Die Diphthalocyanine der Seltenerdmetalle werden durch Reaktion von Seltenerdmetallacetat mit o-Phthalsaeuredinitril hergestellt. Die Diphthalocyanine existieren in zwei Formen, die sich in der Existenz eines delokalisierten freien Elektrons (Radikalform) oder eines ¨zusaetzlichen¨ Wasserstoffatoms unterscheiden. Die Charakterisierung der beiden Diphthalocyaninformen erfolgt mittels der IR-Spektroskopie und UV/VIS/NIR-Spektroskopie. Detailliert wird das spektroskopische Verhalten der Diphthalocyanine in unterschiedlichen Loesungsmitteln untersucht. ESR-spektroskopisch ist das freie Elektron der Radikalform nachweisbar. Zur Untersuchung des elektrochromen Verhaltens der Diphthalocyanine werden Schichten durch Sublimationsverfahren oder durch LB-Technik hergestellt. Die Analyse der Schichtstruktur erfolgt mittels HRTEM. Das elektrochrome Verhalten wird unter Beruecksichtigung des Schichtherstellungsverfahrens, der Diphthalocyaninform und der Art des verwendeten Elektrolyten untersucht. Die beobachteten Farbaenderungen reichen von violett, blau, gruen, blass-gelb, orange nach rot. Die entsprechenden UV/VIS-Spektren werden im Zusammenhang mit den ablaufenden Oxidations- und Reduktionsreaktionen diskutiert.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese, dem Reaktionsverhalten und den elektrochemischen Eigenschaften neuartiger heterometallischer Übergangsmetallkomplexe. Die Verknüpfung der unterschiedlichen Übergangsmetalle erfolgt dabei durch verschiedene organische Bausteine wie z. B. 1-Diphenylphosphino-4-ethinylbenzen, 1-Diphenylphosphino- 3,5-diethinylbenzen und 1,3,5-Triethinylbenzen, sowie unter Verwendung diverser alkinylfunktionalisierter N-Donorliganden. Diese Moleküle besitzen unterschiedliche reaktive Positionen und bieten somit einerseits die Möglichkeit der Darstellung von Übergangsmetall-Alkinylkomplexen und besitzen andererseits mono- bzw. bidendate N- bzw. P-Donorfunktionen, welche die Koordination einer Vielfalt von Übergangsmetallkomplex- Fragmenten erlauben. Das weitestgehend konjugierte organische System sollte eine elektronische Kommunikation zwischen den entsprechenden Metallzentren gewährleisten, was mit Hilfe elektrochemischer Methoden an augewählten Vertretern untersucht wurde. Des Weiteren erlauben die verwendeten Syntheseprinzipien die erstmalige Synthese heteropenta-, heterohexa- und heteroheptametallischer Übergangsmetallkomplexe.

Die Diphthalocyanine der Seltenerdmetalle werden durch Reaktion von Seltenerdmetallacetat mit o-Phthalsaeuredinitril hergestellt. Die Diphthalocyanine existieren in zwei Formen, die sich in der Existenz eines delokalisierten freien Elektrons (Radikalform) oder eines ¨zusaetzlichen¨ Wasserstoffatoms unterscheiden. Die Charakterisierung der beiden Diphthalocyaninformen erfolgt mittels der IR-Spektroskopie und UV/VIS/NIR-Spektroskopie. Detailliert wird das spektroskopische Verhalten der Diphthalocyanine in unterschiedlichen Loesungsmitteln untersucht. ESR-spektroskopisch ist das freie Elektron der Radikalform nachweisbar. Zur Untersuchung des elektrochromen Verhaltens der Diphthalocyanine werden Schichten durch Sublimationsverfahren oder durch LB-Technik hergestellt. Die Analyse der Schichtstruktur erfolgt mittels HRTEM. Das elektrochrome Verhalten wird unter Beruecksichtigung des Schichtherstellungsverfahrens, der Diphthalocyaninform und der Art des verwendeten Elektrolyten untersucht. Die beobachteten Farbaenderungen reichen von violett, blau, gruen, blass-gelb, orange nach rot. Die entsprechenden UV/VIS-Spektren werden im Zusammenhang mit den ablaufenden Oxidations- und Reduktionsreaktionen diskutiert.

