Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Untersuchungen zur Komplexbildung von Cu2+, Zn2+, sowie Sn2+ und B(OMe)3 mit den Schiff-Basen aus 3-Aminopropyl-triethoxysilan (APTES) und 3-(2-Aminoethyl-amino)-propyl-trimethoxysilan (AEPTMS) mit α-Hydroxybenzocarbonylverbindungen. Die Liganden und die Komplexe wurden mit IR-, UV/VIS- und NMR-Spektroskopie charakterisiert. IR-Untersuchungen zeigen die charakteristischen C=N- und C=O-Valenzschwingungen. Sie werden durch die Komplexbildung deutlich verschoben. Die 1H- und 13C-NMR-Messungen indizieren die Komplexbildung mit einer signifikanten Verschiebung in den Signallagen der H- und C-Nachbaratome der Donatoratome. 29Si-NMR-Messungen indizieren keine Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen im Verlauf der Synthese. Bei der Komplex-Synthese mit wasserhaltigen Übergangsmetallsalzen wurden Produkte von Sol-Gel-Prozessen gefunden. UV/VIS-spektroskopische Untersuchungen an den Mischungen der Übergangsmetallsalze mit APTES bzw. AEPTMS zeigen die Bildung typischer Aminkomplexe.

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese chromophorer Xerogele des Typs II auf Grundlage nucleophiler aromatischer Substitutionsreaktionen von Fluorarenen mit aminofunktionalisierten Trialkoxysilanen in Tetraethoxysilan als Lösungsmittel beschrieben. Die Herstellung von anorganisch-organischen Sol-Gel-Hybridmaterialien gelingt dabei in einer Eintopfreaktion. Neben kommerziell erhältlichen Fluoraromaten, wie z.B. 4-Fluornitrobenzen, wurden fluorfunktionalisierte Azomethine, Diazoverbindungen und Diphenylaminderivate eingesetzt. Die Synthese und Charakterisierung literaturunbekannter Fluoraromaten wird beschrieben. Besonderes Augenmerk lag auf der Reproduzierbarkeit der Xerogelsynthesen und der Charakterisierung der Xerogele durch Methoden der Festkörper-NMR- und UV/Vis-Spektroskopie sowie der Elektronenmikroskopie.

This dissertation describes the electrochemical synthesis of conducting polypyrrole (PPy), poly(N-methylpyrrole) (PNMPy), poly(3-methylpyrrole) (P3MPy), poly(pyrrole-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(Py-β-DMCD), poly(N-methylpyrrole-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(NMPy-β-DMCD) and poly(3-methylpyrrole-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(3MPy-β-DMCD) films by electrode potential cycling on a gold electrode in aqueous and nonaqueous (acetonitrile) electrolyte solutions containing lithium perchlorate. The resulting products were characterized by cyclic voltammetry, in situ UV-Vis spectroscopy, ex situ FT-IR spectroscopy, in situ surface enhanced Raman scattering (SERS) and in situ resistance measurements. For electrosynthesis of polymers in the presence of cyclodextrin, a (1:1) (mole-mole) compounds (host-guest-complex) of β-DMCD with Py, NMPy and 3MPy, respectively; previously characterized with proton NMR spectroscopy was used as starting material. Different cyclic voltammetric behavior was observed for polymers in aqueous and nonaqueous solutions during electrosynthesis. The results show that in nonaqueous solutions the oxidation potential of Py, NMPy and 3MPy monomers increases in the presence of cyclodextrin. The same results were observed for P(Py-β-DMCD) and P(NMPy-β-DMCD) in aqueous solution. The slight shift of the oxidation peak for polymers in the presence of cyclodextrin (CD) compared to polymers in absence of CD may be a result of the hydrophobic monomer partly or entirely included in the CD hydrophobic interior cavity. In situ resistance measurements of the PPy and PNMPy show that films prepared in acetonitrile solution have