University, Diss., 2004--Heidelberg.

Gegenstand der Arbeit ist die Analyse und Verbesserung des bestehenden Softwaresystems ¨Internet Gateway Language - IGL¨. Dieses Softwaresystem wurde bei der Siemens Nixdorf Informationssysteme AG, in der Abteilung ¨Dienstleistungszentrum Systemtechnik/-integration¨ entwickelt. Ziel von ¨IGL¨ ist die schnelle und kosteneffiziente Anbindung bestehender Applikationen an das Internet bzw. an Intranets mittels der World Wide Web-Technologie. Um auftretende Performance-Engpässe analysieren, einordnen und beseitigen zu können, werden die Besonderheiten von ¨WWW-Applikationen¨ untersucht. Anschließend wird eine geeignete Testmethodik für die Analyse der Performance-Schwachpunkte entworfen. Hierzu werden Analysewerkzeuge geschaffen und das IGL--System entsprechend angepaßt. Es wird gezeigt, daß wesentliche Performance-Gewinne nur durch konzeptionelle Änderungen am IGL-System möglich sind. Diese Änderungen umgehen die von der WWW-Technologie verursachten Schwachpunkte und bieten Freiraum für künftige Erweiterungen des IGL-Systems.

Probleme bei der Bereitstellung eines Browsing Dienstes via Samba in (fremdadministrierten) heterogenen Netzen. Lösungen und Konfigurationsmöglichkeiten werden behandelt.

Die Hydrodehalogenierung von Siliciumtetrachlorid zu Trichlorsilan läuft bei moderaten Temperaturen von 700°C bis 900°C nur in Gegenwart von Katalysatoren mit hinreichender Geschwindigkeit ab. Die 5d- ÜM- Silicide sowie die unter den Reaktionsbedingungen stabilen Chloride der Erdalkalimetalle katalysieren selektiv die Hydrierung von SiCl4 zu HSiCl3. Ein erweitertes Katalysemodell mit Elektronentransferschritten innerhalb der festen Reaktionsschicht wurde postuliert. Voraussetzung dafür ist eine elektrische Leitfähigkeit in der quaternären M- Si- Cl- H- Reaktionsschicht. Dazu wurde die heterogene Bildung von ÜM- Siliciden unter einer H2/SiCl4-Atmosphäre mittels Widerstandsmessungen verfolgt. Die Aktivierungsenergie der Bildungsreaktion korreliert mit der Metallbindungsstärke. Eine Klassifizierung der Wachstumsmechanismen der ersten Silicidphase bezüglich Insel- oder Schichtwachstum ist möglich. Weiterhin ist die Abscheidung und Lösung von Silicium aus einer H2/SiCl4-Gasphase durch eine Metallchloridmatrix untersucht und die quaternäre M- Si- Cl- H- Mischphase chemisch, strukturell und thermodynamisch charakterisiert worden.

Tuning the surface structure at the atomic level is of primary importance to simultaneously meet the electrocatalytic performance and stability criteria required for the development of low-temperature proton-exchange membrane fuel cells (PEMFCs). However, transposing the knowledge acquired on extended, model surfaces to practical nanomaterials remains highly challenging. Here, we propose the ‘Surface Distortion’ as a novel structural descriptor, which is able to reconciliate and unify seemingly opposing notions and contradictory experimental observations in regards to the electrocatalytic oxygen reduction reaction (ORR) reactivity. Beyond its unifying character, we show that surface distortion is pivotal to rationalise the electrocatalytic properties of state-of-art of PtNi/C nanocatalysts with distinct atomic composition, size, shape and degree of surface defectiveness under simulated PEMFC cathode environment. Our study brings fundamental and practical insights into the role of surface defects in electrocatalysis and thus highlights strategies to design more efficient and durable new generation of nanocatalysts

