Die Untersuchungen der nichtskalierbaren Eigenschaften von Clustern in dem Größenregime, in dem jedes Atom zählt, zeigten, daß hier neuartige Phänomene und Funktionalität entstehen können. Dadurch motiviert wurden in dieser Arbeit: i) strukturelle und elektronische Eigenschaften sowie die Reaktivität von Metall Clustern, ii) stationäre optische Eigenschaften und iii) zeitabhängige Eigenschaften und optimale Kontrolle von ultraschnellen Prozessen in Edelmetallcluster und in nonstoichiometrischen Natrium-Fluorid Cluster, untersucht. / The study of the nonscalable properties of clusters in the size regime in which each atom counts have shown that fully new phenomena and striking new unexpected properties of small clusters can emerge. In this work three aspects have been addressed: i) the structural and electronic properties and reactivity of metal clusters, ii) stationary optical propertis and iii) real time investigation and control of ultrafast processes in noble metal and in nonstoichiometric sodium fluoride clusters.

Um hochsensitive räumliche Auflösung zu erreichen, wurden oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie (SERS) und spitzenverstärkte Raman-Spektroskopie (TERS) weiterentwickelt. Das grundlegende Funktionsprinzip ist jedoch noch nicht vollständig verstanden und auch Experimente dazu fehlen teilweise. In dieser Arbeit habe ich zuerst Gap-mode TERS eingesetzt, bei welcher ein starkes elektromagnetisches Feld es ermöglicht, dünne Schichten von sehr schwach streuenden Molekülen zu untersuchen. Mit der Nanometerauflösung von TERS konnte ein auf der Goldoberfläche spontan phasen-getrennten, gemischtes Thiolsystem räumlich aufgelöst werden, während STM die Nanodomänen nicht über ihre Höhenunterschiede erkennen konnte. Neue Studien deuten auf eine Raman-Verstärkung durch Graphen und Flachgold aufgrund eines chemischen Mechanismus hin. Kupfer Phthalocyanin (CuPc)-Moleküle zwischen Graphen und einer flachen Goldoberfläche erlauben Elektronenübertragungen in beide Richtungen und damit stellt sich die Frage, ob chemische Verstärkungen von SERS zueinander addiert werden können. Die Ergebnisse deuten auf eine Kopplung von den zwei einzelnen Oberflächen hin. Es wurde eine 68-fache Verstärkung von geschichtetem CuPc zwischen Graphen und Gold beobachtet, jeweils bezogen auf CuPc auf Glimmer. Zuletzt wurde mittels TERS diese Schichtstruktur untersucht. Moleküle, die sich auf der Goldoberfläche selbstanordnen und mit Graphen bedeckt worden sind, fungieren als optische Sensoren, bei welchen die Graphenverkapselung die Moleküle beschützt. Außerdem kann eine sehr hohe Raman-Verstärkung mit großer lokaler Auflösung aufgrund der kombinierten Effekte von SERS und TERS herbeigeführt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Spitze, die Graphen-verstärkte Raman-Streuung (GERS) zusätzlich um vier Größenordnungen verbessern kann, aber Gap-mode TERS abschirmt. / The quest to achieve ultrahigh sensitivity, surface specificity and high spatial resolution has led to the development of plasmon- and chemically- enhanced Raman spectroscopy, including techniques such as surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) and tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS). However, a lack of fundamentally experimental demonstrations still remains. In this thesis, I firstly used gap-mode TERS, which allows studying even molecularly thin layers of very weakly scattering molecules. With the nanoscale spatial resolution provided by TERS, the spontaneous segregation in a mixed thiol system on a gold surface could be resolved, while scanning tunneling microscopy (STM) could not discern the nanodomains via their apparent height difference. Furthermore, since graphene and a flat gold surface both were known to provide some Raman enhancement through mainly a chemical mechanism, sandwiching copper phthalocyanine (CuPc) molecules between graphene and a flat gold surface allowed electrons to be transferred in both directions, and thereby to address the question whether chemical enhancements with different origins in SERS can add to each other. The results suggest that the chemical enhancements were influenced by the two individual surfaces, and a 68-fold enhancement of sandwiched CuPc between graphene and gold was observed, as compared to CuPc on mica. Last, TERS was applied to study this sandwiched structure. Molecules self-assembled on a gold surface and covered by transferred graphene acted as optical probes. Such an arrangement has interesting properties in the sense that molecules are protected and encapsulated by graphene. Also, a possible ultrahigh Raman enhancement together with localized spatial resolution may be achieved due to the combined effects from SERS and TERS. The results showed that a tip can improve graphene-enhanced Raman scattering (GERS) further by 4 orders of magnitude, but graphene exerts some shielding effect to gap-mode TERS.

