In der heutigen chemisch-pharmazeutischen Industrie sind Biokatalysen nicht mehr wegzudenken. Abhängig von der zu realisierenden Biotransformation, wurden signifikante Limitationen vor allem bei der Umwandlung von hydrophoben Substraten identifiziert. Wässrige und organische Einphasenreaktionssysteme treffen hier sehr schnell an ihre Grenzen, sodass nur geringe Ausbeuten realisierbar sind. Eine Alternative stellen mehrphasige Reaktionssysteme dar, wobei hier grundlegend klassische 2-Phasensysteme und Emulsionen unterschieden werden können. Mit Hilfe dieser alternativen Systeme können die bereits genannten Limitationen überwunden werden. Pickering Emulsionen stellen einen Spezialfall der klassischen Tensid stabilisierten Emulsion dar, wobei hier Nano- und Mikropartikel als Stabilisatoren die Tenside an der Tröpfchengrenzfläche ersetzen. Pickering Emulsionen stellen hoch dynamische Systeme dar und trotz kontinuierlicher Forschung auf diesem Gebiet bleiben bisher grundlegende Frage ungeklärt: Welche Parameter für bioaktive w/o Pickering Emulsionen wie Lösungsmittelkomposition, deren Phasenverhältnis, Partikelcharakteristika und -menge, Dispergierverfahren, als auch die Biokatalysatorkonzentration haben auf die Dispersität und Stabilität der Pickering Emulsionen den größten Effekt? Lässt sich eine Vielzahl von Biokatalysatoren in diesem Reaktionssystem einsetzen? Kurzum, eignen sich Wasser in Öl (w/o) Pickering Emulsionen als universelle Reaktionssysteme für effiziente Biokatalysen und stellen somit eine Plattformtechnologie dar? In dieser Studie konnte gezeigt werden, nahezu alle organischen Lösungsmittel, insbesondere leicht wassermischbare Vertreter, können w/o Pickering Emulsionen ausbilden. Ebenso ist eine Stabilisierung sowohl durch Naturstoffpartikel als auch durch hydrophobe und hydrophile Silicon-Compositpartikel realisierbar. In einer umfassenden Charakterisierung der typischen Stellräder für Emulsionen wurden kommerziell erhältliche Lipasen als bioaktive Komponenten zugesetzt, da diese die meistgenutzten Biokatalysatoren in diesem System darstellen. Die Veränderungen der Emulsionsstabilität und Tröpfchengrößen, als Maß der Dispersität, wurden über 24 Stunden erfasst. Hierbei wurde ein maßgebender Einfluss der Proteinkomponente gegenüber allen anderen Parametern wie Partikelmenge, Phasenverhältnis und Dispersionsgeschwindigkeit festgestellt. Proteine mit ihrer amphiphilen Oberflächenbeschaffenheit sind somit nicht nur als Biokatalysatoren, sondern auch als zusätzliche Nanopartikel zu betrachten, die gemeinsam mit hydrophoben Partikeln einen synergetischen und normalisierenden Effekt auf Tröpfchengrößen und Emulsionsstabilität ausüben. Jedoch waren durch Proteinzugabe auch negative Effekte wie Nicht-Etablierung der Emulsion oder eine Phasenumkehr im zeitlichen Verlauf auslösbar, wenn eine Grenzkonzentration überschritten wurde. Hinsichtlich der (bio)chemischen Charakterisierung von enzymbeladenen w/o Pickering Emulsionen konnte deutlich gezeigt werden, kleinere Tröpfchendurchmesser führen zu erhöhten Enzymaktivitäten und besseren Ausbeuten. Im moderat gerührten Batchreaktor wurde die volumetrische Raum-Zeit-Ausbeute um 500% bis 1100% gegenüber dem konventionellen 2 Phasen- und mikroaquatischen