In the first part of this work, a convenient and high yielding synthetic strategy was developed to approach highly electrophilic fluorophosphonium cations as triflate salts. Through in situ electrophilic fluorination of phosphanes with commercially available bench-stable N-fluorobenzenesulfonimide (NFSI), followed by subsequent methylation of the [N(PhSO2)2]- anion with MeOTf, a library of mono-, di- and tri- cationic fluorophosphonium triflates were obtained in excellent yields. The Lewis acidities of all synthesized fluorophosphonium triflates salts were evaluated by both theoretical and experimental methods. These fluorophosphonium triflates have been develop as catalysts for the conversation of formamides into N-sulfonyl formamidines. CHAPTER II of this work focus on developing electrophilic fluorophosphonium cation as Lewis acid pedant in both inter- and intra- molecular FLP systems, as well as exploring their application in small molecular activation and functionalization, such as reversible CO2 sequestration and binding of carbonyls, nitriles and acetylenes. CHAPTER III of this thesis reports on the reaction of electrophilic fluorophosphonium triflates with trimethylsilyl nucleophiles (Me3SiX, X = CN, N3), which selectively yields either pseudohalo-substituted flurophosphoranes or pseudohalo-substituted phosphonium cations.:1. Introduction 1 1.1. Frustrated Lewis Pair chemistry 2 1.2. Phosphorus derivatives as strong Lewis acids 6 2. Objective 11 3. CHAPTER I: Synthesis of fluorophosphonium triflate salts and application as catalyst 15 3.1. Electrophilic fluorination of phosphanes: a convenient approach to electrophilic fluorophosphonium cations 15 3.2. Fluorophilicities and Lewis acidities of the obtained fluorophosphonium derivatives 23 3.2.1. Evaluation of fluorophilicities and Lewis acidities of the obtained fluorophosphonium cations 24 3.2.2. Reactions of fluorophosphonium salts with selected formamides. 27 3.2.3. Reactions of fluorophosphonium salts with selected urea derivatives 31 3.3. Transformation of formamides to N-sulfonyl formamidines using fluorophosphonium triflates as active catalysts 34 4. CHAPTER II: Bifunctional electrophilic fluorophosphonium triflates as intramolecular Frustrated Lewis Pairs 45 5. CHAPTER III: Reaction of fluorophosphonium triflate salts with trimethylsilyl nucleophiles 63 6. Summary 73 7. Perspective 77 8. Experimental section 80 8.1. Materials and methods 80 8.2. Experimental details for CHAPTER I 82 8.2.1. Preparation of imidazoliumyl-substituted phosphanes. 82 8.2.1.1. Preparation of [Ph2LcMeP][OTf] 82 8.2.1.2. Preparation of [Ph2LciPrP][OTf] 83 8.2.1.3. Preparation of [(C6F5)2LcMeP][OTf] 83 8.2.1.4. Preparation of [(C6F5)2LciPrP][OTf] 84 8.2.1.5. Preparation of [PhLcMe2P][OTf]2 85 8.2.1.6. Preparation of [PhLciPr2P][OTf]2 85 8.2.2. Preparation of fluorophosphonium bis(phenylsulfonyl)amide salts 86 8.2.2.1. Preparation of [36(NSI)]. 86 8.2.2.2. Preparation of 58a[NSI] 87 8.2.2.3. Preparation of 58b[N(SO2Ph)2] 88 8.2.3. Preparation of fluorophosphonium triflate salts 88 8.2.3.1. Preparation of 36[OTf] 89 8.2.3.2. Preparation of 36[H(OTf)2] 89 8.2.3.3. Preparation of 58a[OTf] 90 8.2.3.4. Preparation of 58b[OTf] 91 8.2.3.5. Preparation of 58c[OTf] 91 8.2.3.6. Preparation of 59a[OTf] 92 8.2.3.7. Preparation of 59b[OTf] 93 8.2.3.8. Preparation of 60Mea[OTf]2 94 8.2.3.9. Preparation of 60iPra[OTf]2 94 8.2.2.10. Preparation of 60Meb[OTf]2 95 8.2.3.11. Preparation of 60iPrb[OTf]2 96 8.2.3.12. Preparation of 61Me[OTf]3 97 8.2.3.13. Preparation of 61iPr[OTf]3 97 8.2.4. Reaction of fluorophosphonium triflate salts with nucleophiles 98 8.2.4.1. Preparation of 62a[OTf] 98 8.2.4.2. Preparation of 62b[OTf] 99 8.2.4.3. Preparation of 62c[OTf] 