Das Hauptaugenmerk der vorliegenden Arbeit richtet sich auf die Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften von Derivaten von N,N-Dimethylaminobenzonitril (DMABN) und N-Phenyl-pyrrolobenzonitril (PBN) als Donor-Akzeptor Verbindungen. Die untersuchten Verbindungen zeichnen sich durch Einführung von Fluor-Substituenten durch eine erhöhte Akzeptorstärke aus, wodurch neue Erkenntnisse bzgl. der intramolekularen Charge-Transfer-Zustände (ICT) gewonnen werden konnten. Hierbei wurden die Ergebnisse zum Verhalten der untersuchten Moleküle im angeregten Zustand mit denen der entsprechenden Basisverbindungen verglichen. Die spektroskopischen und photophysikalischen Eigenschaften wurden sowohl durch die Anwendung der stationären und zeitaufgelösten Fluoreszenzspektroskopie bei Raum- und Tieftemperatur als auch durch Nutzung der transienten Absorptionsspektroskopie in Kombination mit quantenchemischen Berechnungen untersucht. Im Unterschied zu den Basisverbindungen DMABN und PBN zeigen die Spektren der fluorierten Derivate nur eine einzige stark rotverschobene Fluoreszenzbande, die dem ICT-Zustand zugeordnet werden kann. Die extrem kleinen Quantenausbeuten, die typisch für alle fluorierten Derivate sind, können auf die Existenz eines weiteren strahlungslosen Deaktivierungskanals zurückgeführt werden. Der beobachtete ICT kann mit dem TICT-Modell (Twisted intramolecular Charge Transfer), bei dem von einer gegenseitigen Verdrillung der Donor- und Akzeptoreinheiten ausgegangen wird, erklärt werden. Weiterhin wurden die Variation der Verknüpfungsposition zwischen Donor- und Akzeptoreinheit sowie der Einfluss zusätzlicher Akzeptor-Substituenten auf die Eigenschaften der ICT-Zustände untersucht. Durch die Ergebnisse dieser Arbeit konnte ein vertieftes Verständnis über die Ladungstrennungsprozesse in Donor-Akzeptor-Systemen, die sich durch eine starke Solvatochromie und die Existenz von strahlungslosen Deaktivierungskanälen auszeichnen, entwickelt werden. Es konnte die Möglichkeit der Besetzung von zwei verschiedenen ICT-Zuständen (TICT – verboten, mesomerer ICT – erlaubt) gezeigt werden. / The focus of this work is mainly concerned with the investigation of photophysical properties of electron donor-acceptor compounds, namely, derivatives of N,N-dimethylamino benzonitrile (DMABN) and N-phenyl-pyrrolobenzonitrile (PBN). New insights into the intramolecular charge transfer (ICT) states were obtained while dealing with an acceptor moiety of increased strength in the form of fluorinated analogues of both these compounds. The molecules studied in this work have been compared with their corresponding parent compounds to get more useful information on the excited state behaviour. The spectroscopic and photophysical properties were studied using steady-state and time-resolved fluorescence at room and low temperature as well as with transient absorption spectroscopy in conjunction with quantum chemical calculations. Unlike in the parent compounds DMABN and PBN, their fluorinated derivatives show only a single strongly red-shifted fluorescence emitted from the ICT state, and possess low quantum yields. The nearly non-fluorescent behaviour for all of these fluorinated derivatives investigated is due to the presence of a photochemical mechanism additional to that of ICT, which acts as a new non-radiative funnel. The ICT observed in these compounds can be explained by twisting motion taking place between the donor and acceptor moieties. Thus, twisted intramolecular charge transfer (TICT) model supports the observations. Apart from the changes in the strength of the acceptor moieties, the ICT nature has been further explored by changing their linking positions as well as with additional acceptor substituents. From the findings obtained in this work, a deeper understanding of the charge separation processes occurring in donor-acceptor systems with high solvatochromism and non-radiative decay properties was obtained. The possibility for populating two different ICT states (of forbidden nature – TICT, and allowed nature – mesomeric ICT) has been exemplified.

