisch analysiert. Die Fibulin-4-Expression zeigte sich bei beiden Krankheitsbildern im Vergleich zur gesunden Kontrollgruppe signifikant reduziert. Für die Fibulin-5-Proteinexpression konnte eine signifikante Reduktion seitens der MDE Patienten nachgewiesen werden. Die vorliegenden Ergebnisse bieten eine Grundlage für weitere Forschungsprojekte unter der Annahme, dass veränderte Elastinresyntheseprozesse eine Rolle bei der Pathogenese der MDE und AN spielen.

The main function of protein kinases is widely considered the activation of their substrates by catalytic phosphotransfer from adenosine-5‘-triphosphate (ATP), explaining the central role of kinases in cellular signaling cascades. Recently, more and more functions independent from this catalytic mechanism were described, that are involved in several biological processes, e.g., by regulation or localization of their substrates via protein-protein interactions or the formation of multi-enzyme complexes, respectively. This is usually realized by addressing alternative binding regions distant from the enzyme’s active site. Hence, the discovery of corresponding binding pockets and the development of small molecules capable of modulating scaffolding functions are of great interest in current scientific research. In the present work, the structure-based design and organic synthesis of 2-arylquinazolines, which were identified as ligands of a lipophilic binding pocket (LiPoLis) in p38α mitogen-activated protein kinase (MAPK), is described. Since the function of this pocket is not fully understood yet, the LiPoLis were thought to aid in elucidating its biological role. The generated compounds were characterized applying several biophysical methods to determine their affinity towards the enzyme and the suggested binding mode was validated by means of protein crystallography. Concluding these studies, the ligands were shown to positively address the lipophilic pocket (LP) but exhibiting a very low affinity, making them unsuitable to serve as molecular probes in biological systems. Consequently, electrophile-decorated LiPoLis were designed to target cysteine mutants of p38α MAPK, forming a covalent bond within the LP to maximize the residence time at the enzyme. Employing mass spectrometric analysis, specific ligand-protein pairs were identified and in tandem measurements and via co-crystallization, the introduced cysteines were verified as the actual labeling positions. Therefore, it could be shown that the thus found ligands exhibit a favorable reactivity and accordingly irreversible modifications of the target enzyme, rendering them suitable to be used in future studies to dissect the biological function of the described binding pocket in p38α MAPK. In another part of this thesis, various complex crystal structures of diverse ATP-competitive p38α MAPK inhibitors could be solved and were discussed, significantly contributing insightful results with respect to the underlying scientific questions.