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Übergangsmetall-katalysierte Diborierung verschiedener ungesättigter Substrate untersucht. Die Diborierung von Dialkinen ermöglichte die Synthese einer Reihe neuer Verbindungen, welche sich in drei Gruppen einteilen lassen: i) Einkernige [4]Diboradicarbaferrocenophane, die zusätzlich entweder direkt oder über einen Spacer eine CC Dreifachbindung tragen; ii) zweikernige Komplexe, bei denen das [4]Ferrocenophanfragment über die zweite CC Dreifachbindung an ein niedervalentes Platinfragment koordiniert ist und iii) zweikernige Bis [4]diboradicarbaferrocenophane durch die Diborierung beider Dreifachbindungen des Dialkins. Von den vier Vertreter von Gruppe i) ist bei zweien die zweite CC Dreifachbindung direkt an die Bis(boryl)alkeneinheit gebunden, während bei den anderen eine Spacergruppe vorhanden ist. Die Darstellung der Komplexe kann entweder durch katalytische Diborierung der Dialkine durch [Fe{C5H4B(NMe2)}2] oder durch direkte Umsetzung mit [Fe{C5H4B(NMe2)}2Pt(PEt3)2] erfolgen. Hingegen führt die Umsetzung von [Fe{C5H4B(NMe2)}2Pt(PEt3)2] mit äquimolaren Mengen Dialkin zur Bildung der zweiten Verbindungen von Gruppe ii). Hier ist die zweite CC Dreifachbindung an ein [Pt(PEt3)2] Fragment koordiniert, wodurch ein Platinalkinkomplex entsteht. Unter den Produkten der Gruppe iii) sind zuerst die Komplexe zu nennen, die zwei Ferrocenophangruppen tragen. Die so synthetisierten Produkte weisen jeweils zwei chirale Ebenen auf und wurden deshalb als Diastereomerenpaare erhalten. Es konnte gezeigt werden, dass die einzelnen Diastereomere durch Erhitzen in Lösung ineinander umgewandelt werden können. Mittels DFT-Rechnungen konnte zudem ein plausibler Mechanismus aufgedeckt werden. Neben den Bis [4]ferrocenophanen wurde ein Komplex dargestellt, in dem ein [4]Diboradicarbaferrocenophanfragment über eine Spacerfunktion an einen entsprechenden von Bis(benzol)chrom abgeleiteten Metalloarenophanrest gebunden ist. Weiterhin wurden durch Umsetzung von [Pt(PEt3)3] mit den entsprechenden Dialkinen in unterschiedlicher Stöchiometrie jeweils drei einkernige bzw. zweikernige Platinalkinkomplexe sowie ein Platinalkenkomplex synthetisiert. Die IR-spektroskopischen Untersuchungen legen die Formulierung als Platinacyclopropene bzw. Platinacyclopropane nahe. Durch die Diborierung von Isocyaniden konnte unter bemerkenswert milden Reaktionsbedingungen eine Reihe von chiralen, einkernigen Bis(boryl)iminokomplexen dargestellt werden. Die Synthese verläuft entweder durch direkte Umsetzung der Diborane(4) mit den entsprechenden Isocyaniden oder, mit verlängerten Reaktionszeiten auch durch Diborierung der Isocyanide mittels der entsprechenden [3]Metalloarenophane. Durch Umsetzung von [2]Borametalloarenophanen mit Diisocyaniden konnten zudem verschiedene zwei- bzw. dreikernige Bis(boryl)iminokomplexe zugänglich gemacht werden. Die hierzu ausgewählten Diisocyanide tragen wiederum eine Spacereinheit zwischen den beiden NC Funktionalitäten. Genau wie bei den Reaktionen von Dialkinen treten auch hier die Produkte als Paare von Diastereomeren auf. Ein weiteres Projekt beschäftigte sich mit der oxidativen Addition von [Fe{C5H4B(NMe2)}2] an verschiedene Übergangsmetallkomplexe. Die Umsetzungen führten allerdings in keinem Fall zur Bildung der gewünschten Bis(boryl)metallkomplexe. Bei verschiedenen Platinkomplexen kann jedoch die Bildung eines einheitlichen Produkts beobachtet werden. Es wird deshalb in Übereinstimmung mit den spektroskopischen Daten vermutet, dass es sich dabei um ein [2.2]Diboraferrocenophan handelt. Eine saubere Isolierung des Produkts gelingt jedoch nicht, weshalb der strukturelle Nachweis bislang nicht geführt werden kann. Abschließend konnte dabei gezeigt werden, dass mehrtägiges Erhitzen von [Fe{C5H4B(NMe2)}2Pt(PEt3)2] in Lösung hochselektiv zur Bildung des mutmaßlichen [2.2]Diboraferrocenophans führt. Weiterhin ist auch