Die markierungsfreie Detektion von molekularen Wechselwirkungen mittels Feldeffekt-basierter Sensoren ist eine vielversprechende Strategie zur Entwicklung einer neuen Generati-on von Biochips mit direkter elektrischer Auslesung und somit geeignet für schnelle, einfache und kostengünstige Analysen. In dieser Arbeit wurde als Transducer eine kapazitive Elektrolyt-Isolator-Silizium- (EIS) Struktur zur markierungsfreien elektrischen Detektion geladener Makromoleküle anhand ihrer intrinsischen Ladung verwendet. Als Modellsystem für die Untersuchung der im EIS-Sensor durch die Ausbildung „planarer“ bzw. „brush“-ähnlicher Molekülschichten induzierten Effekte wurden Polyelektrolyt-Multischichten (PEM) bzw. DNA-Moleküle verwendet. Die Adsorption der positiv und negativ geladenen Polyelektrolyt-Schichten an die Sensor-Oberfläche, sowie der Einfluss der Polyelektrolyt-Konzentration, der Ionenstärke und der Art des Elektrolyten auf das EIS-Signal wurden elektrochemisch untersucht. Zusätzlich wurde die Ausbildung der PEM physikalisch unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskopes und der Ellipsometrie charakterisiert. Basierend auf Silizium-Isolator-Silizium-Strukturen wurde zum ersten Mal ein Mikroarray mit „Nanoplate“ EIS-Sensoren entwickelt, die alle auf einem einzigen Chip integriert waren. Dies ermöglicht mittels differenzieller Messanordnungen eine verlässliche Detektion der DNA-Hybridisierung bzw. -Denaturierung. Die Eigenschaften des Biosensors wurden durch Verwendung von Gold-Nanopartikeln für die Immobilisierung der DNA auf der Sensorober-fläche sowie durch eine niedrige Salzkonzentration im Messpuffer entscheidend verbessert. Die Ergebnisse dieser neuen Vorgehensweise wurden mittels Fluoreszenz-Mikroskopie vali-diert. Darüber hinaus wurde ein elektrostatisches Modell für einen EIS-Sensor mit einer „planaren“ und einen weiteren, mit „brush“-ähnlicher Molekularschicht entwickelt. Das Modell prognos-tiziert eine starke Abhängigkeit der Sensorsignalstärke von der Elektrolytkonzentration, der Ladungsdichte auf der Oberfläche und dem Abstand zwischen geladener Schicht und Sensor-oberfläche. Die Prognosen stimmten durchweg gut mit den experimentellen Ergebnissen überein. / Label-free detection of molecular interactions utilizing field-effect devices is one of the most attractive approaches for a new generation of biochips with direct electrical readout for a fast, simple and cost-effective analysis. In this study, a capacitive electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) structure was used as transducer for the label-free electrical detection of charged macromolecules via their intrinsic charge. Polyelectrolyte multilayers (PEM) and DNA molecules were utilized as model systems to study the charge effects induced in EIS sensors by the formation of “planar”- and “brush”-like molecular layers, respectively. The layer-by-layer adsorption of positively and negatively charged polyelectrolyte (PE) layers onto the sensor surface as well as the influence of PE concentration, ionic strength and type of the applied electrolyte on the EIS sensor signal was electrochemically studied. In addition, the PEMs build-up was physically characterized using atomic force microscopy, scanning electron microscopy and ellipsometry. An array of on-chip integrated nanoplate EIS sensors based on a silicon-on-insulator structure was developed for the first time, enabling the reliable detection of DNA hybridiza-tion/denaturation in a differential measurement setup. Enhanced DNA biosensor characteris-tics were achieved by the immobilization of DNA molecules on the sensor surface via Au-nanoparticles and used low-concentrated buffer solution for the measurements. The results of this novel approach were validated by means of the fluorescence microscopy method. Furthermore, an electrostatic model for an EIS sensor modified with “planar”- and “brush”-like molecular layers was developed. The model predicts a strong dependence of the sensor signal on the electrolyte concentration, surface charge density and the distance between the charged layer and the sensor surface. This is consistently agreeing with the experimental re-sults.