100 8.2.4.4. Preparation of 63 100 8.2.4.5. Preparation of 65 101 8.2.4.6. Preparation of 69a[OTf] 102 8.2.4.7. Preparation of 69b[OTf] 103 8.2.5. Synthesis of H[N(SO2R)(SO2Ph)] and corresponding sodium salt 103 8.2.5.1. General procedure for the formation of N-sulfonyl-sulfonamides 103 8.2.5.2. General procedure for the formation of sodium bis(sulfonyl)amides 104 8.2.5.3. Preparation of HN(SO2Ph)2, Na[N(SO2Ph)2] and [nBu4N][N(SO2Ph)2] 104 8.2.5.4. Preparation of 81a and 82a 105 8.2.5.5. Preparation of 81b and 82b 106 8.2.5.6. Preparation of 81c and 82c 106 8.2.5.7. Preparation of 81d and 82d 107 8.2.5.8. Preparation of 81e and 82e 108 8.2.5.9. Preparation of 81f and 82f 108 8.2.5.10. Preparation of 81g and 82g 109 8.2.5.11. Preparation of 81h and 82h 109 8.2.6. Synthesis of N-sulfonyl amidines 110 8.2.6.1. General procedure for the catalytic formation of N-sulfonyl amidines 110 8.2.6.2. Preparation of 64 110 8.2.6.3. Preparation of 72 111 8.2.6.4. Preparation of 73 112 8.2.6.5. Preparation of 74 112 8.2.6.6. Preparation of 75 113 8.2.6.7. Preparation of 76 114 8.2.6.8. Preparation of 77 114 8.2.6.9. Preparation of 78 115 8.2.6.10. Preparation of 79 116 8.2.6.11. Preparation of 80a,b 116 8.2.6.12. Preparation of 83b 117 8.2.6.13. Preparation of 83c 118 8.2.6.14. Preparation of 83d 119 8.2.6.15. Preparation of 83e 119 8.2.6.16. Preparation of 83f 120 8.2.6.17. Preparation of 83g 121 8.2.6.18. Preparation of 83h 122 8.3. Experimental details for CHAPTER II 123 8.3.1. Preparation of N-containing phosphanes 123 8.3.1.1. Preparation of 2-(bis(perfluorophenyl)phosphaneyl)pyridine 123 8.3.1.2. Preparation of 2-(bis(perfluorophenyl)phosphaneyl)-1-methylimidazole 124 8.3.1.3. Preparation of 2-(bis(perfluorophenyl)phosphaneyl)-N,N-dimethylaniline 124 8.3.2. Preparation of N/P Frustrated Lewis Pairs 125 8.3.2.1. General procedure for the synthesis of N/P-Frustrated Lewis pairs 125 8.3.2.2. Preparation of 85[OTf] 126 8.3.2.3. Preparation of 86[OTf] 126 8.3.2.4. Preparation of 87[OTf] 127 8.3.2.5. Preparation of 88[OTf] 128 8.3.2.6. Preparation of 89[OTf] 129 8.3.3. Synthesis of compound 84[OTf] 130 8.3.4. Reaction of N/P FLP with carbonyls, nitriles or acetylenes 131 8.3.4.1. General reaction conditions for the reaction of N/P FLP with carbonyls and nitriles 131 8.3.4.2. Preparation of 90[OTf] 131 8.3.4.3. Preparation of 91[OTf] 132 8.3.4.4. Preparation of 92[OTf] 133 8.3.4.5. Preparation of 93a[OTf] 134 8.3.4.6. Preparation of 93b[OTf] 134 8.3.4.7. Preparation of 94[OTf] 135 8.3.4.8. Preparation of 95[OTf] 136 8.3.4.9. Preparation of 96[OTf] 137 8.3.4.10. Preparation of 97a[OTf] 138 8.3.4.11. Preparation of 97b[OTf] 139 8.3.4.12. Preparation of 99a[OTf]2 140 8.3.4.13 Preparation of 100b[OTf] 141 8.3.5. Reaction of N/P FLPs with CO2 142 8.3.5.1 Reaction of 85[OTf] with CO2 142 8.3.5.2 Reaction of 86[OTf] with CO2 142 8.4. Experimental details for CHAPTER III 144 8.4.1 Synthesis of 105a,b[OTf] and 106c 144 8.4.1.1. General procedure for the reaction of fluorophosphonium triflate with Me3SiCN 144 8.4.1.2. Preparation of 105a[OTf] 144 8.4.1.3. Preparation of 105b[OTf] 145 8.4.1.4. Preparation of 106c 145 8.4.2. Reaction of fluorophosphonium triflate salt with Me3SiN3 146 8.4.2.1. General procedure for preparation of azidofluorophosphorane 146 8.4.2.2. General procedure for preparation of azidofluorophosphonium triflate salts 146 8.4.2.3. Preparation of 107a[OTf] 146 8.4.2.4. Preparation of 107b[OTf] 147 8.4.2.5. Preparation of 107c[OTf] 147 8.4.2.6. Preparation of 108c 148 8.4.2.7. Preparation of 109[OTf] 149 8.4.2.8. Preparation of 110[OTf]2 149 8.4.2.9. Preparation of 113[OTf]3 150 8.4.2.10. Preparation of 114[OTf] 151 8.4.2.11. Preparation of 115[OTf] 151 8.4.2.12. Preparation of 