die Umsetzung von [Fe{C5H4B(NMe2)}2] mit katalytischen Mengen [Pt{P(CH2Cy)3}2] erfolgreich, führte jedoch nicht zu einer Isolierung des Produkts in Substanz. / In the course of this work the transition metal-catalyzed diboration of unsaturated substrates has been studied in detail, while the main part was concerned with the functionalization of dialkynes. A number of new compounds were prepared featuring one of the following structural motifs: i) mononuclear [4]diboradicarbaferrocenophanes bound to a pendant CC triple bond either directly or via spacer, ii) related dinuclear complexes, in which the adjacent triple bond is coordinated toward a low-valent platinum fragment, and iii) dinuclear bis [4]diboradicarbaferrocenophanes formed by double diboration of the dialkyne. Four representatives of the first group were synthesized; two of them having the second CC triple bond bound directly to the bis(boryl)alkene unit, while for the other two a spacer group is present. The preparation of the complexes can either be accomplished by diboration via [Fe{C5H4B(NMe2)}2] using a catalytic amount of [Pt(PEt3)3] or by direct functionalization of the dialkynes with the [Fe{C5H4B(NMe2)}2Pt(PEt3)2]. Two species of the group ii) were obtained by reaction of the dialkynes with an equimolar amount of [Fe{C5H4B(NMe2)}2Pt(PEt3)2]. In this case, the second triple bond of the dialkyne is coordinated to a [Pt(PEt3)2] fragment, thus forming a platinum alkyne complex. Among the products of the last group are complexes bearing two ferrocenophane fragments featuring two chiral planes each and, therefore, being formed as pairs of diastereomers. The single diastereomers can be interconverted by heating in solution. A plausible mechanism was deduced from DFT calculations. Along with these bis [4]ferrocenophanes, a complex was synthesized in which the [4]ferrocenophane fragment is bound to a metalloarenophane moiety derived from bis(benzene)chromium via a spacer unit. In addition, the reaction of [Pt(PEt3)3] with the aforementioned dialkynes was studied for different stoichiometries, yielding three mononuclear and three dinuclear platinum alkyne complexes along with one platinum alkene complex. IR spectroscopic data suggest the formulation as platinacyclopropenes or –propane, respectively. Four mononuclear, chiral bis(boryl)imines were obtained by diboration of two different dialkynes under remarkably mild reaction conditions. The synthesis can be conducted either directly by reacting the diboranes(4) with the respective isocyanide, or  with prolonged reaction times – by diboration of the isocyanide via the corresponding [3]metalloarenophanes, respectively. The reaction of the [2]borametalloarenophanes with diisocyanides led to a series of dinuclear and trinuclear bis(boryl)imines. The chosen diisocyanides have a spacer unit between the two NC functionalities. In analogy to the related reactions with dialkynes, the products were formed as pairs of diastereomers. The oxidative addition of [Fe{C5H4B(NMe2)}2] toward different transition-metal complexes was also studied. However the formation of the envisaged bis(boryl)metal complexes could not be observed in any case. Interestingly, for different three platinum complexes a well-defined product was formed. In agreement with the spectroscopic parameters, the product most probably represents a [2.2]diboraferrocenophane, the formal dimerization product of [Fe{C5H4B(NMe2)}2]. Thus, heating [Fe{C5H4B(NMe2)}2Pt(PEt3)2] in solution for several days afforded this product highly selective. The reaction of [Fe{C5H4B(NMe2)}2] with catalytic amounts of [Pt{P(CH2Cy)3}2] leads to the same result. However, the product could not be isolated analytically pure.