Reaktionssystem verbessert. Beim Einsatz von ganzen Zellen im Vergleich zum freien Enzym wurde mit normierter Biokatalysatoraktivität eine Verbesserung auf 130% bis 220% erzielt. Als beste Herstellungsmethodiken konnten das Dispergieren über Schütteln und Zahnkranzdispergierer ermittelt werden. Grenzflächentoxizität, als oft diskutierter Vorgang in Mehrphasensystemen, spielte auch in bioaktiven w/o Pickering Emulsionen eine wichtige Rolle. Es konnte gezeigt werden, hydrophilere Lösungsmittel, wie 2 Methyltetrahydrofuran, sorgten für eine minimierte Grenzflächendenaturierung der Proteine. Hingegen denaturierten hydrophobere Vertreter wie Cyclopentylmethylether und Cyclooctadien einen erheblichen Anteil des gelösten Proteins an der Grenzfläche. Eine eventuelle Kontamination der organischen Produktphase mit gentechnisch veränderten Enzymen durch assimiliertes Protein wurde ebenfalls untersucht. Es konnten geringe gelöste Proteinmengen festgestellt werden, wobei die Spannweite der gelösten Mengen 1 – 4% der Proteingesamtmenge betrug. Hydrophobere Lösungsmittel nahmen generell weniger Protein auf. Für die Evaluation der Verteilung von Substraten und Produkten zwischen beiden flüssigen und der festen Phase der Pickering Emulsion wurden exemplarisch das hydrophilste Substrat und das hydrophobste Produkt getestet. Es wurde keine signifikante Diffusion der gelösten Stoffe in die wässrige bzw. feste Phase ermittelt, insofern konnte eine dauerhaft hohe Bioverfügbarkeit der Substrate in der organischen Phase angenommen werden. Im gerührten Batch konnte eine Übertragung von Ionen zwischen den Dispersionströpfchen nur mit Hilfe von gelstabilisierten Dispersionströpfchen Einhalt geboten werden. Über derartige Modifikationen kann nun auch der Einsatz von mehreren Biokatalysatoren mit verschiedenen pH-Optima und Puffer-Präferenzen verwirklicht werden. Weiterhin konnte die disperse Phase auch gegen stark eutektische Lösungsmittel ausgetauscht werden, sodass Pickering Emulsionen auch als annähernd wasserfreie Reaktionssysteme nutzbar erschienen. In der Risiko- und Anwendungsanalyse über drei Enzymklassen mit drei als „grüner“ klassifizierten Lösungsmitteln in abgestuften Hydrophobizitäten, erwies sich Cyclopentylmethylether als das Lösungsmittel der Wahl für die Etablierung bioaktiver w/o Pickering Emulsionen. Bei der Anwendung verschiedener Biokatalysator-Phänotypen in verschiedenen Reaktionssystemen und Lösungsmitteln, kristallisierten sich bioaktive w/o Pickering Emulsion in Cyclopentylmethylether als produktivstes System heraus. Jedoch wurden bei allen Versuchen inaktivierende Vorgänge auf die verschiedenen Biokatalysatoren beobachtet, wobei Enzyme mit einer augenscheinlichen Gleichverteilung von hydrophoben und hydrophilen Aminosäureresten auf ihrer Oberfläche deutlich bessere Ergebnisse zeigten. In der Anwendung von freiem Enzym und Ganzzell-Biokatalysator, bei normierter Gesamtaktivität, resultierten für den Einsatz in bioaktiven Pickering Emulsionen die ganzen Zellen als beste Biokatalysator-Formulierung. Es wurde signifikant höhere Produktivität sowie auch 300% kleinere Tröpfchen der dispergierten Phase erreicht. Die Modularisierung von Biokatalysen gegenüber One-Pot-Synthesen zeigte ebenfalls deutliche Vorteile in den