Die vorliegende Arbeit untersucht die Struktur der Untereinheit B des natriumabhängigen Kplus-Aufnahmesystems KtrAB aus Vibrio alginolyticus. Sie gehört zu einer Superfamilie von Kaliumtransportproteinen, die auf der im KcsA-Kanal gefundenen MPM-Topologie beruht. Eine MPM-Domäne besteht aus zwei Transmenbranhelices, die durch einen in die Membran zurückgefalteten P-Loop verbunden sind. Im KcsA-Kanal arrangieren sich vier dieser Untereinheiten um eine zentrale Pore. Im Unterschied zum KcsA-Kanal aus S. lividans sind in dieser Superfamilie die MPM-Domänen durch cytoplasmatische Loops miteinander verbunden. Die KtrB-Topologie beruht zur Zeit nur auf Modellen und wird in dieser Arbeit genauer untersucht. Dabei konnte die MPM-Faltung mittels PhoA-Fusionen für die Bereiche B-D von VaKtrB bestätigt, und die sogenannte Turret -Struktur, wie sie im KcsA-Kanal gefunden wurde, nachgewiesen werden. Bei Modellierungstudien der KtrB-Topologie fiel im Besonderen die M2C-Helix auf, woraufhin Durell und Guy drei Unterteilungen für diesen Bereich vorschlugen: M2C1: alpha-Helix; M2C2: flexibler Bereich; M2C3: teilweise amphiphile Helix. Es herrschen zwei Modelle dieser Helix vor, wobei sie sich vor allem in der Lokalisation von M2C2 und M2C3 unterscheiden. Im ersten bildet M2C2 einen gestreckten Übergang von M2C1 zu M2C3, die waagerecht in die Membranoberfläche eingelagert ist. Im 2. Modell liegt M2C2 innerhalb der Kavität als Schleife vor und M2C3 steckt senkrecht in der Membranoberfläche. Die in dieser Arbeit gewonnenen Daten (Cysteinzugänglichkeit für Maleimide, PhoA-Fusionen, ESR-Spektroskopie) erhärten das 1. Modell und unterstützen die These, dass M2C2 einen flexiblen Bereich innerhalb von M2C bildet, der wichtig für den Transport bzw. dessen Regulation ist. Die Faltung der M2C-Helix konnte allerdings nicht abschließend geklärt werden. Desweiteren deuten die Daten dieser Arbeit auf eine wässrige Verbindung bis tief in KtrB vom Periplasma her hin.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese, dem Reaktionsverhalten und den elektrochemischen Eigenschaften neuartiger heterometallischer Übergangsmetallkomplexe. Die Verknüpfung der unterschiedlichen Übergangsmetalle erfolgt dabei durch verschiedene organische Bausteine wie z. B. 1-Diphenylphosphino-4-ethinylbenzen, 1-Diphenylphosphino- 3,5-diethinylbenzen und 1,3,5-Triethinylbenzen, sowie unter Verwendung diverser alkinylfunktionalisierter N-Donorliganden. Diese Moleküle besitzen unterschiedliche reaktive Positionen und bieten somit einerseits die Möglichkeit der Darstellung von Übergangsmetall-Alkinylkomplexen und besitzen andererseits mono- bzw. bidendate N- bzw. P-Donorfunktionen, welche die Koordination einer Vielfalt von Übergangsmetallkomplex- Fragmenten erlauben. Das weitestgehend konjugierte organische System sollte eine elektronische Kommunikation zwischen den entsprechenden Metallzentren gewährleisten, was mit Hilfe elektrochemischer Methoden an augewählten Vertretern untersucht wurde. Des Weiteren erlauben die verwendeten Syntheseprinzipien die erstmalige Synthese heteropenta-, heterohexa- und heteroheptametallischer Übergangsmetallkomplexe.