less resistance than those synthesized in aqueous solutions. Meanwhile, the results show that the resistance of the polymer increased in the following order PPy < P3MPy < PNMPy and P(Py-β-DMCD) < P(3MPy-β-DMCD) < P(NMPy-β-DMCD). The FT-IR spectroscopy was used to identify the polymers and to find evidence for the presence of the CD in the material. The spectra suggests no CD incorporation in the P(Py-β-DMCD) and P(NMPy-β-DMCD) films. In situ UV-Vis spectroscopy and in situ SERS measurements for the study of the structure and properties of electronically conducting PPy, PNMPy, P3MPy, P(Py-β-DMCD), P(NMPy-β-DMCD) and P(3MPy-β-DMCD) were carried out in two different media. The in situ SERS spectra of polymers deposited on the roughened gold substrate with ORC (oxidation-reduction cycle) pre-treatment indicated both a marked increase in intensity and a better resolution. / Diese Dissertation beschreibt die elektrochemische Synthese von leitfähigem Polypyrrol (PPy), Poly-N-Methylpyrrol (PNMPy), Poly(3-Methylpyrrol) (P3MPy), Poly(Pyrrol-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(Py-β-DMCD), Poly(N-Methylpyrrol-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(NMPy-β-DMCD) und Poly(3-Methylpyrrol-2,6-dimethyl-β-cyclodextrin) P(3MPy-β-DMCD) auf einer Goldelektrode durch Potentialzyklen in wässrigen und nichtwässrigen (Acetonitril) Elektrolytlösungen mit Lithiumperchlorat als Leitsalz. Die erhaltenen Stoffe wurden mit zyklischer Voltammetrie, in situ UV-Vis-Spektroskopie, ex situ FT-IR Spektroskopie, in situ oberflächen verstärkter Ramanspektroskopie (SERS) und in situ Widerstandmessungen charakterisiert. Für die Elektrosynthese der Polymere in Gegenwart von Cyclodextrin wurden 1:1 (Molverhältnis) Verbindungen (Wirt-Gast-Komplex) von β-DMCD mit Py, NMPy und 3MPy resp., charakterisiert mit Proton-NMR-Spektroskopie, als Ausgangsmaterial eingesetzt. Die zyklischen Voltammogramme ergaben unterschiedliches Verhalten der Polymere in wässrigen und nichtwässrigen Lösungen während der Elektrosynthese. Die Ergebnisse zeigen, dass sich in nichtwässrigen Lösungen das Oxidationspotenzial von Py, NMPy und 3MPy-Monomeren bei Anwesenheit von Cyclodextrin erhöht. Dieselben Resultate ergaben sich für P(Py-β-DMCD) und P(NMPy-β-DMCD) in wässriger Lösung. Die leichte Verschiebung des Oxidationspeaks der Polymere bei Anwesenheit von Cyclodextrin (CD) verglichen mit den Polymeren bei Abwesenheit von CD könnte das Resultat der teilweise oder vollständig im hydrophoben Hohlraum der CD eingeschlossenen hydrophoben Monomere sein. In situ Leitfähigkeitsmessungen von PPy und PNMPy zeigen, dass Filme, die in Acetonitrillösungen hergestellt wurden besser leitfähig sind als die Filme, die in wässrigen Lösungen hergestellt wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass der Widerstand der Polymere in der folgenden Reihenfolge steigt: PPy < P3MPy < PNMPy and P(Py-β-DMCD) < P(3MPy-β-DMCD) < P(NMPy-β-DMCD). Die FT-IR-Spektroskopie wurde verwendet die Polymere zu identifizieren und die Anwesenheit der CD in das Material. Die Spektren schlägt vor, keine CD-Aufnahme in den P (Py-β-DMCD) und P (NMPy-β-DMCD) Filme. In situ UV-Vis- und in situ SERS-Messungen zur Untersuchung der Struktur und der Eigenschaften der elektronisch leitfähigen PPy, PNMPy, P3MPy, P(Py-β-DMCD), P(NMPy-β-DMCD) and P(3MPy-β-DMCD) wurden in 2 verschiedenen Medien durchgeführt. Die in situ SERS-Spektren der Polymere, abgeschieden auf aufgerauhter Goldoberfläche und Substrat durch ORC (Oxidations-Reduktions-Zyklus) –Vorbehandlung zeigten sowohl eine deutliche Erhöhung der Intensität als auch eine bessere Auflösung.

