In dieser Diplomarbeit wurde das astrophysikalisch interessante Resonanztriplett der Reaktion 40Ca(α,γ)44Ti bei 4,5MeV untersucht. Am 3-MV-Tandetron des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf wurden dafür die Energien von Protonen- und -Strahlen kalibriert, Anregungsfunktionen im Energiebereich der drei Resonanzen aufgenommen, vier CaOTargets aktiviert und deren Struktur mittels der Reaktion 40Ca(p,γ)41Sc überprüft. Im Felsenkeller-Niederniveaumesslabor wurde anschließend die Aktivität der Proben gemessen. Schließlich konnte die Summe der Resonanzstärken bei 4497 und 4510 keV -Energie im Laborsystem zu (12;8 2;3) eV und die Summe der Resonanzstärken des gesamten Tripletts, d.h. zusätzlich bei 4523 keV, zu (12;0 2;0) eV bestimmt werden. Bei der ersten Resonanzstärke konnte die Unsicherheit im Vergleich zur Literatur von 19% auf 18% verbessert werden. Außerdem bieten die Daten der vorliegenden Arbeit die Grundlage, zukünftig die Unsicherheiten noch erheblich weiter zu reduzieren. / In this thesis the astrophysically interesting resonance triplet of the 40Ca(α ,γ)44Ti reaction at 4.5MeV has been studied. For this purpose energies of proton and beams provided by 3MVTandetron at Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf have been calibrated. Excitation functions of energy regions near the resonances and in-beam spectra of four different targets have been measured. The 40Ca(p,γ)41Sc reaction has been used to scan the structure of the activated targets. Afterwards their activity has been measured in the underground laboratory Felsenkeller Dresden. Hence the sum of resonance strengths at laboratory energies of 4497 and 4510 keV of (12:8 2:3) eV has been determined as well as the sum of the total triplet strength, including 4523 keV, of (12:0 2:0) eV. In the case of the first resonance, the uncertainty was decreased from 19% to 18 %. Furthermore the results of this work establish a basis for reaching much lower uncertainties in the future.

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.

Aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften haben ultrafeinkörnige Werkstoffe, die aus konventionellen normalkörnigen Halbzeugen über eine extrem große Kaltverformung hergestellt wurden, in den letzten zwei Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung erlangt. In der vorliegenden Arbeit wird das Fließspannungsverhalten eines Reinaluminiumwerkstoffes (EN AW-1070 – Al99,7) und einer ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierung (EN AW-6060 – AlMgSi) mit Korngrößen von bis zu 660 nm und 310 nm in einem weiten Bereich von Dehnungen und Dehnraten analysiert und mit den zzt. existierenden Modellvorstellungen zu den mikrostrukturellen Abläufen in Verbindung gebracht. Um die Voraussetzung zur Herstellung von ultrafeinkörnigen Werkstoffen zu schaffen, wurden mehrere Werkzeugprototypen für die ECAP-Umformung im Labormaßstab entwickelt und erprobt. Die Untersuchungen zum Fließspannungsverhalten erfolgten anhand von Zug- und Druckversuchen über insgesamt sieben Dekaden der Dehnrate bis in den Bereich der hochdynamischen Belastung von 10^3 s^-1. Die Tests zeigen, dass das Fließspannungsverhalten ultrafeinkörniger Aluminiumwerkstoffe vollständig mithilfe der thermisch aktivierbaren Mechanismen erklärbar ist, wobei Ausscheidungen eine wichtige Rolle spielen. / Because of their exceptional properties ultrafine-grained materials, processed from conventional polycrystalline materials by severe plastic deformation, have gained increasing scientific and industrial interest during the last two decades. Based on the concept of work-hardening for f.c.c. metals the commercially pure aluminium AA1070 (Al99,7 – soft annealed) and the aluminium alloy AA6060 (AlMgSi – peak aged) were investigated. ECAP was used to introduce very high strains and an ultrafine-grained microstructure with grain sizes down to 660 nm and 310 nm. Subsequently compression and tensile tests were performed in a wide range of strain rates over seven decades up to the range of impact loading of 10^3 s^-1. The results indicate that strain path and the corresponding dislocation structure is important for the post-ECAP yielding and the following hardening response. Furthermore the precipitates of the AA6060 clearly constrain the interactions of dislocations in work-hardening stage III – causing lower strain rate sensitivity. If compared to the AA1070 they avoid hardening in stage V where an additional rate and temperature depending effect contributes – caused by the interaction of deformation induced vacancies and dislocations. The results indicate that the strain-hardening behavior can be described by thermal activated mechanisms.

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Fluoreszenzfarbstoffe wurden über neuartige Palladium-katalysierte Domino-Reaktionen synthetisiert, die aus einer Sonogshira-Reaktion, zwei Carbopalladierungen und einer C-H-Aktivierung bestanden.

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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.