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Twinribozyms, das durch zweifache Spaltung und anschließende zweifache Ligation den Fragmentaustausch innerhalb einer RNA-Substratsequenz katalysiert. Als Basis für dieses Konzept diente das Hairpinribozym, das durch die Einführung einer zusätzlichen Helix derart verändert wurde, dass die Verknüpfung zweier Einheiten in einem Twinribozym möglich wurde. Weitere Sequenz- und Strukturoptimierung führte zu zwei Einzelmotiven mit hoher Substratselektivität und verbesserter Kofaktorakzeptanz. Durch die Verwendung von 5-Benzylmercapto-1H-tetrazol als Aktivator beim Standard-Phosphoramidit-Verfahren konnte die chemische RNA-Synthese in einem Umfang verbessert werden, der die Synthese eines Twinribozyms mit einer Länge von 141 Nukleotiden und beidseitiger Spaltaktivität erlaubte. Auf enzymatischem Weg wurde ein Twinribozym HP-TW5 synthetisiert, das aus einem 45-mer RNA-Substrat ein 16-mer Fragment herausschneidet und durch ein 20-mer Reparaturfragment ersetzt. Das nach Ligation in bis zu 30 % Ausbeute entstandene 49-mer Produkt wurde durch Sequenzanalyse eindeutig nachgewiesen. Auf diese Weise konnte die Reparatur einer Deletionsmutation in einer Modellreaktion erfolgreich durchgeführt werden. Die Twinribozym-vermittelte RNA-Reparatur bietet damit einen neuartigen Zugang zu gentherapeutischen Anwendungen. / Aim of this work was the development of a twin ribozyme that catalyses the fragment exchange within a RNA substrate sequence by twofold cleavage and subsequent twofold ligation. The hairpin ribozyme, serving as basis for this concept, was changed by introduction of an additional helix in a way, that connection of two units in a twin ribozyme became possible. Further sequence and structure optimization led to two different motifs with high substrate selectivity and improved activity under different cofactor conditions. By application of 5-Benzylmercapto-1H-tetrazole as activator in the standard phosphoramidite method, chemical RNA synthesis could be highly improved, allowing synthesis of a Twinribozyme with a length of 141 nucleotides and cleavage activity of both units. The enzymatically synthesised twin ribozyme HP-TW5 was used to cut out a 16-mer fragment from a 45-mer RNA substrate and replace it with a 20-mer repair fragment. The chemical identity of the 49-mer repair product, resulting from ligation in up to 30 percent yield, was proven by sequence analysis. With this model reaction, the repair of a deletion mutation could be successfully demonstrated. Twin ribozyme-mediated RNA-repair offers access to new applications in gene therapy.