Kennzahlen der durchgeführten Biotransformation, wobei der jeweilige Prozessschritt an den Biokatalysator angepasst und so ein Optimum an Effizienz erreicht werden kann. Auf diese Weise können biokatalytische Umwandlungen kombiniert werden, die sich im One-Pot-System durch Inhibierungen der angewandten Biokatalysatoren ausschließen würden.:Vorwort/ Danksagung I Zusammenfassung III Abstract VII Liste der Publikationen XIV Abkürzungsverzeichnis und Symbole XIV 1 Einleitung 1 1.1 Biokatalysatoren – Generelle Aspekte und spezielle Vertreter 1 1.2 Angewandte Biokatalyse in Ein-und Mehrphasen-Reaktionssystemen 6 1.3 Pickering Emulsionen - Stand der Technik 14 1.4 Zielstellung der Arbeit: Optimierte bioaktive w/o Pickering Emulsionen 16 2 Material & Methoden 17 2.1 Material 17 2.1.1 Geräte & Zubehör 17 2.1.2 Chemikalien & Kits 19 2.1.3 Puffer 21 2.1.4 Enzyme 22 2.2 Proteinchemische Methoden 22 2.2.1 Bestimmung der Proteinkonzentration - BCA-Test 22 2.2.2 Bestimmung der Proteingröße und -reinheit - SDS-Polyacrylamidgelelektro- phorese (SDS – PAGE) 23 2.2.3 Photometrische Aktivitätsbestimmungen in wässrigem Milieu 24 2.2.4 Zusammenfassung Enzym-Charakteristika 27 2.3 w/o Pickering Emulsion – Essentielle Komponenten und Modifikationen 29 2.3.1 Definition des w/o PE-Standardsystems 29 2.3.2 Partikel zur Stabilisierung von w/o Pickering Emulsionen 29 2.3.3 Siliconbeschichtung von hydrophilen Partikeln und Bakterien 31 2.3.4 Bestimmung der Morphologie und Tröpfchengrößenverteilung 32 2.3.5 Lösungsmittelscreening 33 2.3.6 Phasen-Migration von Proteinen 34 2.3.7 Verteilungskoeffizienten von Substraten und Produkten im triphasischen Reaktionssystem Pickering Emulsion 34 2.4 Biokatalyse in Pickering Emulsionen 35 2.4.1 Bioaktive w/o PE - Definition des Standard-Reaktionssystems 35 2.4.2 Biokompatibilität „grüner“ Lösungsmittel 36 2.4.3 GC – Analytik 38 2.5 Statistische Auswertung der Experimente 40 2.5.1 Gewichteter Mittelwert, interne und externe Konsistenz 40 2.5.2 Lösungsmittelscreening: statistische Auswertung 41 3 Ergebnisse und Diskussion 42 3.1 Modifizierung von Nano-, Mikro- und Naturstoffpartikeln durch Siliconbeschichtung und Anwendungsscreening in w/o PE 42 3.1.1 Hydrophobizität der Silicon-Polymere 42 3.1.2 Morphologie von anorganischen Partikel-Materialien mit und ohne Silicon- Beschichtung 43 3.1.3 Morphologie von Naturstoff-Partikeln mit und ohne Silicon-Beschichtung 47 3.1.4 Partikel-Aggregation und Gegenmaßnahmen 51 3.1.5 Partikel-Screening 53 3.2 Charakterisierung von w/o Pickering Emulsionen im gerührten Batch 59 3.2.1 Pickering Emulsionen in biokatalytisch relevanten organischen Lösungs- mitteln 59 3.2.2 Bioaktive w/o PE - Auswirkung von Enzym – und Proteinmengen 66 3.2.3 Bioaktive w/o PE - Effekte der eingesetzten Partikelkonzentrationen 68 3.2.4 Bioaktive w/o PE - Einfluss der Phasenverhältnisse 70 3.2.5 Bioaktive w/o PE - Einfluss der angewandten Dispergiergeschwindigkeit 71 3.2.6 Bioaktive w/o PE - Herstellungsverfahren und Einfluss auf das Enzym 73 3.2.7 Vergleich 2-Phasensystem und bioaktive w/o Pickering Emulsion im gerührten Batch 75 3.2.8 Tröpfchengröße und Einfluss auf Produktbildung des PE-Systems 77 3.2.9 Phasen-Migration von Proteinen - Evaluation von Enzymwechselwirkungen mit dem Reaktionssystem 