In the course of this work, a total of three photocatalytically active dyads for proton reduction could be synthesized together with the associated individual components. Two of them, D1 and D2, comprised a [Ru(bpy)3]2+ photosensitizer and D3 an [Ir(ppy)2bpy]+ photosensitizer. A Ppyr3-substituted propyldithiolate [FeFe] complex was used as catalyst in all systems. The absorption spectroscopic and electrochemical investigations showed that an inner-dyadic electronic coupling is effectively prevented in the dyads due to conjugation blockers within the bridging units used. The photocatalytic investigations exhibited that all dyad containing two-component systems (2CS) showed a significantly worse performance than the corresponding bimolecular three-component systems (3CS). Transient absorption spectroscopy showed that the 2CS behave very similarly to the associated multicomponent systems during photocatalysis. The electron that was intended for the intramolecular transfer from the photosensitizer unit to the catalyst unit within the dyads remains at the photosensitizer for a relatively long time, analogous to the 3CS and despite the covalently bound catalyst. It is therefore assumed that this intramolecular electron transfer is likely to be hindered as a result of the weak electronic coupling caused by the bridge units used. Instead, the system bypasses this through an intermolecular transfer to other dyad molecules in the immediate vicinity. In addition, with the help of emission quenching experiments and electrochemical investigations, it could be clearly concluded that all investigated systems proceed via the reductive quenching mechanism during photocatalysis. / Im Rahmen dieser Arbeit konnten insgesamt drei photokatalytisch aktive Dyaden zur Protonenreduktion zusammen mit den zugehörigen Einzelkomponenten synthetisiert werden. Zwei von ihnen, D1 und D2, umfassten einen [Ru(bpy)3]2+-Photosensibilisator und D3 einen [Ir(ppy)2bpy]+-Photosensibilisator. Als Katalysator wurde in allen Systemen ein Ppyr3-substituierter Propyldithiolat-[FeFe]-Komplex verwendet. Die absorptionsspektroskopischen und elektrochemischen Untersuchungen zeigten, dass eine innerdyadische elektronische Kopplung aufgrund von Konjugationsblockern innerhalb der verwendeten Brückeneinheiten wirksam verhindert wird. Die photokatalytischen Untersuchungen zeigten, dass alle dyadenhaltigen Zweikomponentensysteme (2CS) eine signifikant schlechtere Leistung zeigten als die entsprechenden bimolekularen Dreikomponentensysteme (3CS). Mithilfe der transienten Absorptionsspektroskopie konnte gezeigt werden, dass sich die 2CS während der Photokatalyse sehr ähnlich wie die zugehörigen Mehrkomponentensysteme verhalten. Das Elektron, das für den intramolekularen Transfer von der Photosensibilisatoreinheit zur Katalysatoreinheit innerhalb der Dyaden vorgesehen war, verbleibt analog zu den 3CS und trotz des kovalent gebundenen Katalysators relativ lange am Photosensibilisator. Es wird daher angenommen, dass dieser intramolekulare Elektronentransfer wahrscheinlich aufgrund der schwachen elektronischen Kopplung, die durch die verwendeten Brückeneinheiten verursacht wird, behindert wird. Stattdessen umgeht das System dies durch einen intermolekularen Transfer zu anderen Dyadenmolekülen in unmittelbarer Nähe. Darüber hinaus konnte mithilfe von Emissionslöschungsexperimenten und elektrochemischen Untersuchungen eindeutig darauf geschlossen werden, dass alle untersuchten Systeme während der Photokatalyse über den reduktiven Löschmechanismus ablaufen.