Es ist eine allgemein akzeptierte Tatsache, dass der Kontakt von Proteinen mit synthetischen Materialien üblicherweise zur Proteinadsorption an der Materialoberfläche führt. Über den stattfindenden Prozess, insbesondere das Zusammenspiel zwischen Protein-Oberflächen-Wechselwirkungen und konformellen Änderungen der adsorbierten Proteine ist jedoch bisher nur wenig bekannt. In dieser Arbeit wird die ortsgerichtete Spinmarkierungstechnik (SDSL) auf die Strukturuntersuchung adsorbierter Proteine ausgeweitet. Diese nutzt das spezifische Einbringen einer spinmarkierte Seitenkette an gewünschte Positionen der Primärstruktur zur Analyse der Struktur und Dynamik diamagnetischer Proteine mittels der Elektronenspinresonanz(ESR)-Spektroskopie. Das globuläre Protein T4 Lysozym (T4L) wurde auf planare Modelloberflächen adsorbiert und strukturelle Änderungen in Abhängigkeit der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Oberfläche verfolgt. Die spezifische Anbindung von T4L auf quarzgestützten zwitterionische Lipiddoppelschichten führt nur zu geringfügigen strukturellen Veränderungen des Proteins. Allerdings bildet sich eine makroskopisch geordnete Proteinschicht aus. Die Vorzugsrichtung der Proteine auf der Oberfläche kann durch Analyse der winkelabhängigen ESR-Spektren bestimmt werden. Die Wechselwirkung negativ geladener Oberflächen mit dem positiv geladenen T4L führt zu drastischeren Störungen der Proteinstruktur. Hierbei wird die Reaktion des Proteins auf den Kontakt mit einer fluiden quarzgestützten Lipiddoppelschicht, die das negativ geladenen Lipid Phosphatidylserin enthält, mit derer bei Adsorption auf einer ebenfalls negativ geladenen, jedoch rigiden Quarzoberfläche verglichen. Dass der Adsorptionsprozess auch das Substrat selbst beeinflussen kann, wird durch die Beobachtung einer Phasentrennung bei Proteinadsorption des Lipidgemischs aufgezeigt, das negativ geladene Lipide enthält. / Although it is commonly accepted that the exposition of proteins to man-made materials typically results in protein adsorption on the material surface, little is known about the interplay between the protein-surface interactions involved and the resulting conformational changes of the adsorbing protein. In this study the site-directed spin labeling (SDSL) approach has been extended to the investigation of proteins adsorbed to planar surfaces. The method involves the selective introduction of an artificial spin-labeled side-chain to a predefined residue of the amino acid sequence and allows the determination of the structure and dynamics of proteins by analysis of the electron paramagnetic resonance (EPR) spectra. The globular protein T4 Lysozyme (T4L) has been adsorbed to planar model surfaces to study the correlation between conformational changes of the protein and the physical and chemical properties of the surfaces. Tethering T4L to a planar quartz-supported zwitterionic lipid bilayer shows only minor changes in the structure of the protein. Furthermore, a macroscopic order of the adsorbed protein layer is proven by angular-dependent EPR spectra which allow the determination of the protein orientation. Offering surfaces that are net negatively charged to the highly positively charged T4L leads to the observation of more drastic conformational changes. Here, the conformation of T4L adsorbing to a fluid quartz-supported lipid bilayer containing negatively charged lipids is compared to the structure of T4L adsorbed to the negatively charged but rigid quartz surface. The adsorption process may also influence the substrate itself. This can be shown by the phase separation of the negatively charged lipid bilayer upon protein adsorption.