In dieser Arbeit werden die Wechselwirkungen von Wasserstoff mit festen Materialien und Oberflächen untersucht. Zunächst wird der Kontext unserer Untersuchung durch eine kurze Einordnung in die Geschichte der Naturwissenschaften im Allgemeinen, und der Oberflächenforschung im Speziellen, hergestellt. Anschließend wird der quanten- mechanische Apparat, welcher nötig ist um die betrachteten Systeme zu beschreiben, eingeführt um dann detailliert die Potentialhyperfläche der Entstehung von Wasser durch Adsoprtion von Wasserstoff auf einer teilweise oxidierten Ruthenium(0001) Metalloberfläche zu studieren. Zudem wird das gleiche System betrachtet, wenn die Metalloberfläche zusätzlich von einer biatomaren, kristallinen Lage Siliziumdioxid (SiO2 ) bedeckt ist, wodurch eine räumliche Beengung eintritt. Wir verwenden unsere Ergebnisse zusammen mit experimentellen Beobachtungen und mathematischen Metho- den um ein vollständig theoretisches Modell zu entwerfen und das System grundlegend verstehen zu können. In einem weiteren Schritt werden die chemischen Änderungen der Siliziumdioxid Doppellage untersucht, wenn das System Wasserstoffplasma ausgesetzt wird. Es werden diverse mögliche Defektstrukturen diskutiert und mithilfe experi- menteller Befunde die wahrscheinlichste Struktur isoliert. Im letzten Kapitel werden die typischen Näherungen untersucht, welche notwendig sind um quantenmechanische Methoden mit Hilfe von Computern durchführbar zu machen. Wir verwenden den sogenannten embedded-fragment Ansatz um die Diffusionsbarriere von Wasserstoff auf Aluminiumoxid mit chemischer Genauigkeit zu berechnen. Unsere Ergebnisse auf dem coupled-cluster with singles, doubles and perturbative triples (CCSD(T))- Niveau können sowohl als Referenz für experimentelle Untersuchungen, als auch für andere quantenmechanische Methoden wie z.B. die Dichtefunktionaltheorie, angesehen werden. / The present thesis aims at investigating the interactions of hydrogen with solid surfaces and materials. We first offer a brief historical context for surface science, as well as quantum mechanics and science is general, before deriving the mathematical appa- ratus necessary to investigate our systems of interest. We then move on to explore the potential energy surface of the water-formation-reaction on a partially oxidized ruthenium(0001) surface when confined under a two-atom thick sheet of silica (SiO2 ). We further employ our findings in conjunction with experimental observations and mathematical modeling to set up a fully theoretical model of the system in order to explain its behavior. In the second chapter we investigate the chemical alteration of the ultra-thin silica bilayer by means of exposing it to hydrogen plasma. We elucidate possible defects formed during the process and pin-point the most likely structure found. In the last chapter, we investigate the possible error sources that are inherent in quantum mechanical modeling and employ the so called embedded fragment approach to lift the approximations up to the coupled cluster singles and doubles with perturba- tive triples (CCSD(T)) level of theory. We then apply this methodology to the diffusion of hydrogen on aluminum oxide to obtain a diffusion barrier of chemical accuracy that may both be used to benchmark other approaches such as density functional theory, as well as experimental findings.

In der vorliegenden Arbeit konnte neben zwei Syntheserouten für neuartige Eninsubstrate auch eine eisenkatalysierte Cycloisomerisierung von Indoylinonen entwickelt werden. Die Methode zeichnet sich neben ihrer Nachhaltigkeit dadurch aus, dass anhand der Temperatur oder des verwendeten Lösemittels zwischen den entstehenden Produktklassen, Spiroindolenine und Chinoline, differenziert werden kann. Über die gewünschten Produkte hinaus konnten ein Tetrahydrocarbazolon, Oxindol sowie ein Indol-Derivat synthetisiert werden. Aufbauend darauf ließ sich in ersten Studien erfolgreich belegen, dass eine modifizierte Variante der entwickelten eisenkatalysirten Cycloisomerisierung in der Totalsynthese des Indol-Alkaloids Welwitindolinon A angewendet werden kann. Im Bereich der Komplexentwicklung wurden Eisendiazokomplexe mit diversern elektronenschiebenden und -ziehenden dargestellt. Dabei