Our research group focusses on the isolation, structural elucidation, and synthesis of bioactive natural products, among others, the naphthylisoquinoline alkaloids from tropical lianas. This intriguing class of compounds comprises representatives with activities against, e.g. P. falciparum, the cause of Malaria tropica, against the neglected disease leishmaniasis, and, as discovered more recently, against different types of cancer cells. Based on the high potency of theses extraordinary secondary metabolites, this thesis was devoted to the total synthesis of bioactive natural products and closely related analogs. / Die bemerkenswerte Substanzklasse der Naphthylisochinolin-Alkaloide enthält Wirkstoffe mit Aktivitäten gegen P. falciparum, den Erreger der Malaria tropica, gegen Leishmaniose und, wie erst kürzlich entdeckt, Wirkstoffe mit Aktivität gegenüber Zelllinien verschiedener Krebsarten. Aufgrund der hohen Wirksamkeit dieser außergewöhnlichen Sekundärmetabolite wurde die vorliegende Doktorarbeit auf die Totalsynthese bioaktiver Naphthylisochinoline und davon abgeleiteter Derivate ausgerichtet.

In this thesis, intermolecular acceptor-acceptor interactions in organic solar cells based on new non-fullerene acceptors are addressed. For this purpose, first the reproducibility of organic electronic devices was tested on a new facility for their fabrication. This was followed by the screening for new acceptor materials. Based on this, three molecular systems were investigated with regard to their acceptor-acceptor interactions and their influence on solar cell efficiency. / In der vorliegenden Doktorarbeit werden zwischenmolekulare Akzeptor-Akzeptor Wechselwirkungen in organischen Solarzellen auf Basis von neuen nichtfulleren Akzeptoren behandelt. Dazu wurde zuerst die Reproduzierbarkeit von organischen Bauteilelementen an einer neuen Anlage zur Fertigung ebendieser getestet. Anschließend erfolgte die Suche nach neuen Akzeptormaterialien. Darauf aufbauend wurden drei Molekülsysteme hinsichtlich ihrer Akzeptor-Akzeptor Wechselwirkungen und deren Einfluss auf die Solarzelleneffizienz untersucht.

About 2.4 billion years ago, nature has fundamentally revolutionized life on earth by inventing the multi-subunit protein complex photosystem II, the only molecular machine in nature that catalyzes the thermodynamically demanding photosynthetic splitting of water into oxygen and reducing equivalents. Nature chose a distorted Mn4CaO5 cluster as catalyst, better known as oxygen-evolving complex (OEC), thus recognizing the need for transition metals to achieve high-performance catalysts. The curiosity has always driven mankind to mimic nature’s achievements, but the performance of natural enzymes such as the oxygen-evolving complex in photosystem II remain commonly unmatched. An important role in fine-tuning and regulating the activity of natural enzymes is attributed to the surrounding protein domain, which facilitates substrate preorganization within well-defined nanoenvironments. In light of growing energy demands and the depletion of fossil fuels, the unparalleled efficiency of natural photosynthesis inspires chemists to artificially mimic its natural counterpart to generate hydrogen as a ‘solar fuel’ through the light-driven splitting of water. As a result, significant efforts have been devoted in recent decades to develop molecular water oxidation catalysts based on earth-abundant transition metals and the discovery of the Ru(bda) (bda: 2,2’ bipyridine-6,6’-dicarboxylate) catalyst family enabled activities comparable to the natural OEC. Similar to the natural archetypes, the design of homogeneous catalysts that interplay judiciously with the second coordination sphere of the outer ligand framework proved to be a promising concept for catalyst design. In this present thesis, novel supramolecular design approaches for enzyme like activation of substrate water molecules for the challenging oxidative water splitting reaction were established via tailor-made engineering of the secondary ligand environment of macrocyclic Ru(bda) catalysts. / Vor etwa 2.4 Milliarden Jahren hat die Natur das Leben auf der Erde mit der Entwicklung des mehrgliedrigen Proteinkomplexes Photosystem II grundlegend revolutioniert. Dieser