116[OTf] 152 8.4.3 Transformation of azido-fluorophosphorane under heating conditions 153 8.4.3.1 Preparation of 118 153 8.4.3.2 Preparation of 120a,b[OTf] 154 9. Crystallographic details 156 9.1. X-ray Diffraction refinements 156 9.2. Crystallographic details for CHAPTER I 157 9.3. Crystallographic details for CHAPTER II 169 9.4. Crystallographic details for CHAPTER III 176 10. Computational methods 179 11. Abbreviations 181 12. Nomenclature of compounds according to IUPAC recommendations 183 13. References 187 14. Acknowledgment 205 15. Publications and conference contributions 207 15.1. Peer-reviewed publication 207 15.2. Poster presentations 207 Versicherung 209 Erklärung 209

Die dynamische Verknüpfung zwischen Plasmamembran und dem unterliegenden Zytoskelett der Zelle ist fundamental für zelluläre Prozesse wie Zellmorphogenese, Zellmotilität und Zelladhäsion. Ezrin als Bestandteil der ERM (Ezrin, Radixin, Moesin) Proteinfamilie verbindet L-α-Phosphatidylinositol-4,5-bisphosphat (PIP2) der Plasmamembran mit filamentösem Aktin (F-Aktin) des Zytoskeletts. Die Ezrinbindung an F-Aktin wird reguliert über den Aktivierungsgrad des Proteins, welcher von der N-terminalen PIP2 Bindung und der Phosphorylierung des Threoninrests 567 abhängt. Aufgrund der Bindung an PIP2 und der Phosphorylierung wechselt Ezrin von einer inaktiven, N- und C-terminal assoziierten Konformation in einen aktivierten, geöffneten Zustand, welcher die C-terminale F-Aktinbindung ermöglicht. Ziel dieser Arbeit war es Aspekte der Verknüpfung zwischen Plasmamembran und Zytoskelett zu untersuchen. Basierend auf Bindung von Ezrin an PIP2-haltige artifizielle Lipidmembranen und der anschließenden F-Aktinbindung, wurden Bindungseigenschaften, die Organisation des F-Aktinnetzwerkes und die durch das Aktinnetzwerk beeinflusste Lipidmembranmechanik untersucht. Im ersten Abschnitt dieser Arbeit wurde der molekulare Aktivierungsprozess von Ezrin anhand der Charakterisierung von Bindungsaffinitäten und der Organisation von Ezrin an Lipidmembranen untersucht. Aufgrund einer reduzierten Proteinhöhe und FRET (FÖRSTER-Resonanzenergietransfer)-Effizienz im Fall der vollständigen Aktivierung (PIP2-Bindung und Phosphorylierung) wurde postuliert, dass Ezrin eine weniger dicht gepackte, geöffnete Konformation gebunden an Lipidmembranen ausbildet. Dies ermöglicht dem Protein C-terminal F-Aktin zu binden. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Aktinnetzwerke an festkörperunterstützten Lipidmembranen (SLBs) immobilisiert und über Ezrin an PIP2- oder elektrostatisch an 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-ethylphosphocholin (DOEPC)-haltige SLBs gebunden. Die Netzwerkorganisation wurde mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie untersucht und unter Berücksichtigung der Immobilisierungsstrategie in Hinblick auf den Einfluss der Anzahl an Verknüpfungspunkten und aktinbindender Proteine (Fascin und α-Actinin) analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass beide Immobilisierungsstrategien zu Aktinnetzwerken mit ähnlichen Eigenschaften führten, bezugnehmend auf Maschengröße und Filamentsegmentlänge. Die Aktinnetzwerkdichte konnte direkt über die Anzahl an Verknüpfungspunkten und aktinbindende Proteine (ABPs) reguliert werden, dies demonstriert die physiologische Relevanz der Ergebnisse. Es ist bekannt, dass die Aktindichte in Zellen über PIP2- und ABP-Konzentration gesteuert wird. Im dritten Teil der Arbeit wurde das etablierte Modelsystem auf poröse Substrate übertragen. Unter Kenntnis der vorangegangenen Teile der Arbeit wurde der Einfluss des F-Aktinnetzwerkes auf die Lipidmembranmechanik untersucht. Mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie wurden Indentationsexperimente an porenüberspannenden Lipidmembranen (PSLBs) durchführt, welche zeigten, dass ein aufliegendes F-Aktinnetzwerk die PSLBs versteift. Dies ließ sich auf die reduzierte laterale Mobilität der Lipide innerhalb der PSLBs aufgrund des Aktinnetzwerkes zurückführen, vergleichbar mit dem Picket-Fence-Modell der Plasmamembran bei welchem die Mobilität der Lipide und (Membran-)Proteine, aufgrund der Kompartimentierung der Membran durch das Aktin-Zytoskelett, eingeschränkt ist.