konnte festgestellt werden, dass das Koordinationsverhalten des Diazo-Liganden durch verschiedene Komponenten beeinflussbar ist. Dies konnte durch diverse spektroskopische Methoden, wie z.B. MÖSSBAUER oder XAS, plausibilisiert werden. Mit der selektiven Nitro-Reduktion in Anwesenheit eines Epoxids und unmittelbar folgender Indolbildung, war zudem ein erstes Anwendungsbeispiel für die beschriebenen Eisendiazokomplexe gefunden. Zusätzlich deuten erste Hinweise darauf hin, dass zwei Diazo-Analoga zu dem kationischen Eisenkomplex [Fe(CO)(NO)(PPh3)2][BF4] synthetisiert werden konnten. Im zweiten Teil der Arbeit konnte erfolgreich ein Baukastensystem, bestehend aus Material, „Spacer“ und Komplex, entwickelt werden um mittels CLICK-CHEMIE molekulare heterogene Katalysatorsysteme nachhaltig aufzubauen. Die entworfenen Systeme sowie die präsentierte Methode zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine reaktionsbezogene Optimierung mit nur geringem präparativen Aufwand ermöglichen. Ihre Anwendung in der Katalyse konnte in zwei unterschiedlichen Transformationen erfolgreich nachgewiesen werden. Neben der Erhöhung der Ausbeute konnte exemplarisch eine erste C–H-Aminierung in einem molekularen heterogenen Katalysatorsystem mit definierten, dirigierenden Geometrien durchgeführt werden. Gleichzeitig erlaubt das entwickelte Konzept die Recyclierbarkeit des Katalysators mit lediglich marginalen Ausbeuteverlusten, was was in Bezug auf die Ruthenium-Komlexe ein hohes Maß an Nachhaltigkeit sicherstellt. Außerdem konnten die ersten beiden Eisendiazokomplexe mit einer Alkin-Einheit modifiziert und anschließend in dem Porensystem eines SBA15-Materials immobilisiert werden. Somit stehen erste Eisenkomplexe für die Anwendung in der molekularen heterogenen Katalyse in definierten, dirigierenden Geometrien zur Verfügung.:I. THEORETISCHER TEIL ...................................................................................... 1 1 Einleitung .................................................................................. 2 Nachhaltigkeit in der Chemie .................................................... 2 2 Problemstellung ...................................................................................... 6 3 Eisenkatalysierte Cycloisomerisierung in der Naturstoffsynthese ........................... 8 Einführung ...................................................................................................................8 3.1.1 Eisenkatalysierte Cycloisomerisierungen ......................................................... 8 3.1.2 Monoterpenoide (iridoide) Indolalkaloide ........................................................ 10 3.1.3 Retrosynthese der 1. Generation zum Aufbau des 6,4-bicylischen Gerüsts ... 11 Aufbau des Welwitindolinones A 2 über die Bildung des 6,4-bicyclischen Gerüsts 12 3.2.1 Studien zum Aufbau des Katalysesubstrats 30 ausgehend von Cyclopentadien 34 und Methylcyclopentadien.................................................................................... 12 3.2.2 Studien zum Aufbau des Katalysesubstrats 30 ausgehend von 2-Methyl-3- butennitril 42 ............................................................................................................ 13 3.2.3 Studien zum Aufbau des Modellsubstrats 57 mit terminaler Doppelbindung .. 15 3.2.4 Studien zum Aufbau des Modellsubstrats 82 mit dimethylierter Doppelbindung 18 3.2.5 Eisenkatalysierte Cycloisomerisierung der Katalysesubstrate 57 und 82 ....... 21 Alternative Retrosynthese zum Aufbau des Welwitindolinones A 2 über die Bildung des Spirooxindol-Gerüsts..........................................................................................22 3.3.1 Vorversuche zur eisenkatalysierten Cyclosisomerisierung verschiedener Indoylinone ............................................................................................................... 24 3.3.2 Optimierung der Reaktionsparameter ............................................................. 26 3.3.3 Substratsynthese ............................................................................................. 32 3.3.4 Untersuchung des Substratspektrums ............................................................ 