This thesis highlights the importance of isomer-selective approaches for the complete analysis of chemical processes. The method of choice is photoelectron/photoion coincidence spectroscopy, which allows simultaneous detection of electrons and ions coming from a single ionization event. Ionization techniques are sensitive and can record multiple species simultaneously, rendering them ideal tools to probe molecular transformations. Coupling these setups to synchrotron radiation allows one to analyze complex mixtures with isomer selectivity, based on ionization energies and vibrational structure in the cation, without any prior separation steps. Only few setups exist that can be used to gather these data, although their impact and applicability is growing steadily in various fields. For closed-shell species an easier and more widely used method is gas-chromatography, but most open shell species would not survive the separation process. Due to the reactivity of radicals they have to be created by selectively converting stable precursor molecules. Depending on the radical generation method different properties can be investigated ranging from thermodynamic data, over concentrations in high temperature environments, to chemical kinetics. The first part of this thesis deals with the determination of bimolecular rate constants. Isomeric hydrocarbon radicals were generated by a high intense UV light pulses and their kinetics with oxygen was measured. The pressure dependence of different isomers in the falloff region was compared to theoretical models, and their reactivity could be explained. The second part deals with boron containing compounds in various electronic situations. The corresponding precursors were successfully synthesized or could be bought. They were subjected to fluorine atoms in chemical reactors or destroyed pyrolytically at high temperatures. Most investigated species exhibited vibronic effects that could be elucidated using high level computations. / Die vorliegende Arbeit lässt sich in zwei Unterkategorien gliedern. Sie befasst sich zum einen mit der isomerenselektiven Identifikation von hochreaktiven anorganischen Verbindungen. Zum anderen werden Ratenkonstanten für die Reaktionen verschiedener Kohlenwasserstoffradikale mit Sauerstoff ermittelt. Beide Bereiche sind durch die Frage der Energiespeicherung und -gewinnung in der Zukunft unmittelbar miteinander verbunden. Die Herausforderung reaktive Moleküle zu untersuchen, liegt oft darin sie in einer inerten Atmosphäre erzeugen zu müssen. Nur unter diesen Bedingungen hat ihre Reaktivität kaum Möglichkeiten sich zu entfalten. Hierzu wurden stabile Vorläufermoleküle in die Gasphase überführt und in einer verdünnten Umgebung möglichst selektiv in die gewünschte Radikalspezies überführt. Sowohl deren isomereselektive Identifikation als auch die Bestimmung der Ratenkonstanten wurde mittels Schwellenphotoelektronenspektroskopie durchgeführt. Mit Hilfe eines Photoelektron/Photoion Koinzidenz (PEPICO) Aufbaus konnten massenselektive Signale detektiert werden. Diese Methode benötigt eine Lichtquelle, die eine hohe Repetitionsrate aufweist und im VUV-Bereich komplett spektral durchstimmbar ist. Diese Voraussetzungen sind an Synchrotron-Strahlungsquellen verfügbar, weshalb die Experimente in dieser Arbeit an den entsprechenden Strahllinien an der SwissLightSource oder am Synchrotron SOLEIL durchgeführt wurden. Zur Unterstützung der experimentellen Daten wurden durch quantenchemische Rechnungen und Simulationen durchgeführt, aus denen eine klare isomerenselektive Zuordnung des jeweiligen Signals erfolgt. Die gesuchten Ratenkonstanten konnten mittels geeigneter Programme aus den Kinetikdaten extrahiert werden, wobei auch die Ratenkonstanten der Seitenreaktionen berücksichtigt wurden.