stellt die einzige molekulare Maschine in der Natur dar, die die thermodynamisch anspruchsvolle photosynthetische Spaltung von Wasser in Sauerstoff und reduzierende Äquivalente katalysieren kann. Als Katalyator hat die Natur hierfür ein verzerrtes Mn4CaO5-Cluster ausgewählt, welcher besser bekannt ist als Sauerstoff-produzierender Komplex (OEC, engl.: oxygen-evolving complex). Damit wird die Notwendigkeit von Übergangsmetallen als leistungsfähige Katalysatoren belegt. Die Wissbegierde hat die Menschheit schon immer dazu angetrieben, die Errungenschaften der Natur zu imitieren. Dennoch bleiben die Leistungen natürlicher Enzyme wie die des OEC in Photosystem II häufig unerreicht. Eine wichtige Rolle bei der Feinabstimmung und Regulierung der Aktivität natürlicher Enzyme nimmt die umliegende Proteindomäne ein, die die Vororganisation der Substrate in einer genau definierten Nanoumgebung ermöglicht. Angesichts des wachsenden Energiebedarfs und der Erschöpfung von fossilen Brennstoffen werden Chemiker von der unvergleichlichen Effizienz der natürlichen Photosynthese zu deren künstlichen Nachahmung inspiriert, damit Wasserstoff als "solarer Brennstoff" durch die lichtgetriebene Spaltung von Wasser erzeugt werden kann. Infolgedessen wurden in den letzten Jahrzehnten erhebliche Anstrengungen in die Entwicklung molekularer Wasseroxidationskatalysatoren (WOKs) auf der Basis von Übergangsmetallen unternommen, wobei mit der Entdeckung der Katalysatorfamilie Ru(bda) (bda: 2,2'-Bipyridin-6,6'-dicarboxylat) Aktivitäten vergleichbar mit der des natürlichen OEC realisiert wurden. Als vielversprechendes Konzept für die Entwicklung von Katalysatoren erwies sich die Konstruktion homogener Katalysatoren, die, ähnlich zu den natürlichen Vorbildern, gezielt mit der zweiten Koordinationssphäre eines äußeren Liganden interagieren. In der hier vorliegenden Arbeit wurden neuartige supramolekulare Konzepte zur enzymartigen Aktivierung von Wassermolekülen entwickelt. Hierbei sollte durch eine maßgeschneiderte Konstruktion der sekundären Ligandenumgebung von makrozyklischen Ru(bda)-Katalysatoren die anspruchsvolle oxidative Wasserspaltungsreaktion begünstigt werden.

The indepth metabolic profiling of the crude extracts of two African Ancistrocladus species viz. A. likoko from Central Africa and A. abbreviatus from West Africa, resulted in a total of 87 alkaloids among them 54 new ones. All of the compounds were intensely elucidated by 1D and 2D NMR, HRESIMS, as well as chemical and chiroptical techniques. Among the newly discovered compounds are quinoid naphthylisoquinolines with an ortho-diketone in the naphthalene portion, nor-naphthylisoquinoline alkaloid lacking the always present methyl group at C-1, seco-(ring cleaved) naphthylisoquinolines, and a newly discovered class of natural products called the naphthylisoindolinones. Some of the compounds displayed strong antitumoral activities against human pancreatic cancer cells and leukemia cells in-vitro. / Naturstoffe aus terrestrischen, marinen und mikrobiellen Organismen werden seit langem in der Behandlung vieler Krankheiten eingesetzt.[18] Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Suche und Entwicklung neuer Arzneistoffe, da sie die Grundlage für viele der derzeit kommerziell verwendeten Medikamente darstellen.[68-70] Die Natur bleibt eine wertvolle und nachhaltige Quelle für neuartige Wirkstoffe. Der Einsatz hocheffizienter chemischer, chromatographischer und spektroskopischer Methoden für die Entdeckung neuer bioaktiver Naturstoffe ist dabei von zentraler Bedeutung. Eine vielversprechende Klasse von Naturstoffen sind die Naphthylisochinolin-Alkaloide, die weiterhin neue und wichtige Leitsubstanzen gegen verschiedene Erkrankungen wie Krebs, Malaria und AIDS liefern. Im Rahmen dieser Dissertation wurde durch eingehende Analyse ihrer Rohextrakte ein detailliertes Profil der Sekundärmetabolite zweier bislang wenig untersuchter Ancistrocladus-Arten, A. likoko und A. abbreviatus, erstellt. Dies führte zur Entdeckung einer Vielzahl an Alkaloiden (insgesamt 86 Verbindungen, darunter 53 neue Naturstoffe), und auch zu mehrere neuen NIQ-Unterklassen. Einige der Verbindungen zeigten starke zytotoxische Wirkungen gegen Krebszellen sowie antiplasmodiale Aktivitäten.