38 3.3.4.1 Reaktionsbedingungen zur Bildung der Spirocyclen .................................. 38 3.3.4.2 Reaktionsbedingungen zur Synthese der Chinoline ................................... 44 3.3.4.3 Mechanistische Untersuchungen ................................................................ 48 3.3.5 Anwendung der entwickelten eisenkatalysierten Cycloisomerisierung in der Synthese des Welwitindolinons A 2 .......................................................................... 52 Zusammenfassung ................................................................................................... 54 4 Schaltbare kationische Eisenkomplexe für Anwendungen in der Katalyse ........... 56 Einführung................................................................................................................. 56 Vom Eisenpentacarbonyl über die „end-on“- zur „side-on“-Struktur ....................... 58 Studien zur Synthese des Diazo-Analogons des kationischen Nitrosyl-Komplexes 1 67 Erste Anwendungsversuche der Eisendiazokomplexe ............................................ 71 Zusammenfassung ................................................................................................... 74 5 Molekulare heterogene Katalyse in definierten, dirigierenden Geometrien ........... 76 Einführung................................................................................................................. 76 5.1.1 Konzept der molekulare heterogene Katalyse in definierten, dirigierenden Geometrien ............................................................................................................... 76 5.1.2 Transferhydrierung: Wasserstoff-Autotransferkatalyse/“Borrowing-Hydrogen“ 78 Darstellung des Ru(NNNN)-Komplexes 284 und des Alkin-modifizierten Ru(NNNN)*-Komplexes 294 .................................................................................... 80 Studien zur Darstellung der „Spacer“-Moleküle 315, 316, 317 und 333 .................. 82 Darstellung diverser Ru(NNNN)*SpacerX- und Ru(NNNN)*SpacerX*Ph-Einheiten 86 Studien zum mesoporösen Silica-Material .............................................................. 89 5.5.1 Einführung........................................................................................................ 89 5.5.2 Studien zur Darstellung der Kopfgruppen ....................................................... 91 5.5.3 Studien zur Darstellung des Materials und Charakterisierung des synthetisierten SBA-15-N3 -Material........................................................................ 92 5.5.4 Studien zu der Immobilisierung der Rutheniumkomplexe und der Defunktionalisierung der äußeren Oberfläche ........................................................ 101 5.5.4.1 Einführung ................................................................................................. 101 5.5.4.2 Studien zu der Immobilisierung der Rutheniumkomplexe........................ 102 5.5.4.3 Studien zum „Capping“ der Materialoberfläche ....................................... 107 5.5.4.4 Studien zur Adsorption/Diffusion ............................................................. 110 Ruthenium-basierte Katalysen ................................................................................113 5.6.1 Erste Studien zur Wasserstoff-Autotransferkatalyse nach W EICKMANN .... 113 5.6.2 Homogene Transferhydrierung ...................................................................... 115 5.6.3 Molekulare heterogene Transferhydrierung in definierten, dirigierenden Geometrien ............................................................................................................. 118 5.6.4 Ergänzende Studien zur Wasserstoff-Autotransferkatalyse .......................... 133 5.6.4.1 Studien zum Kondensationsschritt und Kinetik-Studien der Wasserstoff- Autotransferkatalyse ............................................................................................... 133 5.6.4.2 Studien zum besseren Verständnis der mangelnden Reaktivität der Wasserstoff-Autotransferhydrierung im molekularn heterogenen Fall ................... 137 Molekulare heterogene C–H-Aminierung in definierten, dirigierenden Geometrien 140 Immobilisierung der Eisendiazokomplexe.............................................................. 