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.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erschließung eines neuen, synthetischen Zugangs zu linearen und makrocyclischen Systemen, die als Strukturelement eine Cycloheptatrieneinheit besitzen. Hierbei kann das Cycloheptatrien aufgrund seiner zahlreichen Transformationsmöglichkeiten als ein molekularer Schalter angesehen werden. Durch photochemische Reaktionen könnte auf diese Weise der Informationsgehalt supramolekularer Systeme verändert werden. Um eine verbesserte Photoschaltbarkeit zu gewähren, werden bisarylsubstituierte Cycloheptatriene benötigt. Verbrückte Aryltropyliumsalze werden durch Umsetzung mit Anilinderivaten in verbrückte Bisarylcycloheptatriene überführt. Die Makrocyclisierung mit verbrückten Carbonsäurechloriden führt, unter den Bedingungen des Verdünnungsprinzips, zu amidischen Ringverbindungen. / The object of the following thesis is the development of a new synthetic approach to linear or makrocyclic systems, which contain cycloheptatriene as a structural element. Cyclohepta-triene could be used as a molecular switch, due to the fact that there are several possible transformations. Using photochemical reactions there could be an easy change of order and involed information in supramolecular systems. Bisarylcycloheptatrienes enables the photo-active system to switch more easy. Bridged arylcycloheptatrienylium salts react with anilines to bridged bisarylcycloheptatrienes. Makrocyclisation under high dilution conditions with bridged chlorocarbonacids leads to cyclic systems containing the needed structural element.

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