The initial goal was the conversion of Bifidobacterium adolescentis Sucrose Phosphorylase (BaSP) into a polyphenol glucosidase by structure based enzyme engineering. BaSP was chosen because of its ability to utilize sucrose, an economically viable and sustainable donor substrate, and transfer the glucosyl moiety to various acceptor substrates. The introduction of aromatic residues into the active site was considered a viable way to render it more suitable for aromatic acceptor compounds by reducing its polarity and potentially introducing π-π-interactions with the polyphenols. An investigation of the active site revealed Gln345 as a suitable mutagenesis target. As a proof of concept BaSP Q345F was employed in the glycosylation of (+)-catechin, (-)-epicatechin and resveratrol. The variant was selective for the aromatic acceptor substrates and the glucose disaccharide side reaction was only observed after almost quantitative conversion of the aromatic substrates. A crystal structure of BaSP Q345F in complex with glucose was obtained and it displayed an unexpected shift of an entire domain by 3.3 Å. A crystal structure of BaSP D192N-Q345F, an inactive variant in complex with resveratrol-3-α-D-glucosid, the glucosylation product of resveratrol, synthesized by BaSP Q345F was solved. It proved that the domain shift is in fact responsible for the ability of the variant to glycosylate aromatic compounds. Simultaneously a ligand free crystal structure of BaSP Q345F disproved an induced fit effect as the cause of the domain shift. The missing link, a crystal structure of BaSP Q345F in the F-conformation is obtained. This does not feature the domain shift, but is in outstanding agreement with the wildtype structure. The domain shift is therefore not static but rather a step in a dynamic process. It is further conceivable that the domain shifted conformation of BaSP Q345F resembles the open conformation of the wild type and that an adjustment of a conformational equilibrium as a result of the Q345F point mutation is observed. An investigation into the background reaction, the formation of glucose-glucose disaccharides of BaSP Q345F and three further variants that addressed the same region (L341C, D316C-L341C and D316C-N340C) revealed the formation of nigerose by BaSP Q345F. / Saccharose Phosphorylase aus Bifidobacterium adolescentis (BaSP) sollte durch strukturbasiertes Enzym-Engineering in die Lage versetzt werden Polyphenole zu glukosylieren. In die katalytische Tasche sollten aromatische Seitenketten eingeführt werden um die Polarität an jene der gewünschten Akzeptorsubstrate anzupassen und eine weitere Stabilisierung durch π-π-Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat zu erlauben. BaSP Q345F war in der Lage die Zielsubstrate zu glukosylieren und behielt gleichzeitig ausreichen Aktivität bei. Die weitere Untersuchung dieses Enzyms ist in vier Studien beschrieben. Die Kristallstruktur einer inaktiven Variante, BaSP D192Q-Q345F in komplex mit dem Glukosylierungsprodukt Resveratrol-3-α-D-Glukosid wurde gelöst. Dadurch konnte gezeigt werden, dass einer Verschiebung einer Domäne für die Fähigkeit der Variante Glukose auf aromatische Substrate zu übertragen, verantwortlich ist. Die Orientierung des π-Systems von Resveratrol erlaubt weiterhin T-förmige π-π-Wechselwirkungen mit Phe156 und Phe345.Die detaillierte kinetische Untersuchung von BaSP Q345F mit acht Akzeptorsubstraten ergab eine starke Affinität der Variante zu den aromatischen Substraten (KM 0.08 bis 1.55 mM). Weitere Strukturdaten zeigen, dass die Verschiebung der Domäne Teil eines dynamischen Prozesses ist. Des weiteren ist die Q345F Variante in der Lage, den seltenen Zucker Nigerose zu synthetisisern.