79 3.2.10 Verteilungskoeffizienten von Substraten und Produkten in den Standard– Reaktionssystemen 81 3.2.11 Protonen-Transfer zwischen zwei dispergierten Phasen in w/o Pickering Emulsionen 82 3.2.12 Alternative DES/o Pickering Emulsionen für wasserfreie Systeme 83 3.3 Bioaktive w/o Pickering Emulsion: Einschritt-Synthesen 84 3.3.1 Lipasenkatalysierte Umesterung in wässrigem Milieu 84 3.3.2 Carboligation mittels Benzaldehydlyase 86 3.3.3 Reduktionen via Alkoholdehydrogenasen 95 3.3.4 Transaminase 106 3.4 Bioaktive w/o Pickering Emulsionen: Mehrschritt-Synthesen 112 3.4.1 One-Pot-Biokatalyse gegen modularisierte Mehrschritt-Chemo-Biokatalyse 112 4 Bioaktive w/o Pickering Emulsionen als Reaktionssystem für Biokatalysen: Zusammenfassung & Bewertung 117 5 Plattform w/o Pickering Emulsion: Schlussfolgerung und Ausblick 130 6 Literatur 131 Anhang 150 Versicherung 150 Abbildungsverzeichnis 151 Tabellenverzeichnis 158 Download Datensammlung 164 A3.1.5 TMODS-Silicat-NP-Benchmark 165 A3.2.1-1 Lösungsmittel-Screening: physiko-chemische Eigenschaften 167 A3.2.1-2 Regressionsanalyse: Qualität PE gegen alle physiko-chemischen Eigenschaften 171 A3.2.1-3 Optimierte Regressionsanalyse: Qualität PE gegen Molekulargewicht, Dichte und Dampfdruck 173 A3.2.3 Auswirkungen von Protein- und Enzymmengen 175 A3.2.4 Effekte der eingesetzten Partikelmengen 175 A3.2.5 Einfluss der Phasenverhältnisse 176 A3.2.6 Einfluss der angewandten Dispersionsgeschwindigkeit/ -energie 176 A3.3.1 Lipasenkatalysierte Umesterung 177

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

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese von phosphorhaltigen Verbindungen, ausgehend von Phosphor(III)- bzw. Phosphor(V)-halogeniden und Salicylalkohol- bzw. 2,2‘-Dihydroxydiphenylmethanderivaten, in Gegenwart einer Base beschrieben. Es wird deren Struktur und dynamisches Verhalten in Lösung diskutiert und mit der Struktur im Festkörper verglichen. Weiterführend werden die erhaltenen Monomere im Hinblick auf die thermisch initiierbare und kationisch katalysierte Zwillingspolymerisation untersucht. Die Struktur und Eigenschaften der nach der Polymerisation erhaltenen Hybridmaterialien werden diskutiert. Es werden zudem Untersuchungen angeführt, welche die thermisch initiierte simultane Zwillingspolymerisation einer Modellverbindung mit einem bisher bekannten Zwillingsmonomer, 2,2‘-Spirobi(4H-benzo[1,3,2]dioxasilan) beschreibt und die Struktur, sowie Eigenschaften des resultierenden Hybridmaterials diskutiert. Die Untersuchungen zur Struktur der erhaltenen Hybridmaterialien werden hauptsächlich mittels NMR Spektroskopie geführt. Zur Analyse der einzelnen Verbindungen wird das Verfahren der Einkristallröntgenstrukturanalyse genutzt. Weitere Analytik, wie die thermogravimetrische Analyse, der horizontale und der vertikale Brandtest werden durchgeführt und mit bestehenden Systemen verglichen. Zudem erfolgt die Ermittlung des Limited Oxygen Index und der Vergleich gegenüber bestehenden, kommerziellen Verbindungen. Die durch die simultane Zwillingspolymerisation erhaltenen Hybridmaterialien werden als potentielle Haftvermittler untersucht und exemplarisch die Verbunde aus Al6082, Zwillingspolymerisat und PA6 mittels Zugscherversuchen charakterisiert.