Techn. Universiẗat, Diss., 2006--Darmstadt.

This diploma thesis is concentrated on the interactions between polyelectrolyte (hyaluronan) and cationic surfactant (CTAB). The experiments were performed in an aqueous solution and in an environment of physiological ionic strength (0,15mmoldm-3 NaCl). The determination of the surfactant concentration in solutions was based on the formation of colored complexes of CTAB and picric acid in chloroform. The concentrations of surfactant were measured by UV-VIS spectroscopy. The stability of CTAB+HyA was examined by a dialysis method. The results showed that, regardless of the environment, the presence of HyA in solution reduces the number of free molecules of CTAB which can be determined in the sample. It has been proved that there is an interaction between HyA and surfactant and that CTAB has greater affinity for HyA then for the picric acid. The stability of CTAB+HyA was determined by dialysis of 120 hours. After that time, the concentrations of the retentate and permeate were settled. The results showed that in the membrane remains a certain amount of CTAB bounded to hyaluronan. The system can be suitable for the preparation of targeted carriers of biologically active substances.

This thesis is focused on the photochromic molecule of spiropyran, which changes its structure as well as physical and chemical properties after UV irradiation. These changes are reversible, the molecule thermally restore its initial structure. For the study, the molecule SP1 with the systematic name 1',3'-dihydro-1',3',3'-trimethyl-6-nitrospiro[2H-1-benzopyran-2,2'-(2H)-indole] was used. This molecule was incorporated within polymers PVK, Tg PPV, PCBTDPP and PCDTBT and the method of UV-VIS spectroscopy was used to observe the photochromic activity within these matrices. The influence of matrices to the ability to undergo UV induced photochromic conversion as well as to the reverse conversion to the initial structure induced by heat was monitored. Furthermore, the influence of spiropyran to the electrical properties of individual matrices was studied. The effect of photochromic conversion to both, the mobility of charge carriers and to the photogeneration was observed. For this purpose, the method of current-voltage measurement was used.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß der Oberflächeneigenschaften der verwendeten oxidischen Katalysatoren mit sauren Oberflächenzentren, der Elektrophilie des oberflächengenerierten Carbeniums und der Nucleophilie des Nucleophils auf die Reaktivität carbokationischer Zwischenstufen bei heterogen induzierten Reaktionen untersucht. Dazu wurde die modifizierte Geschwindigkeitskonstante k´ der Reaktion von oberflächengeneriertem Triphenylmethylium mit Nucleophilen bestimmt. Es konnte gezeigt werden, daß der Wert für k´ mit zunehmender Acidität, ausgedrückt durch den a-Wert des Katalysators, mit abnehmendem pKR+ des oberflächengenerierten Carbeniums und mit zunehmender Nucleophilie N des Nucleophils ansteigt. Dies ließ den Schluß zu, daß Konzepte wie z.B. die pKR+-Skala, die für Carbeniumionen in Lösung entwickelt wurden, qualitativ auf oberflächengenerierte Carbeniumionen übertragbar sind. Die Umsetzungen von auf Alumosilikaten generiertem Styrylium mit Aromaten ergaben, daß der Anteil des 1,1-Diphenylethanderivats im Verhältnis zu den ebenfalls gebildeten Styroldimeren mit zunehmender Nucleophilie N des Aromats zunahm. Untersuchungen zur Struktur und Konzentration von oberflächengeneriertem Triphenylmethylium bei Verwendung unterschiedlicher Katalysatoren und Triphenylmethyliumprecursoren wurden mittels UV-Vis- sowie Emissionsspektroskopie durchgeführt. Dabei hatte der verwendete Triphenylmethyliumprecursor keinen, der zur Aktivierung des Precursors verwendete Katalysator jedoch Einfluß auf die Struktur