Im Rahmen dieser Dissertation wurde die säurekatalysierte Tandem-Aldol-MPV-Reaktion zur Darstellung von 1,3-Diolethern als Eintopfverfahren entwickelt. Dabei konnte ein Syntheseprotokoll entwickelt werden, das durch geschickte Wahl der Reaktionspartner, eines Katalysatorsystems aus LiClO4/ Trifluoressigsäure und geeigneter Reaktionsbedingungen ermöglichte, die klassische dreistufige Synthese von 1,3-Diolethern auf ein effizientes Eintopfverfahren zu reduzieren. Die Kombination mit umfangreichen mechanistischen Untersuchungen ermöglichte erstmals die Entwicklung einer asymmetrischen Variante der Tandem-Aldol-MPV-Reaktion. Dabei hat sich eine Kombination von chiralem Menthol und Methanol bewährt, wodurch die Reaktion mit hoher Chemoselektivität und ohne Konkurrenzreaktionen abläuft. Mit Hilfe dieser neuen Reaktionsbedingungen der asymmetrischen Tandem-Aldol-MPV-Reaktion gelang erstmals die Synthese von chiralen 1,3-Diolethern mit sehr guter Regio- und guter bis sehr guter Diastereo- und Enantioselektivität. Bemerkenswert ist die Möglichkeit der Steuerung der asymmetrischen Synthese und damit des selektiven Zugangs zu jeweils einem Enantiomer durch Variation zwischen (-)- bzw. (+)-Menthol. Als Erweiterung gelang erstmals eine intramolekulare Tandem-Aldol-MPV-Reaktion mit der Synthese verschieden substituierter pentacyclischer 1,3-Diolether. Auch hier gelang die Synthese ausgehend von zuvor synthetisierten Dialdehyden in einer Eintopfreaktion mit sehr hoher Diastereoselektivität. Auf dem zweiten großen Gebiet der Dissertation konnte eine neue innovative Syntheseroute zu Verbindungen in der Thiochromanreihe mit völlig neuartigem Substitutionsmuster entwickelt werden. Es gelang die Entwicklung einer milden Eintopfsynthese, die die Synthese hochsubstituierter anti-konfigurierter Thiochromane ermöglicht. Dabei gelang die Synthese eines Thiochromans ausgehend von racemischen Edukten, in dem stereoselektiv drei benachbarte Stereozentren aufgebaut wurden. / In this thesis, the acid-catalyzed tandem-aldol-Meerwein-Ponndorf-Verley-reaction for the preparation of 1,3-diolethers was developed. By handy choice of the reactants, the LiClO4/ trifluoroacetic acid catalyst system and appropriate reaction conditions an efficient one-pot-reaction protocol has been established. The development of an asymmetric execution was enabled by employing extensive mechanistic examinations. Consequently, a combination of chiral menthol and methanol leads to products with high chemoselectivities and without occurrence of competitive reactions. For the first time, by employing the novel optimized synthetic scheme for the asymmetric tandem-aldol-MPV reaction, chiral 1,3-diolethers have been prepared with very high regio- and moderate to very high diastereo- as well as enantioselectivity. Moreover, an opportunity for controlling asymmetric synthesis by variation of (-)- and (+)-menthol was developed. Hence, a selective access to the desired enantiomer is given. In continuative work an intramolecular tandem-aldol-MPV-reaction for the preparation of highly substituted penta-cyclic 1,3-diolethers was developed. Also in this case, the reaction was realized as an one-pot reaction with high anti-diastereoselectivity. The second chapter of this thesis describes a new innovative synthesis of thiochromans with completely unknown substitution pattern. We were able to establish a mild one-pot synthesis of highly substituted anti-configured thiochromans. As a special highlight we suceeded in the steroeselective synthesis of a thiochroman with three adjacent stereogenic centers starting from racemic educts.

Methoden der Dichtefunktionaltheorie (DFT) sind beliebte quantenmechanische (QM) Verfahren. Einige Größen, wie z.B. Dispersionsenergien oder Reaktionsbarrieren, werden mit Standardfunktionalen jedoch schlecht beschrieben. Solche Probleme sind für kleine Systeme mit Elektronenkorrelationsmethoden lösbar. In dieser Arbeit wird ein Hybridansatz vorgestellt, der Vorzüge von DFT und Elektronenkorrelationsmethoden vereint. Dazu erfolgen DFT-Rechnungen für das Gesamtsystem und ein darin eingebettetes Modell des aktiven Zentrums. Dieses wird außerdem mit Moller–Plesset Störungstheorie zweiter Ordnung (MP2) zur Korrektur entsprechender DFT-Werte beschrieben. Die Zuverlässigkeit so erzielter Ergebnisse