Die spanende Bearbeitung hat in den letzten Jahren und Jahrzehnten große Fortschritte in den Bereichen der Bearbeitungsgeschwindigkeiten erfahren und hat bereits Einzug in die industrielle Fertigung gehalten. Dies wurde durch Fortschritte in den Bereichen der hochtemperaturfesten Schneidstoffe ermöglicht und vorangetrieben. Für das wissenschaftliche Verständnis der beim Hochgeschwindigkeitsspanen ablaufenden Vorgänge werden exakte Kenntnisse über das mechanische Werkstoffverhalten bei sehr hohen Verformungsgeschwindigkeiten sowie hohen Temperaturen und hohen Verformungen vorausgesetzt. Die Ermittlung der relevanten Werkstoffeigenschaften für die beiden Stähle C45E und 40CrMnMo7 stand im Vordergrund dieser Arbeit. Für die Ermittlung der Werkstoffkenndaten wurden spezielle Prüfaufbauten verwendet, welche die gleichzeitige Ermittlung von Fließspannungen bei hohen Temperaturen, hohen Dehnungsgeschwindigkeiten und großen Formänderungen erlauben. Es wurde gezeigt, dass die Anwendung des Konzeptes der thermischen Aktivierung auch bei extremen Dehnungsgeschwindigkeiten für die beiden untersuchten Werkstoffe möglich ist. Eine Simulation des Spanbildungsvorganges mit den ermittelten Werkstoffmodellen zeigt, dass es möglich ist, sowohl den Prozess der Fließspan- als auch der Segmentspanbildung mit hoher Genauigkeit abzubilden.

Selective ion and solute transport across cell membranes is a vital process occurring in all types of cells. Evolutionarily developed transport proteins work as membrane-embedded molecular machines, which alternately open a gate on each side of the membrane to bind and translocate specific ions. Sodium/proton exchange plays a crucial role in maintaining cytoplasmic pH and membrane potential, while, if not regulated, the process causes severe heart diseases in humans. Here I applied single-molecule force spectroscopy to investigate molecular interactions determining the structural stability of the sodium/proton antiporter NhaA of Escherichia coli, which serves as a model system for this class of proteins. Mechanical pulling of NhaA molecules embedded in the native lipid bilayer caused a step-wise unfolding of the protein and provided insights into its stability. Modified experiments allowed observing refolding of NhaA molecules and estimating folding kinetics for individual structural elements, as well as detecting eventual misfolded conformations of the protein. The activity of NhaA increases 2000fold upon switching pH from 6 to 8. Single-molecule force measurements revealed a reversible change in molecular interactions within the ligand-binding site of the transporter at pH 5.5. The effect was enhanced in the presence of sodium ions. The observation suggests an early activation stage of the protein and provides new insights into the functioning mechanism. When studying interactions of NhaA with the inhibitor 2-aminoperimidine, I exploited single-molecule force measurements to validate the binding mechanism and to describe quantitatively formation of the protein:inhibitor complex. The ability of single-molecule force measurements to probe structurally and functionally important interactions of membrane proteins opens new prospects for using the approach in protein science and applied research.