142 5.8.1 MÖSSBAUER -Studien und Berechnungen zur Aufklärung der Koordinationssituation der Eisendiazokomplexe .................................................... 144 5.8.2 EXAFS- und XANES-Analysen zur Aufklärung der Koordinationssituation der Eisendiazokomplexe .............................................................................................. 147 Zusammenfassung...................................................................................................154 6 Zusammenfassung und Ausblick ......................................................................... 158 II. EXPERIMENTELLER T EIL ............................................................................... 168 7 Allgemeine Angaben ............................................................................................ 169 8 Eisenkatalysierte Cycloisomerisierung in der Naturstoffsynthese ....................... 180 9 Schaltbare kationische Eisenkomplexe für Anwendungen in der Katalyse ......... 267 10 Molekulare heterogene Katalyse in definierten, dirigierenden Geometrien ....... 281 Literaturverzeichnis................................................................................................. 340 Röntgenstrukturanalysen ....................................................................................... 348 Laborjournalnummern/Spektrenbezeichnungen .................................................... 384

Die Immobilisierung homogener Katalysatoren ist eine wichtige Methode zur Realisierung der Abtrennbarkeit und Wiederverwendbarkeit aktiver Spezies. Im Rahmen dieser Arbeit wurde durch die Komplexierung von Palladium mit 1,4-Bis-(4′-pyrazolyl)benzen ein neues mikroporöses Koordinationspolymer generiert und dieses als heterogener Katalysator in der Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktion erfolgreich eingesetzt. Dabei konnten vollständige Umsätze und hohe Selektivitäten erzielt werden, die vergleichbar zu bereits kommerziell erhältlichen homogenen Katalysatoren sind. Die Besonderheit des Katalysators ist, neben dessen außergewöhnlich hohen chemischen Stabilität, die Variation seiner Struktureigenschaften durch die Wahl der Synthesebedingungen und die damit verbundene Steuerung seiner katalytischen Aktivität.:1 EINLEITUNG 1 2 KENNTNISSTAND 5 2.1 Immobilisierung von Palladium 5 2.1.1 Organische Trägermaterialien 6 2.1.1.1 Polyanilin 6 2.1.1.2 Polymerverankerte Phosphanliganden 8 2.1.1.3 Imprägnierung komplexfunktionalisierter Polymere 10 2.1.2 Anorganische Trägermaterialien 11 2.1.2.1 Aktivkohle 11 2.1.2.2 Metalloxide 13 2.1.3 Hybridmaterialien 14 2.1.3.1 Infinite Coordination Polymers 14 2.1.3.2 Metal-Organic Frameworks 17 2.2 Die Suzuki-Miyaura-Kreuzkupplungsreaktion 24 2.2.1 Allgemeine mechanistische Vorstellungen zur Reaktion 27 2.2.2 Die PdII/PdIV-Katalyse – Ein umstrittener Mechanismus 29 3 AUFGABENSTELLUNG UND LÖSUNGSSTRATEGIE 33 4 ERGEBNISSE UND DISKUSSION 38 4.1 Charakterisierung des Koordinationspolymers [Pd(BPB)]n 38 4.1.1 Bis(triphenylphosphan)palladium(II)dichlorid als Palladiumprecursor 38 4.1.1.1 Synthese und Charakterisierung 38 4.1.1.2 Porosität 49 4.1.1.3 Oxidationsstufe des Palladium 57 4.1.1.4 Strukturdiskussion 64 4.1.2 Mechanistische Untersuchungen zur Bildung von [Pd(BPB)]n 74 4.1.2.1 Verfolgung des Reaktionsablaufes mittels Kernresonanzspektroskopie 74 4.1.2.2 Vorschläge zum Reaktionsmechanismus 81 4.1.3 Alternative Palladiumprecursoren für [Pd(BPB)]n 88 4.1.3.1 Bis(triphenylphosphan)palladium(II)dibromid 88 4.1.3.2 Natriumtetrachloropalladat 90 4.1.3.3 Weitere Palladiumprecursoren 93 4.1.4 Alternative Synthesetechniken für [Pd(BPB)]n 94 4.1.4.1 Solvothermale Synthese 94 4.1.4.2 Basendiffusionsmethode 95 4.2 Heterogen katalysierte Suzuki-Miyaura-Reaktion mit [Pd(BPB)]n 97 4.2.1 Verifizierung des Versuchsablaufes mittels Vergleichskatalysatoren 97 4.2.2 Die katalytische Aktivität von [Pd(BPB)]n in der Suzuki-Reaktion 100 4.2.3 Katalysatorstabilität und Wiederverwendbarkeit von [Pd(BPB)]n 104 4.2.4 Einfluss der Reaktionstemperatur 110 4.2.5 Einfluss des phosphanhaltigen Palladiumprecursors 114 5 ZUSAMMENFASSUNG 116 A EXPERIMENTELLER TEIL 120 A.1 Synthese und Charakterisierung von [Pd(BPB)]n 120 A.1.1 Arbeitstechniken und verwendete Chemikalien 120 A.1.2 