The reaction of the lithium tris(2-pyridyl)stannate [LiSn(2-py6OtBu)3] (py6OtBu = C5H3N-6-OtBu),1, with the element(II) amides E{N(SiMe3)2}2 (E = Sn, Pb) afforded complexes [LiE{Sn(2 py6OtBu)3}3] for E = Sn (2) and E = Pb (3), which reveal three Sn–E bonds each. Compounds 2 and 3 have been characterized by solution NMR spectroscopy and X-ray crystallographic studies. Large 1J(119Sn–119/117Sn) as well as 1J(207Pb–119/117Sn) coupling constants confirm their structural integrity in solution. However, contrary to 2, complex 3 slowly disintegrates in solution to give elemental lead and the hexaheteroarylditin [Sn(2-py6OtBu)3]2 (4).

Zeolithgranulate sind etablierte Materialien für die Speicherung von Wärme mittels Wassersorption. Eine Erhöhung der Wärmespeicherdichte des Granulats ist durch Kombination mit hygroskopischen Salzen wie Calciumchlorid, Magnesiumchlorid oder Magnesiumsulfat möglich. In der vorliegenden Dissertation wird gezeigt, dass die Wär-mespeichereigenschaften derartiger Komposite von der Deliqueszenzluftfeuchte des Salzes, von der Salzbeladung und von der Luftfeuchte bei der Wassersorption abhängen. Liegt die Luftfeuchte unterhalb der Deliqueszenzluftfeuchte des Salzes, so nehmen Was-serbeladungshub, Wärmespeicherdichte und thermische Leistung mit steigender Salz-beladung um bis zu 71 % ab. Dies wird darauf zurückgeführt, dass Salzionen in die Mik-roporen des Zeoliths inkludiert werden und das für die Wassersorption zur Verfügung stehende Volumen verringern. Unterhalb der Deliqueszenzluftfeuchte ist das einge-brachte Salz daher thermochemisch inaktiv. Oberhalb der Deliqueszenzluftfeuchte und oberhalb einer salz- und luftfeuchteabhängigen Mindestsalzbeladung kommt es zur Ausbildung einer Salzlösung im Sekundärporensystem des Granulats. Die Absorption von Wasserdampf in der Salzlösung führt gegenüber dem salzfreien Granulat zu einer Steigerung von Wasserbeladungshub und Wärmespeicherdichte um bis zu 53 %. Dies geht jedoch einher mit einer Verringerung der thermischen Leistung um bis zu 50 %. Die Hydratation von kristallinem Salz im Granulat spielt gegenüber Salzinklusion und Ausbildung der Salzlösung nur eine untergeordnete Rolle. Die aus den experimentellen Befunden abgeleiteten Erkenntnisse konnten in ein semiempirisches mathematisches Modell überführt werden, welches den Wasserbeladungshub der Komposite quantitativ beschreibt. / Zeolite beads are established materials for the storage of heat by water sorption. An increase of the heat storage density of the beads is possible via the combination with hygroscopic salts. In this thesis it is shown, that the heat storage properties of compo-sites of this kind depend in a complex manner on the deliquescence humidity of the salt, on the salt loading, and on the humidity during water sorption. When the humidity is below the deliquescence humidity of the salt, water loading lift, heat storage density, and thermal power are reduced by up to 71 % with increasing salt content. This is at-tributed to the inclusion of salt into the micropores of the zeolite and the reduction of the volume available for the sorption of water. Thus, below the deliquescence humidity, the salt is thermochemically inactive. Above the deliquescence humidity and above a salt- and humidity-dependend minimum salt loading, a salt solution is formed in the secondary pore system of the beads. The absorption of water vapor in the salt solution gives rise to an increase of the water loading lift and of the heat storage density by up to 53 %, compared to the salt-free zeolite beads. However, this is accompanied by a reduc-tion of the thermal power output by up to 50 %. The hydration of crystalline salt in the beads is only of minor importance for the composites. The findings from the experi-mental work were transferred into a semi-empirical mathematical model, which de-scribes the water loading lift of the composites.