In Deutschland starben im Jahr 2016 knapp 6 000 Menschen an den Folgen des Multiplen Myeloms. Die Zahl der Todesopfer dieser Krebsart ist in den letzten 16 Jahren um ca. 20% gestiegen. Da das Multiple Myelom mit einem Durchschnittsalter von 73 Jahren bei Erstdiagnose zu den Erkrankungen des höheren Lebensalters zählt, ist der Anstieg der Inzidenz und Todesfälle am ehesten auf eine höhere Lebenserwartung der Menschen durch umfassende medizinische Versorgung zurückzuführen. Auch die Behandlungsmöglichkeiten des Multiplen Myeloms wurden in den letzten zwei Jahrzehnten kontinuierlich verbessert und bieten in Form von medikamentösen Therapien für alle Erkrankten und Knochenmarktransplantationen speziell für Patienten unter 70 Jahren die Chance auf eine Verlängerung der beschwerdefreien Krankheitsphase. Nach wie vor verläuft das Multiple Myelom jedoch tödlich, sodass die Erforschung und Entwicklung neuer potenter Wirkstoffe zur Verbesserung der Prognose oder zur vollständigen Heilung essentiell ist. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Biotinylierung von Dioncochinon B, einem natürlich vorkommenden Naphthochinon, erstmals isoliert aus Kallus-Kulturen von T. peltatum, das eine gute Aktivität (IC50 = 11 µM) gegen Zellen des Multiplen Myeloms aufweist. Der Affinitätsmarker Biotin sollte dabei über einen kurzen Linker an die 7- oder 8-Position des Naturstoffs angebracht werden. Nach der Etablierung einer geeigneten Syntheseroute sollten nanoLC-MS/MS-Analysen Aufschluss über mögliche Wirkstoff-Target-Interaktionen liefern. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit die Synthese von 7,8'-gekuppelten Naphthylisochinolin-Alkaloiden im Allgemeinen und von Yaoundamin A und dessen M-Atropisomer im Speziellen untersucht. Die Naturstoffklasse der Naphthylisochinolin-Alkaloide ist neben ihrer strukturellen Vielfalt vor allem wegen ihrer Aktivitäten gegen eine Vielzahl an Erregern von Infektionskrankheiten, wie z. B. der Malaria, der Afrikanischen Schlafkrankheit oder der Leishmaniose interessant. Strukturell sind Naphthylisochinolin-Alkaloide unter anderem durch eine meist rotationsgehinderte Biaryl-Achse gekennzeichnet. Der synthetische Aufbau dieser Verbindungsachse zwischen Naphthalin- und Isochinolin-Baustein war in der Literatur bereits ausführlich behandelt worden. Da die Darstellung eines 7,8'-verknüpften Naphthyldihydroisochinolin-Alkaloids allerdings noch nie beschrieben worden war, war das Ziel dieser Arbeit die erste Totalsynthese eines Naturstoffs dieses Typs. / In Germany, nearly 6 000 people died as a result of the disease multiple myeloma in 2016. During the past 16 years, the number of deaths of this type of cancer has risen by about 20%. Since multiple myeloma, with an average age of 73 years at first diagnosis, is one of the diseases of older age, the increase in incidence and mortality is most likely due to an enhanced life expectancy of the people through comprehensive medical care. Multiple myeloma treatment options have also been improved continuously over the past two decades and offer the chance for prolonging the symptom-free disease phase in the form of drug therapies for all patients and bone marrow transplants especially for patients under the age of 70 years. However, multiple myeloma continues to be deadly, so the research and development of new potent drugs is essential for the improvement of prognosis or complete recovery. The aim of this current work was the biotinylation of dioncoquinone B, a naturally occurring naphthoquinone, first isolated from callus cultures of T. peltatum, which exhibits a good activity against cells of multiple myeloma (IC50 = 11 µM). The affinity tag biotin was planned to be attached to the 7- or 8-position of the natural product using a short linker. Following the establishment of an appropriate synthetic route, subsequent nanoLC-MS/MS-analysis should yield possible drug-target interactions. Furthermore, the synthesis of 7,8'-coupled naphthylisoquinoline alkaloids in general and of yaoundamine A and its M-atropisomer in particular was investigated. Besides its structural variety this class of natural products of naphthylisoquinoline alkaloids is especially known for its activities against a broad range of pathogens of infectious diseases, like e.g. malaria, African sleeping sickness or leishmaniosis. Among others, naphthylisoquinoline alkaloids are structurally characterized by a biaryl axis, which is often rotationally hindered. In the literature the synthetic approach to this axis between the naphthalene-portion and the isoquinoline moiety has already been dealt with extensively. However, since the synthesis of a 7,8'-coupled naphthyldihydroisoquinoline alkaloid had never been described before, the defined goal of this work was the first total synthesis of a natural product of this type.