The assessment of teratogenic effects of chemicals is generally performed using in vivo teratogenicity assays e.g., in rats or rabbits. Following the 3R principles, the development of alternative methods is encouraged to reduce the number of animal tests. From this perspective, we have developed an in vitro assay (mDarT) using the zebrafish Danio rerio embryo teratogenicity assay (DarT) combined with an exogenous mammalian metabolic activation system (MAS), able to biotransform proteratogenic compounds. Cyclophosphamide, ethanol, benzo[a]pyrene and thalidomide were used as test materials to assess the efficiency of this assay. Briefly, the zebrafish embryos were co-cultured at 2 hpf (hours post fertilization) with the test material at varying concentrations, mammalian liver microsomes from different species and NADPH for 60 min at 32°C under moderate agitation in Tris buffer. The negative control (test material alone) and the MAS control (MAS alone) were incubated in parallel. For each test group, 20 eggs were used for statistical robustness. Afterwards fish embryos were transferred individually into 24-well plates filled with fish medium for 48 hours at 26°C with a 12 hour-light cycle. Teratogenicity was scored after 24 and 48 hpf using morphological endpoints. The test was considered to be valid if a minimum of 90% of fish eggs developed normally for the two controls (test material alone and MAS alone). For each test material, the experiment was repeated three times with the controls satisfying the validation criteria (≤ 10% impaired embryos). Indeed, no significant teratogenic effects were observed compared to controls in fish embryos exposed to the proteratogens alone (i.e., without metabolic activation) or the MAS alone. In contrast, the four test materials induced significant abnormalities in fish embryos when co-incubated with animal liver microsomes. For cyclophosphamide, ethanol and thalidomide a concentration-response relationship was shown and the qualitative nature of the malformations was similar between fish embryos and humans. Benzo[a]pyrene was demonstrated to be significantly teratogenic in fish embryos in spite of no concentration-response and unspecific teratogenic fingerprints. We conclude that the application of animal liver microsomes will improve and refine the DarT as a predictive and valuable alternative method to screen teratogenic substances.

Der vorliegende Beitrag beleuchtet als Teil eines Blended-Learning Ansatzes vorrangig den Einsatz von Live-Umfragen (ARS – Audience Responce Systems) im Vorlesungsrahmen. Gerade naturwissenschaftlich geprägte Studiengänge (hier die Fachrichtung Physik) sind häufig durch Frontalunterricht geprägt. Das maßgebliche Ziel des Projektes war es, das Format durch gezielte Einbindung der Studierenden aufzulockern und die Diskussionskultur in der Lehrveranstaltung zu stärken. Einhergehend mit der Aktivierung erhalten die Lernenden eine unmittelbare Rückmeldung zu ihrem Wissensstand und die/ der Lehrende ein Feedback zu möglichen Wissenslücken. Die Live-Umfragen fanden über die Online- Plattform invote.de in Form von Single-Choice-Fragen statt. Erweitert wurde dieser Ansatz, indem diese Inhalte ebenfalls für eine asynchrone Wissensvermittlung im Lernmanagement-System (LMS) Moodle implementiert und mit Feedback flankiert wurden. Dies führte im Vergleich zu früheren Iterationen der Lehrveranstaltung zu einem höheren Aktivitätslevel des Plenums und fachlich fundierten Diskussionen. In Evaluationen zum Ende des Semesters sowie in persönlichen Gesprächen mit den Studierenden, wurde der Einsatz der Fragen in synchroner sowie asynchroner Form explizit als Zugewinn für die Qualität der Lehrveranstaltung herausgestellt.