wird durch Extrapolation auf den Grenzfall einer vollständigen Orbitalbasis und eines unverkleinerten Modells erhöht. MP2-Korrekturen werden für eine Reihe unterschiedlich großer Modelle ermittelt. Daran wird ein C6-Paarpotential angepasst, das auch für das (periodische) Gesamtsystem die Ableitung von Werten in MP2-Qualität erlaubt. Zur Anwendung der Hybridmethode in der Katalyseforschung werden Protonensprünge im Zeolith Chabasit und Protonierungsreaktionen von Isobuten im Zeolith Ferrierit untersucht. Die MP2/DFT-Ergebnisse bestätigen, dass Aktivierungsbarrieren mit einfachen Dichtefunktionalen unterschätzt werden. Geschwindigkeitskonstanten sind nach Korrektur um ein bis zwei Größenordnungen kleiner. DFT-Adsorptions- und -Chemisorptionsenergien für Kohlenwasserstoffe in Zeolithen sind nicht verlässlich. Unterschiedlich große MP2-Korrekturen für die untersuchten Produkte liegen in einem Bereich von –29 bis –70 kJ/mol. Gegenüber dem wasserstoffgebundenen tert-Butylcarbeniumion profitieren Oberflächenalkoxide energetisch am meisten von der Erfassung der Dispersion. Die berechnete MP2-Adsorptionswärme des Isobutens im Zeolith Ferrierit (–74+–10 kJ/mol) entspricht experimentellen Anhaltspunkten und zeigt die Zuverlässigkeit des in dieser Arbeit vorgestellten Hybridansatzes. / Density functional theory (DFT) belongs to the most popular computational approaches in quantum mechanics (QM). For certain terms, e.g., dispersion energies or reaction barriers, widely used functionals do not yield reliable results. For small systems these problems can be overcome by using electron correlation methods. In this work a hybrid approach is presented combining advantages of both DFT and electron correlation methods. DFT calculations are performed for the full system and an embedded model representing the active site. The embedded model is also described by second-order Moller–Plesset perturbation theory (MP2) to obtain corrections to corresponding DFT values. The reliability of the results obtained with this hybrid method is further improved by extrapolation to the limiting case of a complete orbital basis set and an unreduced model system. MP2 corrections are obtained for a series of models of increasing size to fit a C6 pair potential. The fitted potential is applied to the full (periodic) system yielding results of MP2 quality. The hybrid method is applied in the field of catalysis research to investigate proton jump reactions in the zeolite chabazite and protonation reactions of isobutene in the zeolite ferrierite. The MP2/DFT results obtained confirm that with purely gradient corrected density functionals reaction barriers are clearly underestimated. Rate constants are corrected by one to two orders of magnitude. DFT reaction energies for adsorption and chemisorption of hydrocarbons in zeolites are not reliable. MP2 corrections obtained range between –29 and –70 kJ/mol and are not the same for different products. Compared to the hydrogen-bonded tert-butyl carbenium ion the surface alkoxides benefit most from treating dispersion explicitly. The calculated MP2 heat of adsorption of isobutene in ferrierite (–74+–10 kJ/mol) corresponds to experimental clues and underlines the reliability of the hybrid MP2/DFT approach presented in this work.

Diese Arbeit beschreibt die Realisierung mehrerer theoretischer Ansätze zur Synthese von Oligonucleotiden, die an gezielter Position mit der trans-{PtII(NH3)2}2+ - Spezies modifiziert sind. Es wurde ein Synthesebaustein "Pt-T" synthetisiert, der die direkte Einführung eines N3-platinierten Thymidins während der Oligonucleotidsynthese ermöglicht. Unter den Bedingungen der Standard - H-Phosphonat - Synthese werden bei Verwendung des synthetisierten platinierten Synthesebaustein "Pt-T" platinierte Oligonucleotide erhalten, die eine trans-[PtII(NH3)2Py(N3-T)]+ - Modifizierung enthalten. Mit Hilfe der Sanger - Sequenzierung konnte gezeigt werden, daß die an T angebundene trans-{PtII(NH3)2Py}2+ - Platinspezies T7 DNA Polymerase blockiert. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß die Spaltung der 5'-Phosphorsäurediesterbindung durch Schlangengift - Phosphodiesterase infolge dieser Platinmodifizierung deutlich langsamer abläuft. Durch Ersatz von Pyridin durch 1,6-Lutidin bleibt die Reaktionsfähigkeit der trans-Position am Platin erhalten. Durch geeignete Reaktionsbedingungen wurde das nach erfolgter Oligonucleotidsynthese an einem 4-mer gebundene Platin bifunktional an den selben Strang gebunden und so trans-[PtII(NH3)2{d(TTTG)-N3-T(2),N7-G(4)}]+, ein kurzes Oligonucleotid mit intrastrand-crosslink, synthetisiert. Die durchgeführte enzymatische Hydrolyse zeigt eine hohe Beständigkeit gegenüber dem Abbau mit Schlangengift - Phosphodiesterase und alkalischer Phosphatase. / This work describes the synthesis of oligodeoxynucleotides, which are modified at a specific position with the trans-{PtII(NH3)2}2+ - species. A platinated monomer building block "Pt-T" has been synthesized separately prior to automated synthesis. Platin modified oligonucleotides were elongated by use of standard H-phosphonate chemistry. The use of the synthesized platinated building block "Pt-T" leads to platinated oligonucleotides with a trans-[PtII(NH3)2Py(N3-T)]+ - modification. The synthesized oligonucleotides have been subjected to sequencing by the Sanger - method and it could be shown, that this modification blocks T7 DNA polymerase. Furthermore it could be shown, that the cleavage of the 5'-phosphodiester bond by snake venom phosphodiesterase due to these modification runs down clearly more slowly. In consequence of substitution of pyridine by 2,6-lutidine the reactivity of the trans - position of the platinum remains received. After oligonucleotide synthesis the platinum became crosslinked, thus trans-[PtII(NH3)2{d(TTTG)-N3-T(2),N7-G(4)}]+, a short oligonucleotide with intrastrand-crosslink, was synthesized. The enzymatic hydrolysis showed a high constancy facing the degradation with snake venom phosphodiesterase and alkaline phosphatase.

Mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie (STM, Scanning Tunneling Microscopy) und Tunnelspektroskopie (STS, Scanning Tunneling Spectroscopy) wurden in situ das Ordnungsverhalten und die elektronischen Eigenschaften verschiedener alkylsubstituierter, polyzyklischer Aromaten (PAHs, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) an der Grenzfläche zwischen organischer Lösung und der Basalfläche von Graphit untersucht. Die Anzahl der pro Molekül vorhandenen pi-konjugierten Kohlenstoffatome reicht von 42 (Hexabenzocoronen, HBC) bis 114. Zusätzliche Informationen zur Struktur der geordneten Systeme lieferten kraftfeldbasierte Molekülsimulationen. Die molekularen Systeme bilden durch Adsorption und Selbstaggregation hochgeordnete Monolagen auf der Graphitoberfläche aus, wobei die polyzyklischen Kohlenstoffstrukturen der aromatischen Bereiche wie das darunter liegende Graphitgitter orientiert und die Molekülkristalle kommensurabel mit dem Substrat sind. Die peripheren Alkylketten sind nicht notwendigerweise an der Adsorption auf dem Graphitgitter beteiligt. Dies führt in bestimmten Fällen zu hexagonalen Anordnungen der HBC-Moleküle. Periodische Helligkeitsmodulationen im Tunnelbild der Aromaten werden über unterschiedliche Adsorptionspositionen auf dem Substrat erklärt, die in regelmäßiger Weise durch die molekularen Spezies eingenommen werden. In vielen Fällen ist die Adsorption nicht auf Monolagen begrenzt. Attraktive pi--pi-Wechselwirkungen zwischen den Aromaten werden als Ursache für die Stapelung der Moleküle angeführt. Es besteht die Vermutung, dass auch ein signifikanter Überlapp von Orbitalen vorhanden ist. Folglich wird der an der Grenzfläche zum Graphit existierende molekulare Ordnungszustand auf die zusätzlich adsorbierenden Schichten übertragen. Die Beobachtung nichtperiodischer Kontrastmodulationen wird auf kleinste Unterschiede in den Stapelweisen der Aromaten zurückgeführt, die zu Unterschieden in den elektronischen Eigenschaften führen. Hochaufgelöste STM-Bilder zeigen verschiedene Punktmuster und Streifen innerhalb der aromatischen Bereiche einzelner Moleküle. Diese Muster können nicht direkt der elektronischen Struktur der Aromaten zugeordnet werden. Sie werden vielmehr als Ergebnis einer Faltung der elektronischen Eigenschaften von Substrat und Adsorbat betrachtet. Zwei der Punktmuster, die für ein HBC-Derivat beobachtet wurden und abhängig von der Anzahl der pro Aromatenstapel involvierten Moleküle sind, konnten als sqrt(3) x sqrt(3) R 30°- bzw. als 2 x 2 -Überstruktur des Graphits beschrieben werden. Die