In dieser Arbeit wurde ein geeigneter Zugang zu TBTQ-Derivaten erarbeitet, der eine paarweise Funktionalisierung der aromatischen Positionen in direkter Nachbarschaft zum Triquinacen-Kern zulässt. Hierfür wurde sowohl die doppelte Cyclodehydratisierungsroute als auch die dreifache Cyclisierungsvariante zur Darstellung von Tribenzotriquinacenen dahingehend modifiziert, dass die Einführung der „ortho“-Substituenten bereits zu Beginn der Synthese mit den Edukten erfolgte, da eine nachträgliche Funktionalisierung der gewünschten Positionen am TBTQ aufgrund sterischer Faktoren nicht möglich ist. Es wurden unter anderem die ersten literaturbekannten „ortho“-substituierten TBTQ-Derivate erhalten und vollständig charakterisiert. Zur Erweiterung des aromatischen Systems wurden außerdem Benzodiphenanthrenotriquinacen-Vorstufen synthetisiert, die im Falle der doppelten Cyclodehydratisierungsroute Acenapthylen-Derivate lieferten. Benzodiphenanthrenotriquinacen konnte mit Hilfe der dreifachen Cyclisierungsvariante synthetisiert werden. Die Zielmoleküle sollen als Vorstufen für überbrückte aromatisch anellierte Triquinacene dienen. / In this work a suitable reaction pathway for TBTQ-derivatives with geminate functionalization of the aromatic positions adjacent to the triquinacene core was developed. Therefore, the double cyclodehydration as well as the triple cyclization strategy for the synthesis of tribenzotriquinacenes were modified, so that the introduction of the „ortho“-substituents takes place as part of generating the starting material at the beginning of the synthetic scheme. The reason for this is that subsequent functionalization at the „ortho“-positions is impeded due to steric hindrance. Among other things the first “ortho”-substituted TBTQ-derivatives known in literature were synthesized and fully characterized. Furthermore, precursors for benzodiphenanthrenotriquinacene were synthesized in order to extend the aromatic periphery. The double cyclodehydration strategy provided acenaphthylene derivatives. However, Benzodiphenanthrenotriquinacene could be generated via triple cyclization strategy. The target molecules might serve as precursors for the formation of bridged aromatically annulated triquinacenes.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Synthese sowie die Eigenschaften einer Serie von organofunktionellen α-, β-, γ- und ζ-Silanen, mit einem Fokus auf Alkoxy(aminoalkyl)silanen. Der Großteil dieser Modellstrukturen wurde anschließend hinsichtlich ihrer Hydrolysekinetik in Abhängigkeit der Art der funktionellen Gruppe X (NMe3+, N(H)COOMe, N(Me)COOMe, NH2, N(H)Me, NMe2, Pip, Me), des Abstandes des Substituenten X zu dem Silicium-Atom (α-, β-, γ- und ζ-Position), der Alkoxy-Abgangsgruppe am Silicium-Atom (MeO, iPrO, tBuO) und des pD-Wertes der Reaktionslösung systematisch untersucht. Eine große Herausforderung dieser Studie war die Synthese von β-Amino-funktionalisierten Alkoxysilanen, deren Chemie aufgrund ihrer Labilität bisher kaum erforscht ist. Die einzigen literaturbekannten Vertreter stellten bislang das Trialkoxysilan (EtO)3Si(CH2)2NH2 (1) und sein Dialkoxy-Derivat (EtO)2SiMe(CH2)2NH2 (2) dar, welche durch Reaktion des entsprechenden 2-(Chlorethyl)silans mit Ammoniak unter hohem