In der vorliegenden Dissertation geht es um die Synthese und Charakterisierung chiraler, redoxaktiver (Raumtemperatur-)Ionischer Flüssigkeiten basierend auf Ferrocen und der natürlich vorkommenden Aminosäure S-Prolin. Diese Baueinheiten sind entweder über eine Ether- oder über eine Esterverbrückung verknüpft. Auch der Anionenaustausch vom I– - zum CF3SO3– - sowie (CF3SO2)2N– -Salz (kurz NTf2–) wird dargelegt und der Einfluss des Anions auf den Schmelzpunkt der Verbindungen untersucht und diskutiert. Die Redoxaktivität wird durch das im Ferrocen enthaltene Fe II eingebracht, das reversibel zu Fe III oxidiert werden kann. Aufgrund des Pyrrolidin-Rings sind die dargestellten Verbindungen stets chiral und bilden nach der Quaternisierung mit Halogenalkanen Diastereomere, soweit die Alkylkette größer als Methyl ist. Das Diastereomerenverhältnis wurde mittels 1H-NMR-Spektroskopie und in einem Fall anhand von Röntgenpulverdiffraktogrammen durch Rietveld-Verfeinerung analysiert. Die Verbindungen wurden thermisch anhand simultaner thermischer Analysenund Tieftemperaturversuchen untersucht, die belegen, dass die Synthese von insgesamt sechs neuen Raumtemperatur-Ionischen Flüssigkeiten gelang. Davon basiert eine Verbindung, (1S2S)- und (1R2S)-2-[(Ferrocenylcarbonyl)oxy]methylen-N-methyl-N-pentylpyrrolidin-1-iumiodid, auf I– und fünf Verbindungen enthalten NTf2– als Gegenion. Das Diastereomerengemisch der Verbindungen (1S2S)- und (1R2S)-N-Butyl-2-[(ferrocenylcarbonyl)oxy]methylen-N-methylpyrrolidin-1-ium NTf2– besitzt den größten Flüssigkeitsbereich von -25 bis +263 °C und auch die höchste Zersetzungstemperatur aller hier dargestellten Verbindungen. Insgesamt werden in dieser Arbeit elf Einkristallstrukturanalysen vorgestellt, wobei es sich um drei Verbindungen des Typs FcCH2N(CH3)2(CnH2n+1)I (Fc = Ferrocenyl, n = 1,2,3), Ferrocenmonocarbonsäurechlorid, zwei ether- sowie fünf esterverbrückte Verbindungen handelt. Mikrokristalline Proben wurden mittels Röntgenpulverdiffraktometrie charakterisiert. Ergänzende Analysen wurden mittels UV-Vis- und IR-Spektroskopie sowie Massenspektrometrie und Elementaranalyse durchgeführt. Ein wichtiger Aspekt bei Ferrocenverbindungen ist das Redoxpotential, welches mittels Cyclovoltammetrie bestimmt wurde. Hierbei liegt das Formalpotential des Fe II /Fe III -Redoxpaars der etherverbrückten Verbindungen bei +0,05 V und bei den esterverbrückten Verbindungen unabhängig vom Anion bei +0,28 V vs. Ferrocen/Ferrocenium in Acetonitril. Bei den iodidhaltigen Verbindungen zeigt das I– -Ion ebenfalls eine Redoxaktivität bei E(0,f,Fc) = -0,18 V und 0,22V. Die Diffusionskoeffizienten der esterverbrückten Triflat- und NTf2– -Verbindungen liegen in der Größenordnung von 7·10−6 cm2/s und die heterogenen Geschwindigkeitskonstanten bei 0,01 cm/s. / The present dissertation deals with the synthesis and characterization of chiral, redoxactive room temperature ionic liquids (RTILs) based on ferrocene and the naturally occurring amino acid S-proline. These building blocks are coupled either via an ether- or an ester-bridge. The anion exchange from I– to CF3SO3– and (CF3SO2)2N– salts (abbreviated as NTf2–) is presented. The influence of the anion on the melting point of the compound is investigated and discussed. The redox activity is introduced into the molecule via the Fe II -containing ferrocenyl groups, which can be oxidized reversibly to Fe III . The synthesized compounds based on the pyrrolidine ring are chiral. After quaternization with alkyl halides, they form diastereomers in case of alkyl chains longer than methyl. The ratio of the different diastereomers was analyzed by 1H NMR spectroscopy and, in one case, by Rietveld refinement