Für Dihydropyrene ist die 6 pi Elektrozyklisierung für gewöhnlich schnell, wohingegen die Cycloreversion durch eine Aktivierungsbarriere im angeregten Zustand ineffizient wird. Die Substitution mit Donor- und Akzeptorgruppen erzeugt ein „push-pull“ System, welches eine bathochrome Verschiebung der Absorption in den tief roten Bereich (730 nm onset) zur Folge hat. Das „push-pull” System polarisiert den Dihydropyrenkern, was ein Absenken der Aktivierungsbarriere im angeregten Zustand zur Folge hat und in einer erhöhten Quantenausbeute resultiert. Es wird weiter gezeigt, wie dies in nicht-permanenter Art und Weise durch Katalyse vollzogen werden kann, indem eine protonierte Spezies mit einer geringeren Aktivierungsbarriere im angeregten Zustand gebildet wird. Da Dihydropyrene im sichtbaren Bereich absorbieren und im Allgemeinen als T-Typ negativ photochrom betrachtet werden, ist ein Schalten ohne die Verwendung von UV Licht möglich. Für die Substanzklasse der Azobenzole wird ein neuer aromatischer Substituent anstelle eines der Phenylreste untersucht. Die Bandenseparation von bis zu 80 nm erlaubt hohe photostationäre Zustände von ≈ 90 % für beide Richtungen. Die hohen Extinktionskoeffizienten von ≈ 20000 L mol 1cm 1 für das E Isomer, führen zu einer gesteigerten Absorption im Vergleich zu herkömmlichen Azobenzolen. Weiterhin kann die Löslichkeit der Verbindungen, durch die Wahl des Gegenions moduliert werden, was es ermöglicht in Tetrahydrofuran, Acetonitril, Wasser, sowie einer ionischen Flüssigkeit zu schalten. Mit höherer Polarität des Lösungsmittels wird die Absorptionsbande des E Isomers zu längeren Wellenlängen hin verschoben und die thermischen Rückreaktion beschleunigt. Die thermische Halbwertzeit der Rückreaktion kann zwischen 3 min und 13 h bei 25 °C eingestellt werden. Ebenso wurde auch das Schaltverhalten einer Azoniumspezies untersucht und eine erstaunlich lange thermische Halbwertzeit von > 2 min beobachtet. / For the dihydropyrene system 6 pi electrocyclization is usually fast, while the cycloreversion is inefficient, due to an activation barrier in the excited state. It is shown, how substitution with donor and acceptor moieties creates a push-pull system, causing a bathochromic shift of the absorption spectrum to the far red (730 nm onset). The push-pull system induces a dipole in the dihydropyrene, which lowers its excited state activation barrier and therefore increases the quantum yield of the cycloreversion. Further it is shown, how this can be performed in a catalytic fashion, where protonation leads to a species with a lower barrier in the excited state. As dihydropyrenes absorb in the visible and are considered as T-type negative photochromic, they can be switched without the use of UV-light. In case of the azobenzene class, a new aromatic substitute for one of the benzene rings is investigated and shows superior switching properties. Band separation of up to 80 nm is shown, along with high photostationary states ≈ 90% favoring each of the two switching directions. Interestingly, the extinction coefficient especially of the E isomer increases to ≈ 20000 L mol-1cm-1, dramatically enhancing the absorptivity compared to normal azobenzenes. Furthermore, the solubility can be tuned by proper choice of the cation, which is used to investigate solvent effects in nonpolar, polar, and protic (water) solvents as well as in an ionic liquid. With increasing polarity, the absorbance of the E isomer is shifted to longer wavelengths, which is accompanied by a reduced thermal half-life. The half-life of the thermal reverse reaction can be tuned from 3 min to 13 h at ambient temperature. As one of the derivatives is easily protonated, switching of the corresponding azonium species has also been investigated and an astoundingly long thermal half-life of > 2 min at room temperature has been observed.

Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des enantiomerenspezifischen Umweltverhaltens des Flammschutzmittels Hexabromcyclododecan (HBCD). Zu Beginn erfolgte daher die Optimierung und Validierung eines enantiomerenspezifischen Analysenverfahrens für die Bestimmung von HBCD in Biota. Die errechneten mittleren Wiederfindungen lagen im Bereich von 100-102 % und die Nachweisgrenzen zwischen 0,131 und 0,255 pg g-1. Untersuchungen zur ubiquitären Verteilung von HBCD erfolgten an Eiern der Silbermöwe deutscher Nord- und Ostseeinseln (Probenahme 1988-2008). In allen Fällen dominierte alpha-HBCD das Diastereomerenmuster, wobei eine bevorzugte Anreicherung von (-)-alpha-HBCD sowie ein zeitlicher Trend aller Enantiomeren-Gehalte festgestellt wurde. Zur Klärung der Frage einer Bioakkumulation sowie -isomerisierung der HBCD-Stereoisomere erfolgten Langzeit-Fütterungsversuche an Spiegelkarpfen. Die Untersuchungen ergaben eine signifikante Akkumulation des jeweils gefütterten HBCD-Enantiomers, jedoch konnte die Hypothese der Bioisomerisierung nicht bestätigt werden. Ein weiterer Schwerpunkt lag in Untersuchungen zur cytochromabhängigen enantiomerenspezifischen Biotransformation von HBCD im Rahmen des Metabolismus an Lebermikrosomen diverser Spezies. Hier konnte gezeigt werden, dass HBCD dem Phase I-Metabolismus unterliegt und hydroxyliert wird. Dabei weist jedes HBCD-Enantiomer ein spezifisches Metabolitenmuster auf, was eine Zuordnung der hydroxylierten Verbindungen zum entsprechenden HBCD-Enantiomer erlaubt. Anhand von Zeitreihen sowie der Berechnung von Halbwertszeiten konnte der Verdacht eines enantiomerenspezifischen Metabolismus in Richtung einer Anreicherung von (-)-alpha- und (+)-gamma-HBCD bestätigt werden. Inkubationsansätze mit reinen Cytochrom (CYP)-Isoformen sowie molekülmechanische Berechnungen legen die Vermutung nahe, dass dem CYP3A4 eine Schlüsselrolle bei der Metabolisierung von HBCD zukommt. / The main emphasis of this thesis was on the enantio-specific environmental behaviour of the polybrominated flame retardant hexabromocyclododecane (HBCD). Initially, an enantio-specific analytical method for the determination of HBCD in biota was optimised and validated. The calculated mean recoveries ranged from 100 to 102 % and the limits of detection are in the range of 0.131 to 0.255 pg g-1. First investigations of the ubiquitous environmental distribution of HBCD were performed using herring gull eggs from different islands in the North and Baltic Sea (sampling 1988 to 2008). In all cases alpha-HBCD was the predominant diastereomer. Significant deviations from the racemic mixture revealed a preferred enrichment of the first eluting (-)-alpha-HBCD. In addition, a temporal trend of HBCD levels was observed. To clarify the issue of accumulation as well as bioisomerisation of HBCD stereoisomers, a long-term feeding study with mirror carps was performed. The results showed an accumulation of each initially fed HBCD enantiomer, but hypothesis of a bioisomerisation could not be confirmed. Another important focus of this work was to study the cytochrome-dependent enantio-specific biotransformation of HBCD enantiomers in various species of liver microsomes. It was shown that HBCD is subject to phase I metabolism. In the course of this process, HBCD is metabolised to hydroxylated products, whereas each HBCD enantiomer results in a specific metabolite pattern allowing the allocation of the corresponding hydroxylated compounds. Investigation of time series as well as the calculation of half-lives, the hypothesis of an enantio-specific metabolism towards an enrichment of (-)-alpha- and (+)-gamma-HBCD could be confirmed. Incubation mixtures with pure cytochrome (CYP) isoforms, as well as molecular mechanic calculations suggest that CYP3A4 plays a key role in the biotransformation processes of HBCD.