Druck im Autoklaven zugänglich sind. Unter Verwendung dieser Synthesemethode konnte sowohl die Synthese der Silane 1 und 2 reproduziert, als auch das Trimethoxy-Analogon (MeO)3Si(CH2)2NH2 (3) erstmals dargestellt werden. Darüber hinaus wurde eine Serie von organofunktionellen Monoalkoxysilanen des Typs RORSiMe(CH2)2X und ROSiMe2C(H)MeCH2X (4b–18b) im präparativen Maßstab analyserein dargestellt. Des Weiteren wurden die entsprechenden α-Silane 8a, 11a, 14a und 15a, die γ-Silane 6c, 8c, 11c, 13c–15c und 18c sowie die ζ-Silane 19 und 20 erstmals dargestellt. Weiterhin wurden die bereits literaturbekannten α-Silane 16a–18a und γ-Silane 7c, 16c und 17c für die Verwendung in den Hydrolyseexperimenten synthetisiert. Die Charakterisierung aller im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen erfolgte mittels NMR-Spektroskopie (1H-, 13C-, 15N- und 29Si-NMR) und Elementaranalysen (C, H, N) bzw. HRMS-Experimente. Die hydrolytische Spaltung der Si–OC-Bindung in Alkoxy(aminoalkyl)silanen stellt einen technisch sehr wichtigen Schlüsselschritt in der Synthese von Amino-funktionalisierten Polysiloxanen dar. Um den Mechanismus dieser Si–OC-Bindungsspaltung besser zu verstehen, wurden die Alkoxysilane 4b, 4c, 5b, 6b, 6c, 7b, 7c, 8a–8c, 9b, 11a–11c, 12b, 14a–14c, 15a–15c, 16a–16c, 17a–17c, 18a–18c, 19 und 20 hinsichtlich ihrer Hydrolysekinetik in CD3CN/D2O unter sauren und basischen Bedingungen mittels 1H-NMR-Spektroskopie untersucht. Die Ergebnisse dieser Struktur–Reaktivitäts-Studie zeigten, dass die beobachteten unterschiedlichen Hydrolysegeschwindigkeiten das Resultat mehrerer Faktoren sind, wie beispielsweise elektronische und sterische Effekte, der große Einflusses des pD-Wertes und auch intramolekulare N–H∙∙∙O-Wasserstoffbrückenbindungen zwischen der protonierten Amino-Gruppe und der Alkoxy-Abgangsgruppe. Da der Einfluss dieser Effekte auf die Reaktivität der untersuchten α-, β-, γ- und ζ-Silane sehr unterschiedlich ist, kann kein klarer Zusammenhang zwischen der Hydrolysereaktivität und der Positionierung der stickstoff-haltigen funktionellen Gruppe (α-, β-, γ- und ζ-Position) erkannt werden. Die jeweils beobachtete Reaktivität entspricht vielmehr einer Summe aller zuvor genannten Teileffekte. Die Erkenntnisse, die im Rahmen dieser Arbeit erhalten wurden, ermöglichen ein verbessertes grundlegendes Verständnis der Reaktivität von funktionalisierten α-, β-, γ- und ζ-Silanen, und sind für die Silicon-Industrie von großem Interesse, da sie eine gezieltere Anwendung der α-, β- und γ-Aminosilane in der Synthese von technisch wichtigen Amino-funktionalisierten Polysiloxanen erlauben. / This thesis deals with the synthesis and properties of a series of organofunctional α-, β-, γ-, and ζ-silanes, with a focus on alkoxy(aminoalky)silanes. The majority of these model compounds were systematically investigated for their hydrolysis kinetics, depending on the functional group X (NMe3+, N(H)COOMe, N(Me)COOMe, NH2, N(H)Me, NMe2, Pip, Me), the spacer between X and the silicon atom (α-, β-, γ-, and ζ-position of the functional group), the alkoxy leaving group at the silicon atom (MeO, iPrO, tBuO), and the pD value of the reaction mixture. One of the major challenges of this study was the synthesis of β-amino-functionalized