des oberflächengenerierten Triphenylmethyliums. Daraus wurden Vorschläge zur Wechselwirkung des Triphenylmethyliumprecursors mit den aciden Oberflächenzentren des Katalysators entwickelt. Es konnte weiterhin gezeigt werden, daß die Triphenylmethyliumkonzentration auf der Oberfläche von Aerosil® 300 linear von der eingesetzten Masse und der damit korrespondierenden BET-Oberfläche abhängt. / The relative rate constant k´ (s-1m-2) of the surface mediated hydride transfer reaction of 1,4-cyclohexadiene towards triphenylmethylium is significantly dependend on the nature of the solid acid catalyst used. This hydride transfer reaction has been studied to be catalysed by various moderatly strong acid catalysts, e.g. silicas, aluminas, alumosilicates and titan dioxide particles. For the kinetic measurements the triphenylmethylium was generated by chemisorbing chloro triphenylmethane to the solid acid catalyst. The individual pseudo first order rate constant k (s-1) of the hydride transfer reaction increases linearly with the amount of the solid acid catalyst. k´ is then determined as quotient of k through the product of the used amount of the catalyst and its specific BET surface area. The k´ value was used as the reference parameter in order to quantify the catalytic activity of a solid acid.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese Lewis-basenstabilisierter cis-Bis(alkinyl)Platin-Komplexe basierend auf Bis(alkinyl)-Komplexen des Typs [Pt](CCR)2 {[Pt] = (bipy)Pt; R = 2-Ethinylpyridin}und deren Reaktionsverhalten gegenüber frühen bzw. späten Übergangsmetallsalzen. Des Weiteren wird die Synthese der Lewis-basenstabilisierten Bis(alkinyl)-Komplexe von Ni(II) und Co(II) sowie der Bis(alkinyl)-Komplexe von Hg(II) und Cd(II) beschrieben. Ein weiterer Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit liegt in der Synthese des 1-(Diphenylphosphino)-1´-(terpyridinyl)ferrocens. Es stellt einen repräsentativen Vertreter der 1,1´-funktionalisierten Ferrocenderivate dar und dient als Ausgangsverbindung für die im Verlauf der Arbeit vorgestellten heterobi-, tri- und tetrametallischen Systeme. Durch den unterschiedlichen Charakter der Funktionalisierung in 1- (PPh2) und 1´-Position (terpy) ist das Molekül auf die speziellen Ansprüche der verschiedensten Übergangsmetalle [Au(I), Rh(I), Cu(I) bzw. Pt(II), Pd(II) und Ru(II)] eingestellt. Mittel cyclovoltammetrischer Messungen wird die elektrochemische Beeinflussung der Metallzentren untereinander untersucht.

Eine Reihe 3-(p-X-phenyl)-Thiophenmonomeren (X = -H, -CH3, -OCH3, -COCH3, -COOC2H5, -NO2) wurde elektrochemisch polymerisiert, um Filme zu erhalten, die umkehrbar reduziert und oxidiert werden konnten (n-und p-dotiert wurden). Die Oxidationspotentiale der Monomere und die formalen Potentiale der n und p-Dotierprozesse der Polymere wurden mit Resonanz- und induktiven Effekten der Substituenten (Hammett konstanten) am Phenylring sowie semiempirisch errechneten Bildungswärmen der Monomereradikalkationen korreliert. Außerdem wurden die Oxidationspotentiale mit den Ionisierungspotentialen der Monomere verglichen, die über die Dichtefunktionialtheorie (DFT) errechnet wurden, die der Energie für das Erzeugen der Radikalkationen entsprechen. Um theoretische Grundlagen für die Einstufen-Bildung regioregulär -konjungierter Oligo- und Polythiophene zu erhalten, wurden die elektronischen Zustände von 3-Phenylthiophen-Derivaten anhand von Molekülorbitalberechnungen auf Grundlage der Dichtefunktionaltheorie mit Becke’s Drei-Parameter-Funktion (B3LYP), sowie mit den Basissätzen 6-31G(d) und 3-21G(d) erklärt. Die Reaktivität der Verknüpfung von mono- und oligo-3-Phenylthiophenen wurde von den berechneten ungepaarten Elektronenspindichten der entsprechenden Radikal-Anionen abgeleitet. Die Ionisierungspotentiale, die den Energien zur Erzeugung