Synthesevorschriften für [Pd(BPB)]n 122 A.1.2.1 Darstellung von 1,4-Bis-(4′-pyrazolyl)benzen (H2BPB) 122 A.1.2.2 Fällungssynthese von [Pd(BPB)]n 122 A.1.2.3 Solvothermale Synthese von [Pd(BPB)]n 123 A.1.2.4 Diffusionskontrollierte Synthese von [Pd(BPB)]n 124 A.1.2.5 Synthese aus Natriumtetrachloropalladat 124 A.1.2.6 Synthese aus Palladiumacetat 124 A.1.2.7 Synthese aus PdBr2(PPh3)2 125 A.1.3 Charakterisierung von [Pd(BPB)]n 125 A.2 Durchführung der Suzuki-Miyaura-Reaktion 127 A.2.1 Umsetzung von 4-Bromacetophenon mit Phenylboronsäure 127 A.2.2 Katalysatorstabilität und Wiederverwendbarkeit 128 A.2.3 Analyse und Identifizierung der Reaktionsprodukte 129 B ANHANG 134 B.1 Charakterisierung von [Pd(BPB)]n 134 B.2 Mechanistische Untersuchungen zur Bildung von [Pd(BPB)]n 140 B.3 Katalytische Aktivität von [Pd(BPB)]n 141 B.4 Tabellenverzeichnis 143 B.5 Abbildungsverzeichnis 145 B.6 Symbole und Abkürzungen 150 B.7 Literaturverzeichnis 154

In der vorliegenden Arbeit werden Al2O3-geträgerte Eisenoxid-Katalysatoren auf ihre Eignung in der Nachbehandlung von Dieselabgasen getestet. Hierbei werden die Oxidationsreaktionen von Kohlenmonoxid, Propen, Stickstoffmonoxid sowie Ammoniak getestet. Weiterhin wird die Katalysatoraktivität bei der Stickoxidminderung nach dem SCR-Verfahren untersucht. Basierend auf einer detaillierten Charakterisierung wird eine Struktur-Aktivitäts-Korrelation entwickelt, auf deren Basis ein Verständnis für die Art der aktiven Zentren solcher Katalysatoren generiert wird. Zudem wird ein Modell entwickelt, mit Hilfe dessen die spezifische Aktivität der verschiedenen Typen an aktiven Zentren bewertet werden kann. Darüber hinaus wird in dieser Arbeit auf die Stickoxidminderung nach dem SCR-Verfahren fokussiert, was die Untersuchungen des Reaktionsmechanismus sowie die Struktur-Aktivitäts-Korrelation an hydrothermal gealterten Katalysatoren beinhaltet.:Inhalt 1. Einleitung 2. Aufgabenstellung 3. Grundlagen 3.1 Schadstoffbildung bei der Verbrennung fossiler Energieträger 3.2 Verfahren zur Schadstoffminderung bei Kraftfahrzeugen 3.3 Aktueller Stand der Entwicklung edelmetallfreier Katalysatoren für die dieselmotorische Abgasnachbehandlung 4. Verwendete Analysemethoden und Aufbau der Laborapparaturen 4.1 Untersuchungen zur Struktur der Katalysatoren 4.1.1 Stickstoff-Physisorption 4.1.2 Temperaturprogrammierte Experimente 4.1.3 Röntgendiffraktometrie 4.1.4 DRUV/VIS-Spektroskopie 4.1.5 Diffuse Reflexions-Infrarot-Fourier-Transformations-Spektroskopie 4.1.6 Transmissionselektronenmikroskopie 4.1.7 Mößbauer-Spektroskopie 4.1.8 Raman-Spektroskopie 4.2 Untersuchungen zur Analyse von Gasen 4.2.1 Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) 4.2.2 Massenspektrometrie 4.3 Aufbau der Laborapparaturen 4.3.1 Laborapparatur für Aktivitätsmessungen sowie für temperaturprogrammierte Experimente 4.3.2 Laborapparatur zur Durchführung von DRIFTS-Experimenten 5 Experimentelle Ergebnisse 5.1 Katalysatorpräparation 5.2 Charakterisierung der frischen Katalysatoren 5.3 Charakterisierung der hydrothermal gealterten Katalysatoren 5.4 Aktivitätsmessungen 5.4.1 Oxidation von Kohlenmonoxid 5.4.2 Oxidation von Propen 5.4.3 Oxidation von Stickstoffmonoxid 5.4.4 Oxidation von Ammoniak 5.5 Untersuchungen zur Standard-SCR-Reaktion 5.5.1 Aktivitätsuntersuchung an frischen Katalysatoren 5.5.2 Aktivitätsuntersuchung an hydrothermal gealterten Katalysatoren 5.5.3 Untersuchungen zum Mechanismus der SCR-Reaktion 6. Diskussion der Ergebnisse 6.1 Struktur-Aktivitäts-Beziehung der FexO/Al2O3-Katalysatoren 6.1.1 Struktur der Eisenoxidspezies 6.1.2 Quantifizierung der Eisenoxidspezies 6.1.3 Modell zur Berechnung der spezifischen Aktivität der Katalysatoren 6.1.4 Sensitivitätsanalyse des entwickelten Modells 6.1.5 Anwendung des Modells bei der Oxidation von CO, C3H6, NO und NH3 6.1.6 Struktur-Aktivitäts-Beziehung der FeOx/Al2O3-Katalysatoren bei der Oxidation von CO, C3H6, NO und NH3 6.2 Evaluation der SCR-Aktivität der FeOx/Al2O3-Katalysatoren 6.2.1 Untersuchungen an frischen Katalysatoren 6.2.2 Einfluss der hydrothermalen Alterung auf die Katalysatorstruktur und -aktivität bei der Standard-SCR-Reaktion 6.3 Mechanismus der Standard-SCR-Reaktion an FeOx/Al2O3-Katalysatoren 7. Ausblick 8. Literaturverzeichnis 9. Anhang