alkoxysilanes, the chemistry of which was mainly due to stability issues not well established yet. Until now, the trialkoxysilane (EtO)3Si(CH2)2NH2 (1) and its dialkoxyderivative (EtO)2SiMe(CH2)2NH2 (2) were the only representatives of this type described in the literature. They were synthesized by reaction of the respective 2-(chloroethyl)silane and ammonia under high pressure in an autoclave. Using this synthetic method, the synthesis of the silanes 1 und 2 could be reproduced and the trimethoxyanalogue (MeO)3Si(CH2)2NH2 (3) could be prepared for the first time. Furthermore, a series of organofunctional monoalkoxysilanes of the formula type RORSiMe(CH2)2X and ROSiMe2C(H)MeCH2X (4b–18b) was synthesized on a preparative scale in analytically pure form. Also, the corresponding α-silanes 8a, 11a, 14a, and 15a, the γ-silanes 6c, 8c, 11c, 13c–15c, and 18c, and the ζ-silanes 19 and 20 were prepared for the first time. In addition, the well known α-silanes 16a–18a and γ-silanes 7c, 16c, and 17c were synthesized for their use in the hydrolysis experiments. All the compounds synthesized in this study were characterized by NMR spectroscopy (1H, 13C, 15N, and 29Si NMR) and elemental analysis (C, H, N) or HRMS experiments. The hydrolytic cleavage of the Si–OC bond of alkoxy(aminoalkyl)silanes represents a technically very important key step in the synthesis of amino-functionalized polysiloxanes. To get a better understanding of the mechanism of this Si–OC bond cleavage, the alkoxysilanes 4b, 4c, 5b, 6b, 6c, 7b, 7c, 8a–8c, 9b, 11a–11c, 12b, 14a–14c, 15a–15c, 16a–16c, 17a–17c, 18a–18c, 19, and 20 were studied for their hydrolysis kinetics in CD3CN/D2O under acidic and basic conditions, using 1H NMR spectroscopy as the analytical tool. The results of these structure–reactivity studies clearly demonstrate that the different hydrolysis reactivities observed are the result of a number of parameters, such as electronic and steric effects, the strong impact of the pD value, and intramolecular N–H∙∙∙O hydrogen bonds between the protonated amino group and the alkoxy leaving group. These parameters affect the hydrolysis reactivity of the α-, β-, γ-, and ζ-silanes in an unpredictable manner, so that no clear correlation between the hydrolysis reactivity and the position of the nitrogen-containing functional group (α-, β-, γ-, and ζ-position) can be found. The observed reactivity is rather a summation of all the aformentioned parameters. The insight gained from this work allows for a much clearer conceptual understanding of the reactivity of functionalized α-, β-, γ-, and ζ-silanes. These findings are also of great interest for silicone industry as they allow for a more directed application of α-, β-, and γ-aminosilanes for the preparation of the technically important class of amino-functionalized polysiloxanes.

Stilbene-based star-shaped mesogens have been synthesized with and without fullerene guests. Thermotropic properties and the mechanism of space-filling in the mesophases of these systems have been examined. / Auf Stilben basierende sternförmige Mesogene wurden mit als auch ohne Fullerengäste synthetisiert. Die thermotropen Eigenschaften und der Mechanismus der Raumfüllung in den Mesophasen dieser Systeme wurden untersucht.