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.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese und Charakterisierung von amid- und esterfunktionalisierten Aminen. Dabei steht vor allem die Verwendung dieser Verbindungsklasse als Ionophore in der chemischen Sensorik im Vordergrund. Durch geeignete Voruntersuchungen, wie die Bestimmung der Lipophilie und UV/Vis-Spektroskopie, war es möglich, eine Selektion der Vielzahl von synthetisierten Ionophoren durchzuführen. Dennoch war es nur durch systematische Untersuchungen erreichbar, die für den Einsatz in der ISE am besten geeigneten Ionophore zu bestimmen. Die Anwendung als Katalysatorträgermoleküle für die Suzuki-Miyaura-Reaktion wurde nur von den ferrocenfunktionalisierten Molekülen in Betracht gezogen. Diese wurden an Palladiumallylchlorid koordiniert und auf ihr katalytisches Verhalten untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass mit Zunahme der funktionellen Endgruppen im Molekül ein negativer dendritischer Effekt auftritt.

Small molecules interacting with DNA is an emerging theme in scientific research due to its specificity and minimal side-effect. Moreover, a large amount of research has been done on finding compounds that can stabilize G-quadruplex DNA, a non-canonical secondary DNA structure, to inhibit cancerous cell proliferation. G-quadruplex DNA is found in the guanine-rich region of the chromosome that has an important role in protecting chromosomes from unwinding, participate in gene expression, contribute in the control replication of cells and more. In this research, rationally designed, synthetic cyanine dye derivatives, which were tested under physiologically relevant conditions, were found to selectively bind to G-quadruplex over duplex DNA and are favored to one structure over another. The interactions were observed using UV-Vis thermal melting, fluorescence titration, circular dichroism titration, and surface plasmon resonance analysis. For fluorescence and selectivity properties, cyanine dyes, therefore, have the potential to become the detections and/or therapeutic drugs to target cancers and many other fatal diseases.

This thesis explores the use of Raman Spectroscopy to study the battery cathode material LiFePO4. Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) was incorporated into the study due to fluorescence that traditionally plagues Raman. By imaging LiFePO4 nanoparticles, an understanding can be gained of the complex chemistry taking place when the material is lithiated and delithiated at the nanoscale level and the phase changes of the material that occur during this process. The use of bimetallic (Au/Ag) SERS substrates allowed for more stable substrates with longer shelf life compared single metal Ag substrates. Further tuning of these substrates can be applied to the ever evolving science of energy storage material technology as a way to track phase changes in the material. / text

A broadband coupling approach applied to a single mode, sol-gel, planar integrated optical waveguide (IOW) was used to create a multichannel attenuated total reflection (ATR) spectrometer. Initial attempts to create an achromatic coupling element for sol-gel waveguides, based upon previous work applied to vacuum deposited glass devices, did not lead to an easily achievable design. Instead a simplified, non-achromatic approach based upon impinging an incident light beam with a large numerical aperture onto an incoupling prism was used. This simplified broadband coupling approach was used to create a sol-gel IOW-ATR spectrometer that transmitted light down to at least 400 nm, and produced a measurable bandwidth of ~ 250 nm; both phenomena are marked improvements upon the capabilities of previously reported devices. An experimental demonstration of this device proved it capable of measuring the visible spectrum of a thin film of horse heart cytochrome c adsorbed to the sol-gel surface at a submonolayer coverage. The broadband spectral capabilities of this sol-gel device were also used to experimentally validate a new method for determining the angular orientation of molecules bound to an arbitrary waveguide surface. In addition to the sol-gel IOW work, the simplified broadband coupling approach was applied to a previously reported multilayered electroactive waveguide device, which was used to collect electrically modulated, broadband spectra for thin films of cytochrome c, as well as a dicarboxyferrocene moiety. Both of these IOW-ATR spectrometers represent improved tools for probing the near-surface chemical environments of molecular assemblies.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Solar cells based on CdTe absorbers are attractive due to the optimal direct band gap energy and large absorption coefficient of CdTe, however, their performance and commercialization is hindered by the lack of reliable p-type contacts. CdTe has a low carrier concentration and a large electron affinity, which results in a requirement of non-realistic work functions for metals to be used as back contacts in the solar cell. Even noble metals such as Ag present a significantly large potential barrier for holes, thereby reducing the hole current through the semiconductor/metal interface. Several attempts to resolve this challenge have been tried, however, many drawbacks have been encountered. Two particular systems, namely Cu2Te thin films and CdTe/ZnTe strained-layer superlattices, are investigated for their potential use as ohmic contacts in CdTe solar cells. A detailed analysis of the optical, electrical, and structural properties of Cu2Te thin films deposited by magnetron sputtering is presented. It is shown that these films have an indirect band gap and highly degenerate semiconductor behavior. The large p-type carrier concentration of Cu2Te films is highly desirable for the application of Cu2Te as a p-type contact to CdTe. In-depth studies of optical transitions and miniband transport in strained-layer CdTe/ZnTe superlattices are presented as well. The band offsets between CdTe and ZnTe were determined by comparison of measured and calculated optical transitions. Superlattice structures that offer best contact performance have been identified by use of tunneling probability simulations. Characterization of CdTe solar cells with above mentioned contacts indicated that contacts based on CdTe/ZnTe superlattices are a viable Cu free option for stable and reliable p-type contacts in CdTe solar cell. The contact performance of Cu2Te thin films was comparable to that of CdTe/ZnTe superlattices and both demonstrated an advantage over contacts based on ZnTe:N thin films which were used a standard.

In dieser Arbeit wird die Herstellung und spektroelektrochemische Charakterisierung von Polymeren aus alkylsubstituierten Anilinderivaten beschrieben. Hierzu wird die zyklische Voltammetrie sowie als in situ-spektroskopische Methoden UV-vis-, FTIR- und Raman-Spektroskopie eingesetzt. Aus allen eingesetzten Monomeren lassen sich elektroaktive und elektrochrome Polymere herstellen. Bei der Mehrzahl der Polymere konnten in situ-Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt werden, die eine intrinsische, vom Elektrodenpotential abhängige elektrische Leitfähigkeit zeigen. Der molekulare Aufbau innerhalb der Polymerketten wird durch FTIR- und Raman-Spektroskopie in Analogie zum Polyanilin identifiziert. Er ist wie beim Polyanilin vom Oxidationsgrad abhängig.