STS-Experimente waren auf die Aufnahme lokaler I(U)-Kennlinien gerichtet. Die Aromaten weisen eine asymmetrische I(U)-Charakteristik auf, die Ähnlichkeiten mit dem Kennlinienverlauf einer Diode zeigt. Die Asymmetrie wird durch resonantes Tunneln über das HOMO bei negativen Probenspannungen erklärt. Die Verstärkung der Asymmetrie mit zunehmender Größe des Aromaten wird durch den kleiner werdenden energetischen Abstand zwischen HOMO und Fermi-Niveau des Graphits verursacht. / Self-assembled structures and electronic properties of alkylsubstituted, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) at the solid liquid interface between a solution and the basal plane of graphite have been studied in situ by scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS). The number of pi-conjugated carbon atoms per investigated molecular species ranges from 42 (hexabenzocoronene, HBC) to 114. Supplementary structural information was obtained by forcefield based simulations. Upon adsorption and self-assembly, the molecules form ordered monolayers on the graphite surface. Predominantely, the polycyclic carbon structures of the aromatic moieties exhibit the same orientation as the underlying graphite lattice and the molecular lattices are commensurate with the substrate. The peripheral alkyl chains do not necessarily adsorb on the substrate which leads to hexagonal packings of the HBCs in some cases. Periodic contrast modulations of the aromatic moieties in the STM images are attributed to different adsorption sites on the graphite lattice. These different positions are occupied by the molecules in a regular way. In many cases, the adsorption is not limited to monolayers. It is proposed that the stacking is governed by pi--pi-interactions between the aromatic regions including a significant overlap of orbitals. As a consequence, the molecular order from the solid liquid interface is transferred to the additionally adsorbing layers. Nonperiodic contrast modulations indicate slight differences in the stacking giving rise to modified electronic properties. Highly resolved STM images show different dot patterns and stripes within the aromatic region of single molecules. These patterns do not directly stem from the electronic structure of the aromatic species. Instead, they are rather explained by a convolution of the electronic properties of both, substrate and adsorbate. Two of the dot patterns observed for an HBC derivative could be described as sqrt(3) x sqrt(3) R 30°- and as 2 x 2 -superstructure of the graphite lattice, respectively, depending on the number of stacked molecules. STS involved the measurement of I(U)-curves at specific locations. The curves of the aromatic moieties exhibit an asymmetric, diode like behavior explained by resonant tunneling via the HOMO at negative substrate voltages. The asymmetry is enhanced with increasing size of the aromatic moiety. This is due to the reduced distance between the HOMO and the graphite Fermi level for the larger PAHs.

Die Materialeigenschaften und Dauerhaftigkeit von zementgebundenen Baustoffen hängen von den Hydratationsbedingungen und dem Wiederstand gegen chemische Angriffe während bzw. nach der Fertigstellung eines Bauwerkes ab. In dieser Arbeit wurden experimentelle Aufbauten entwickelt, um in diesen Zeiträumen von zementgebundenen Baustoffen die Änderungen des Phasenbestandes hochaufgelöst zu untersuchen. Sie basieren auf Röntgenbeugungsexperimente unter der Nutzung intensiver Synchrotronstrahlung. Dieses ermöglicht einen detaillierten Einblick in die Dynamik der Hydratationsprozesse im Frühstadium und die Änderung des Phasenbestandes durch alltägliche Lösungen. / The material properties and life time of cementitious materials depends on both hydration conditions and resistance against chemical attacks during and after the construction of buildings respectively. In this study, experimental setups were developed to investigate the changes of the phase composition with a high resolution during this different time periods of cementitious materials life. They based on X-Ray diffraction methods using intensive synchrotron radiation. This provides a detail view into the dynamics of the hydration processes at early ages and the change of the phase composition due to interaction with common solution.