Der Fokus dieser Dissertation lag in der Untersuchung des Potentials von Aluminium-chlorofluorid (ACF) als Katalysator für die Synthese von fluorierten Verbindungen. Insbesondere die C−F-Aktivierung von verschiedenen polyfluorierten Stoffen wurde untersucht, welches die Effizienz des festen Lewis-Säure-Katalysators für diesen Reaktionstyp zeigte. Das potente Treibhausgas 2-Chlor-1,1,1,2-tetrafluorpropan wurde erfolgreich in das dehydrofluorierte Produkt. Weiterhin wurden Umsetzungen von Pentafluorpropan-Isomeren wie z.B. 1,1,1,3,3-Pentafluorpropan, 1,1,1,2,2-Pentafluorpropan und 1,1,1,2,3-Pentafluorpropan mit ACF als Katalysator untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Aktivierung der primären CH2F-Gruppe in schnell stattfindet und dabei keine Wasserstoffquelle erfordert. Im Kontrast dazu, wurde für die Aktivierung von CF2-Gruppen eine Wasserstoffquelle wie etwa HSiEt3 benötigt und resultierte in der Bildung eines Produktgemischs. Alternativ wurden Hydrofluorierungsreaktionen von mehreren Substraten durch die Synthese und den Einsatz eines neuen Materials erreicht, welches auf der Immobilisierung von HF auf der Oberfläche von ACF beruht. Dieses HF-ACF wurde unter der Verwendung von vielfältigen Charakterisierungsmethoden umfassend untersucht. Die innere Struktur des Festkörpers, wurden mit MAS-NMR-Spektroskopie, FTIR, Inelastische Neutronenstreuung, XRD und Thermoanalyse analysiert Dadurch konnte gezeigt werden, dass eine geringfügige Reorganisation des bulks zu einer besser geordneten Matrix und die Bildung einer mit der ACF-Oberfläche wechselwirkenden Polyfluorid-Struktur vorliegt. Zur Bestimmung der Oberflächengröße wurde das BET-Modell genutzt und zur Analyse der Porengröße wurde die NLDFT verwendet. Abschließend wurden verschiedene Probeverbindungen an der Oberfläche des HF-ACFs adsorbiert um die Azidität der Oberfläche zu bestimmen und es konnte gezeigt werden, dass eine signifikante Reduktion der Lewis- und Brønsted-Azidität vorliegt. / The main focus of this thesis lies in the study of the potential of aluminum chlorofluoride (ACF) as a catalyst for the synthesis of fluorinated compounds. In particular, C−F bond activations of various polyfluorinated compounds were studied, showing the efficiency of this solid Lewis acid catalyst for this type of reaction. The potent greenhouse gas 2-chloro-1,1,1,2-tetrafluoropropane was successfully transformed into the dehydrofluorination product 2-chloro-3,3,3-trifluoropropene under mild conditions. Similarly, transformation of pentafluoropropane isomers, such as 1,1,1,3,3-pentafluoropropane, 1,1,1,2,2- pentafluoropropane and 1,1,1,2,3-pentafluoropropane was also investigated using ACF as a catalyst. It was evidenced that the primary CH2F group present in 1,1,1,2,3-pentafluoropropane was easily activated without the need for a hydrogen source. In contrast, to activate CF2 groups, a hydrogen source such as HSiEt3 was required, generating a variety of products. Alternatively, successful hydrofluorination reactions of several substrates were conducted by synthesizing a new material, based on the loading of hydrogen fluoride (HF) at the surface of ACF. This HF-loaded ACF was deeply studied using a wide range of characterization methods. For the bulk, MAS NMR spectroscopy, Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), Inelastic Neutron Scattering (INS), Powder X-Ray Diffraction (P-XRD), and thermoanalysis were performed, revealing a slight reorganization of the bulk towards a better-ordered matrix and the formation of polyfluoride structure interacting with the surface of ACF. The BET model was used for the surface area determination, and the pore size analysis was established using the non local density functional theory (NLDFT). Finally, various probe molecules were adsorbed at the surface of HF-loaded ACF to determine the acidity of the surface, revealing a significantly reduced Lewis and Brønsted acidity.