der Radikal-Anionen während der Oxidation entsprechen, wurden abgeschätzt. Die aus den 3-Phenylthiophenen entstandenen regioselektiven Hauptprodukte können gut durch die Größe der Spindichten erklärt werden. Da die Verknüpfungsreaktion an der zwei-Position des Thiophnrings (C-2) sterisch durch die Phenylgruppe und den Thiophenring gehindert ist, startet die Initiierung der 3-Phenylthiophene über die Bildung eines Kopf-Schwanz-Dimers. Folglich spielt das Kopf-Schwanz-Dimer eine wichtige Rolle bei den Wachstumsreaktionen der 3-Phenylthiophene. Die Ursache dafür liegt darin, dass das Kopf-Schwanz-Dimer in 5-Position die höchste Spin-Dichte besitzt und die Wahrscheinlichkeit einer Kopf-Kopf-Verknüpfung aufgrund der sterischen Hinderung zwischen dem Thiophenring und der Phenylgruppe gering ist. Polymerfilme von 3-Phenylthiophenderivaten, die durch elektrochemische Polymerisation synthetisiert wurden, sind in situ und ex situ durch Resonanz-Raman-Spektroskopie bei verschiedenen Anregungswellenlängen, sowie durch in situ und ex situ UV-Vis Spektroskopie analysiert wurden. Die Entwicklung der in situ UV-Vis-Spektren der Polymer von 3-Phenylthiophene nach der Dotierung wird durch ähnliche Eigenschaften gekennzeichnet, wie für viele Polythiophene mit einem hohen Grad der Konjugation beobachtet. Während der schrittweisen Oxidation der Poly-3-phenylthiophen Filme verringert sich die Intensität der Absorption wegen des Überganges bei 450-566 nm und ein neues ausgedehntes Absorptionsband, das auf (bi)polaron Zustände bezogen wird erscheint bei ungefähr 730-890 nm. Andererseits wird während der Oxidation (p-Dotierung) des Poly3-phenylthiophen Filmes eine blau/hypsochrome Verschiebung für beide Absorptionsbänder beobachtet . Es wird durch die Tatsache erklärt, dass ein Polymer eine Verteilung der Kettenlängen enthält und die längste Polymer kette (dessen Absorption bei niedriger Energie auftritt), bei niedrigeren Potentialen zu oxidieren beginnt. Die elektrochemischen Bandlücken der Derivate von 3-Phenylthiophen sind durch zyklische Voltametrie gemessen worden. Der Effekt der Substituenten auf den Oxidations-/Reduktions- potentiale wird besprochen. Bei Bandlücken, die durch zyklische Voltammetrie erhalten wurden, hat sich herausgestellt, dass sie im Allgemeinen höher liegen als optische Bandlücken. Erste Resultate der in situ Resonanz-Raman-Spektroskopie, von dem elektrochemisch erzeugten Polymerderivate von 3-Phenylthiophen Filmen auf einer Platinelektrode, in einer organischen Elektrolytlösung, werden berichtet. Beobachtete Raman Banden werden zugewiesen; gegründet auf diesen Resultaten werden die zuvor angenommenen molekularen Strukturen diskutiert. / A series of 3-(p-X-phenyl) thiophene monomers (X= –H, –CH3, –OCH3, –COCH3, –COOC2H5, –NO2) was electrochemically polymerized to furnish polymer films that could be reversibly reduced and oxidized (n- and p-doped). The oxidation potentials of the monomers and formal potentials of the n- and p-doping processes of polymers were correlated with resonance and inductive effects (Hammett constants) of the substituents on the phenyl ring as well as the semiempirically calculated heats of formation of the monomer radical cations. Moreover, the oxidation potentials of the monomers were correlated with the ionization potentials of the monomers calculated via density functional theory (DFT), which correspond to the energies for generating radical cations during oxidative processes. For obtaining a theoretical basis for the one-step formation of regioregular –conjugated oligo-and polythiophenes, the electronic states of 3-phenylthiophene derivatives were elucidated by molecular orbital calculations using density functional theory with the Becke-type three parameters functional (B3LYP), the 6-31G(d), and 3-21G(d) basis sets. The reactivity for