of the X-ray powder diffraction pattern. The thermal behavior of the compounds was studied by simultaneous thermal analysis and low temperature experiments. The results show the successful synthesis of six new RTILs. One of them is based on iodide ((1S2S)- and (1R2S)-2-[(ferrocenylcarbonyl)oxy]methylene-N-methyl- N-pentylpyrrolidine-1-ium iodide) and six RTILs contain NTf2– as counter ion. The diastereomeric mixture of compounds (1S2S)- and (1R2S)-N-butyl-2-[(ferrocenylcarbonyl)oxy]methylene-N-methylpyrrolidine-1-ium NTf2– exhibits the widest liquid range from -25 to +263 °C and the highest decomposition temperature of all compounds presented herein. Eleven single crystal structure analyses are presented. Three of them belong to compounds FcCH2N(CH3)2(CnH2n+1)I (with Fc = ferrocenyl and n = 1,2,3), then ferrocene monocarboxylic acid chloride, two of ether- as well as five ester-bridged compounds. Microcrystalline samples were characterized by X-ray powder diffractometry. Supplementary analyses by UV/Vis and IR spectroscopy as well as mass spectrometry and elemental analyses have been carried out. An important feature of ferrocene containing compounds is their redox potential which is determined with cyclic voltammetry. The formal potential of the Fe II /Fe III redox couple in the ether-bridged compounds is at +0.05 V and in the ester-bridged compounds independent from the type of anion at +0.28 V vs. ferro- cene/ferrocenium in acetonitrile. The I– anion shows as well redox activity with formal potentials at E(0,f,Fc) = -0.18 V and 0.22 V. The diffusion coefficients of the ester-bridged triflate and NTf2– compounds are in the order of 7·10−6 cm2/s, the heterogeneous rate constants in the order of 0.01 cm/s.

Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollten die Moeglichkeiten einer kationisch initiierten Polymerisation im Zeolithkanal ueberprueft werden.

Bibliographische Beschreibung und Referat Falko Schlottig In der vorliegenden Arbeit wird die Moeglichkeit der anodischen Festkoerpersynthese in ausgewaehlten annaehernd nichtwaessrigen Systemen gezeigt. Die Synthesen wurden sowohl unter anodischen als auch unter anodischen Plasmabedingungen durchgefuehrt. Die entstehenden heterogenen Konversionsschichten wurden mit verschiedenen festkoerperanalytischen Methoden untersucht. Sie sind sind unter den vorgegebenen Darstellungsbedingungen aus nichtoxidischen und oxidischen Phasen zusammengesetzt. Die durchgefuehrten Untersuchungen beziehen sich hauptsaechlich auf die Synthese im System Dimethylacetamid/ Hexamethylentetramin/ KBF4 an Aluminium unter anodischen Plasmabedingungen und auf die Schichtbildung in Acetonitril an Titan unter anodischen Bedingungen. Die an Titan in Acetonitril synthetisierten Konversionsschichten wurden vorwiegend mit Elektronenbeugung und Photoelektronenspektroskopie untersucht. Die Schicht ist aus nitridischen, carbidischen und oxidischen Phasen aufgebaut. Die Struktur und Zusammensetzung der einzelnen Schichtphasen sind von der Synthesespannung abhaengig. Bei Ueberschreitung eines kritischen Potentials wird das bestehende Schichtsystem durch Plasma- und Pyrolysereaktionen modifiziert. Im System Dimethylacetamid/ Hexamethylentetramin/ KBF4 werden unter anodischen Plasmabedingungen an Aluminium kristalline AlF3 - Schichten gebildet, in die KF-Kristallite eingeschlossen sind. Dabei sind Schichtzusammensetzung und -morphologie von der Konzentration des Elektrolyten abhaengig. Waehrend der Plasmareaktion existiert ein Temperaturgradient in der Schicht. Eine nachfolgende thermische Behandlung der Schichtkomponenten unterhalb der eigentlichen Plasmatemperatur fuehrt zu einer Veraenderung der Schichteigenschaften.