Resting conventional T cells (Tconv) can be distinguished from T regulatory cells (Treg) by the canonical markers FOXP3, CD25 and CD127. However, the expression of these proteins alters after T-cell activation leading to overlap between Tconv and Treg. The objective of this study was to distinguish resting and antigen-responsive T effector (Tconv) and Treg using single-cell technologies. CD4+ Treg and Tconv cells were stimulated with antigen and responsive and non-responsive populations processed for targeted and non-targeted single-cell RNAseq. Machine learning was used to generate a limited set of genes that could distinguish responding and non-responding Treg and Tconv cells and which was used for single-cell multiplex qPCR and to design a flow cytometry panel. Targeted scRNAseq clearly distinguished the four-cell populations. A minimal set of 27 genes was identified by machine learning algorithms to provide discrimination of the four populations at >95% accuracy. In all, 15 of the genes were validated to be differentially expressed by single-cell multiplex qPCR. Discrimination of responding Treg from responding Tconv could be achieved by a flow cytometry strategy that included staining for CD25, CD127, FOXP3, IKZF2, ITGA4, and the novel marker TRIM which was strongly expressed in Tconv and weakly expressed in both responding and non-responding Treg. A minimal set of genes was identified that discriminates responding and non-responding CD4+ Treg and Tconv cells and, which have identified TRIM as a marker to distinguish Treg by flow cytometry.

The activation and functionalization of white phosphorus remains a challenging task in order to obtain short and efficient routes to synthetically useful phosphorus reagents. Oxidative onionation is a new concept provided by this work which allows for the transformation of white phosphorus into highly reactive mono- and oligophosphorus building blocks using oniosubstituted main group element compounds.

Im Fokus der vorliegenden Arbeit lag die Untersuchung polykristalliner TiO2:Ta-Schichten, hergestellt mittels Gleichstrom-Magnetron-Sputtern durch Verwendung reduzierter keramischer Targets und anschließender thermischer Nachbehandlung im Vakuum der zunächst nichtleitfähigen amorphen Precursorschichten. Es wurden die physikalischen Zusammenhänge, welche die strukturellen, elektrischen und optischen Eigenschaften der kristallinen TiO2:Ta-Schichten beeinflussen analysiert und dabei eine empfindliche Abhängigkeit vom Sauerstofffluss während der Abscheidung festgestellt. Es zeigte sich, dass die Verringerung der kinetischen Energie der Plasmateilchen beim Magnetron-Sputtern durch die Erhöhung des Gesamtdruckes vorteilhaft ist, um das Wachstum des gegenüber Rutil besser leitfähigen Anatas in Verbindung mit dem für niedrige Widerstände notwendigen Sauerstoffdefizit zu realisieren. Bei einem Gesamtdruck von 2 Pa abgeschiedene polykristalline TiO2:Ta-Schichten haben einen spezifischen Widerstand von 1,5·10-3 Ωcm, eine hohe Ladungsträgermobilität (≈8 cm2V-1s-1) und einen geringen Extinktionskoeffizienten von 0,006. Die Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes vom Sauerstoffdefizit in der TiO2:Ta-Schicht wurde unter dem Gesichtspunkt der Ladungsträgeraktivierung sowie der Bildung von Ti-Fehlstellen diskutiert, welche vermutlich zur Kompensation und Lokalisierung von freien Elektronen beitragen. Darüber hinaus wurde zur effizienteren Gestaltung der thermischen Nachbehandlung die konventionelle Vakuumtemperung erstmalig erfolgreich durch die Blitzlampentemperung ersetzt. / The work is focused on understanding the physical processes responsible for the modification of the structural, electrical and optical properties of polycrystalline TiO2:Ta films formed by vacuum annealing of initially not conductive amorphous films deposited by direct current magnetron sputtering. It is shown that the oxygen deficiency of amorphous and annealed TiO2:Ta films, respectively, is critical to achieve low resistivity and high optical transmittance of the crystalline films. Increasing the total pressure during magnetron sputter deposition is shown to be beneficial to achieve the desired oxygen deficient anatase growth, which is discussed in terms of energetic particle bombardment. Polycrystalline anatase TiO2:Ta films of low electrical resistivity (1,5·10-3 Ωcm), high free electron mobility (≈8 cm2V-1s-1), and low extinction (0,006) are obtained in this way at a total pressure of 2 Pa. The dependence of the polycrystalline film electrical properties on the oxygen content is discussed in terms of Ta dopant electrical activation as well as transport limiting processes taking into account the formation of Ti-vacancies. In addition, the conventional vacuum annealing has been successfully substituted by the flash lamp annealing in the millisecond range.