Cyanoform (tricyanomethane) is one of the strongest carbon-based organic acids reported in text books of organic chemistry, which has evaded synthesis and isolation in its free state, since 120 years. In this dissertation, the acid-free synthesis of cyanoform by an absolutely new approach has been discussed. Generation of the elusive molecule, cyanoform from the photolysis and thermolysis of 2-(azidomethylidene)malononitrile, has been confirmed at very low temperatures by 1H NMR, 13C NMR, 15N NMR, and the relevant 2D NMR spectroscopic techniques. Moreover, it has been proved that cyanoform is relatively stable, but can be detected only below –85 oC, and not at high temperatures (at –45 oC, as has been reported in literature), because of a rapid equilibration with an another species. Furthermore, the chemistry of cyanoform in the ring enlargement reactions with various highly strained epoxides, azirines, and aziridines, via the highly reactive dicyanoketenimine intermediate, as well as its Michael addition reactions with different α,β-unsaturated carbonyl compounds has been well explored. In addition, the synthesis of N1-substituted 1,2,3-triazoles and study of their rearrangement to the corresponding N2-substituted 1,2,3-triazoles, under thermal and nucleophile-catalyzed reaction conditions, has been well investigated. / Cyanoform (Tricyanomethan) ist eine der stärksten in der Literatur beschriebenen organischen Kohlenstoffsäuren, welche sich seit 120 Jahren einer erfolgreichen Synthese und Isolierung entzogen hat. In dieser Arbeit wird die säurefreie Synthese des Cyanoforms mittels eines neuartigen Ansatzes diskutiert. Die Bildung des schwer fassbaren Moleküls durch Photolyse und Thermolyse von 2 (Azidomethyliden)malonitril ist bei tiefen Temperaturen durch 1H-NMR, 13C-NMR, 15N-NMR und relevante 2D-NMR-Methoden bestätigt worden. Es konnte bewiesen werden, dass Cyanoform relative stabil ist, aber erst unterhalb von –85 °C detektierbar ist und nicht bereits bei hӧherer Temperature (bei –45 °C, wie es in der Literatur beschrieben wurde) bedingt durch die rasche Äquilibrierung mit einer weiteren Species. Des Weiteren wurde die Reaktivität von Cyanoform in Ringerweiterungsreaktionen mit verschiedenen, stark gespannten Epoxiden, Azirinen und Aziridinen untersucht, wobei das hoch reaktive Dicyanoketenimin-Intermediat durchlaufen wird. Auch die Michael-Addition an α,β ungesättigte Carbonylverbindungen wurde ausführlich untersucht. Zusätzlich wurde die Synthese N1 substituierter 1,2,3-Triazole und deren Umlagerung in N2 substituierte 1,2,3-Triazole unter thermischen und nucleophil-katalysierten Bedingungen erforscht.

Cyanoform (tricyanomethane) is one of the strongest carbon-based organic acids reported in text books of organic chemistry, which has evaded synthesis and isolation in its free state, since 120 years. In this dissertation, the acid-free synthesis of cyanoform by an absolutely new approach has been discussed. Generation of the elusive molecule, cyanoform from the photolysis and thermolysis of 2-(azidomethylidene)malononitrile, has been confirmed at very low temperatures by 1H NMR, 13C NMR, 15N NMR, and the relevant 2D NMR spectroscopic techniques. Moreover, it has been proved that cyanoform is relatively stable, but can be detected only below –85 oC, and not at high temperatures (at –45 oC, as has been reported in literature), because of a rapid equilibration with an another species. Furthermore, the chemistry of cyanoform in the ring enlargement reactions with various highly strained epoxides, azirines, and aziridines, via the highly reactive dicyanoketenimine intermediate, as well as its Michael addition reactions with different α,β-unsaturated carbonyl compounds has been well explored. In addition, the synthesis of N1-substituted 1,2,3-triazoles and study of their rearrangement to the corresponding N2-substituted 1,2,3-triazoles, under thermal and nucleophile-catalyzed reaction conditions, has been well investigated. / Cyanoform (Tricyanomethan) ist eine der stärksten in der Literatur beschriebenen organischen Kohlenstoffsäuren, welche sich seit 120 Jahren einer erfolgreichen Synthese und Isolierung entzogen hat. In dieser Arbeit wird die säurefreie Synthese des Cyanoforms mittels eines neuartigen Ansatzes diskutiert. Die Bildung des schwer fassbaren Moleküls durch Photolyse und Thermolyse von 2 (Azidomethyliden)malonitril ist bei tiefen Temperaturen durch 1H-NMR, 13C-NMR, 15N-NMR und relevante 2D-NMR-Methoden bestätigt worden. Es konnte bewiesen werden, dass Cyanoform relative stabil ist, aber erst unterhalb von –85 °C detektierbar ist und nicht bereits bei hӧherer Temperature (bei –45 °C, wie es in der Literatur beschrieben wurde) bedingt durch die rasche Äquilibrierung mit einer weiteren Species. Des Weiteren wurde die Reaktivität von Cyanoform in Ringerweiterungsreaktionen mit verschiedenen, stark gespannten Epoxiden, Azirinen und Aziridinen untersucht, wobei das hoch reaktive Dicyanoketenimin-Intermediat durchlaufen wird. Auch die Michael-Addition an α,β ungesättigte Carbonylverbindungen wurde ausführlich untersucht. Zusätzlich wurde die Synthese N1 substituierter 1,2,3-Triazole und deren Umlagerung in N2 substituierte 1,2,3-Triazole unter thermischen und nucleophil-katalysierten Bedingungen erforscht.