In der vorliegenden Arbeit werden in einer Guided-Ion-Beam - Apparatur Ionen-Molekuel-Reaktionen einfacher Kohlenwasserstoffsysteme in der Gasphase untersucht. Dabei werden die Methoden zur Messung von differentiellen und integralen Querschnitten auf polyatomare Systeme uebertragen und insbesondere der Informationsgehalt differentieller Querschnitte fr komplexere, polyatomare Reaktionssysteme analysiert. Es werden Reaktionen zwischen dem Methyl-Kation (CH3+/CD3+) und den Neutralmolekuelen Methan, Ethan, Propan, Ethen und Propen untersucht. Fuer Stossenergien zwischen 0.1 eV und 7 eV werden absolute Ratenkoeffizienten der einzelnen Reaktionskanaele gemessen und aus der Analyse der Produktgeschwindigkeitsverteilungen eine Zuordnung zu grundlegenden Reaktionsmechanismen vorgenommen. Durch Vergleich der Einzelergebnisse zeigen sich grundlegende Gemeinsamkeiten, aber auch entscheidende Unterschiede in der Reaktionsdynamik kleiner Kohlenwasserstoffsysteme. Fuer die Reaktionen mit Alkanen wird ein umfassendes Reaktionsmodell diskutiert. Die apparative Erweiterung um einen 22-Pol-Zwischenspeicher erlaubt die Relaxation angeregter Primaerionen. An zwei Beispielen wird die Funktionsfaehigkeit demonstriert.

Elektronentransfer spielt eine wichtige Rolle in vielen Bereichen der Physik und Chemie. Ausgehend von rein klassischen Beschreibungen wie dem beruehmten Marcus-Modell bis hin zu komplexen quantenmechanischen Ansaetzen unter Beruecksichtigung vieler Reaktionskoordinaten wurden viele Modelle aufgestellt, um den Elektronentransfer zu beschreiben und Transferraten zu berechnen. Dass diese Modelle meist nur in einer begrenzten Anzahl von ¨Szenarien¨ erfolgreich sind liegt an der Fuelle von Mechanismen, die den Elektronentransfer beeinflussen, je nachdem, welches System mit seinen charakteristischen Zustandsenergien und Kopplungselementen betrachtet wird, und welche aeusseren Bedingungen wie Temperatur oder Loesungsmittel herrschen. Mechanismen wie ¨thermisch aktiviertes Tunneln¨ beeinflussen beobachtbare Phaenomenen wie ¨Trapping¨. In dieser Arbeit wird die Elektronentransferdynamik mit Bewegungsgleichungen fuer eine reduzierte Dichtematrix beschrieben, deren Herleitung ausgehend von der Liouville-von Neumann-Gleichung ueber die Nakayima-Zwanzig-Gleichung fuehrt. Durch Ankopplung an ein Waermebad werden dissipative Effekte integriert. Zunaechst wird diese Theorie auf Modellsysteme angewendet, um die verschiedenen Elektronentransfer-Mechanismen besser zu verstehen. Dann wird die Dynamik von konkreten intramolekularen Transferreaktionen in realen Molekuelen berechnet und die Ergebnisse mit denen von Experimenten und anderer Theorien verglichen.