coupling reaction of mono- and oligo-3-phenylthiophenes are inferred from the calculated unpaired electron spin densities of the respective radical cations, and the ionization potentials which correspond to the energies for generating radical cations during oxidative processes were estimated. The major regioselective products of the oligomerization of 3-phenylthiophene can be well understood in terms of the magnitude of spin densities. Since the steric hindrance between the phenyl group and thiophene ring interferes with the coupling reaction occurring between 2-postions (C–2) of thiophene rings, the initiating reaction of 3-phenylthiophene is generaton of a head-to-tail (HT) dimer. Thus, the head-to-tail (HT) dimer plays an important role in the propagation reactions of 3-phenylthiophene. This originates from the highest spin density at the 5- position of the HT dimer and low probability of the HH coupling due to the steric hindrance between thiophene ring and phenyl group. Polymer films of the 3-phenylthiophene derivatives prepared by electrochemical polymerization were analyzed, in situ and ex situ, with resonance Raman spectroscopy using several excitation wavelengths as well as in situ and ex situ UV-Vis-spectroscopy. The evolution of the in situ UV-Vis-spectra of poly 3-phenylthiophene derivatives upon doping is characterized by similar features as observed for many polythiophenes with high degree of conjugation. During stepwise oxidation of the poly-3-phenylthiophene films the intensity of the absorption due to the transition around 450–566 nm decreases and a new broad absorption band related to (bi)polaron states appears around 730-890 nm. On the other hand, during the oxidation (p-doping) of the poly-3-phenylthiophene films a blue/hypsochromic shift is observed for both absorption bands. It is explained by the fact that a polymer contains a distribution of chain lengths, and the longest polymer chains (the absorption of which occurs at lower energies) start to oxidize at lower potentials. The electrochemical bandgaps of 3-phenylthiophene derivatives have been measured by cyclic voltammetry. The effect of substituents on the oxidation / reduction potentials is discussed. Bandgaps obtained by cyclic voltammetry have been found to be in general higher than optical bandgaps. Preliminary results of in situ resonance Raman spectroscopy of electrochemically generated poly-3-phenylthiophene derivatives films on a platinum electrode exposed to an organic electrolyte solution are reported. Observed Raman bands are assigned; based on these results previously suggested molecular structures are discussed.

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese und Charakterisierung von chiralen 1,2- und 1,3-diolfunktionalisierten solvatochromen Chromophoren vorgestellt. Als chromophore Systeme wurden Nitroaniline, SCHIFFsche Basen, Azofarbstoffe und Merocyanine gewählt. Das solvatochrome Verhalten der diolfunktionalisierten Verbindungen wurde mittels LSER (linear solvation energy realtionship) unter Verwendung der Lösungsmittelparameter nach KAMLET-TAFT und CATALÁN quantifiziert. Der Einfluss der Diolfunktion auf die Kristallstruktur der Nitroanilinderivate wurde über Einkristallröntgenstrukturanalyse untersucht und nach der Graph Set Methode von ETTER beschrieben. Es erfolgte eine Kondensation ausgewählter diolfunktionalisierter Bausteine mit verschieden substituierten Arylboronsäuren. Ein besonderes Augenmerk wurde auf den Einfluss des Boratoms und der Ringgröße des resultierenden Boronsäureesters, auf das solvatochrome Verhalten sowie das Reaktionsverhalten gegenüber Fluorid, Cyanid und Acetat gelegt. Weiterhin erfolgte die Verknüpfung von diolfunktionalisierten Chromophoren mit chromophoren Arylboronsäuren zu Bis-Chromophoren, deren Eigenschaften ebenfalls studiert wurden.