Kleine Moleküle wie Treibhausgase, aber auch Distickstoff und Disauerstoff stehen im Fokus der chemischen Forschung. Solche Moleküle sind durch ihr Vorkommen in der Atmosphäre ubiquitär vorhanden, preiswert und könnten als Synthesebausteine für die Darstellung von komplexeren Molekülen verwendet werden. In dieser Arbeit wurde die Reaktion koordinativ ungesättigter Diketiminato-Nickelkomplexe ([LNi] Komplexe) mit kleinen Molekülen untersucht. Zunächst wurden die Mechanismen der N2-Aktivierung durch reduzierte [LtBuNiI]- und [LMe6NiI] Komplexe miteinander verglichen. Dabei konnte das distickstoffaktivierende Schlüsselintermediat identifiziert und strukturell charakterisiert werden. Weiter wurden die N2-Komplexe [(LtBuNiI)( 1 1 N2)] bzw. K2[(LtBuNiI)( 1 1 N2)], die Vorläufer für [LNiI]- und [LNi0]– Komplexfragmente darstellen, hinsichtlich ihrer Potentials zur Aktivierung der reaktionsträgen Treibhausgase SF6 und NF3 untersucht. Über Reaktionen von Übergangsmetallkomplexen mit NF3 war bis dahin noch nicht berichtet worden; zur Umsetzung von SF6 existierten wenige Publikationen, in denen aber sehr viele mechanistische Fragen offengeblieben sind. Die Mechanismen der SF6- und NF3-Aktivierung wurden durch Kombination einer Vielzahl von ex- und in situ Analysen beleuchtet. Im Falle der SF6 Aktivierung gelang es zudem, ein Nickel(I)-Intermediat zu isolieren. Ein Produkt beider Systeme war der Fluorido-Nickel(II)-Komplex [LtBuNiIIF], dessen Reaktionsverhalten ebenfalls studiert wurde. Doch nicht nur Komplexe mit Nickelatomen in niedrigen Oxidationsstufen erwiesen sich für die Aktivierung kleiner Moleküle geeignet, sondern auch kationische [LtBuNiII(D)]+-Komplexe. Diese Nickel(II)-Komplexe reagierten mit fluorierten Molekülen, N2O sowie O2, was bemerkenswert ist, da Nickel(II)-Komplexe üblicherweise inert gegenüber O2 sind. Im Zuge der O2-Studien wurde ein metastabiler Oranoperoxidkomplex isoliert und strukturell charakterisiert, was beispiellos in der Literatur ist. / Current research focuses on the activation of small molecules like greenhouse gases, thermodynamically stable molecules like N2 and kinetically stabilized molecules like O2, which are all abundant in the atmosphere. Thus, it appears to be alluring to use them as cheap and readily available building blocks for the synthesis of value-added compounds. This dissertation deals with the reaction of low-coordinate diketiminate nickel complexes [LNi] and such small molecules. Initially, the mechanisms of the dinitrogen activation by reduced [LtBuNiI] and [LMe6NiI] complexes were studied. As a result, the key intermediate [(LtBuNiI)x(3 Br)xKx] (x > 1) was identified and structurally characterized. Subsequently, the nickel complexes [(LtBuNiI)( 1 1 N2)] and K2[(LtBuNiI)( 1 1 N2)], which represent sources for [LtBuNiI] and [LtBuNi0]– moieties, were applied to the activation of the inert, but very efficient greenhouse gases SF6 and NF3. Prior to these investigations, no transition metal complex had been reported to react with NF3. Publications dealing with the conversion of SF6 had been scarce, too, while at same time, the mechanisms involving its activation had been speculative. The mechanisms of the NF3 and SF6 activation reactions were deduced combining numerous ex-situ and in situ analytical methods. In case of the SF6 activation, even an intermediate could be isolated. In both systems, the nickel fluoride complex [LtBuNiIIF] was formed and its reaction behaviour was also studied. Furthermore, not only [LtBuNiI]- and [LtBuNi0]– moieties proved to be reactive towards small molecules, but also cationic [LtBuNiII(D)]+ complexes, which were specifically developed for this purpose. The reactions of [LtBuNiII(D)]+ complexes with fluorinated molecules (e. g. PhF, NF3), O2 and N2O were studied. In course of the O2 activation, a metastable organoperoxide complex was isolated and structurally characterized, which is unparalleled in the literature.