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Aufgrund ihrer Eigenschaften und möglicher Anwendungen werden Siliciumkomplexe mit O,N,O´-Ligandsystemen in der Literatur beschrieben. Jedoch fehlen bisher Untersuchungen zur Strukturaufklärung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zahlreiche Silicium-, Germanium- und Zinnkomplexe mit chiralen O,N,O´-Liganden synthetisiert und strukturanalytisch charakterisiert. Dazu wurden die Liganden durch Kondensationsreaktionen von enantiomerenreinen Aminosäuren mit aromatischen ortho-Hydroxyaldehyden bzw. Acetylaceton hergestellt. Die weitere Umsetzung der Liganden mit Elementhalogeniden der Gruppe 14 führte zu den angestrebten Komplexverbindungen. Alle hergestellten Verbindungen wurden umfassend charakterisiert (NMR-, UV/Vis-, IR-Spektroskopie, Elementaranalyse, Einkristallstrukturanalyse, Drehwert). Quantenchemische Berechnungen an einfachen Modellverbindungen sowie an hergestellten Silicium- und Zinnkomplexen führten zu einem grundlegenden Verständnis der Festkörper-NMR-Parameter dieser Verbindungsklasse.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Siliciumkomplexe mit dianionischen Pyrrol-2-carbaldimin-funktionalisierten N,N,O- und N,N,N,N-Chelatliganden synthetisiert und kristallografisch, NMR- und UV/Vis-spektroskopisch und mittels quantenchemischer Berechnungen charakterisiert. Die pentakoordinierten Si-Komplexe mit N,N,O-Ligandrückgraten wiesen in Abhängigkeit von den weiteren Si-gebundenen Substituenten unterschiedlich konfigurierte verzerrt trigonal-bipyramidale Si-Koordinationssphären auf. Die Ursache der Farbigkeit dieser Verbindungen konnte mittels quantenchemischer Berechnungen detailliert erklärt werden. – Die Si-Komplexe mit N,N,N,N-Ligandrückgraten liegen in Abhängigkeit von den weiteren Si-gebundenen Substituenten als 5-fach koordinierte kationische oder neutrale 6-fach koordinierte Si-Komplexe vor. Deren Farbigkeit wurde mittels UV/VIS-Spektroskopie untersucht. Von ausgewählten Komplexen wurden die Tensoren der 29Si-NMR-Verschiebung rechnerisch und CP/MAS-NMR-spektroskopisch bestimmt.

Die Mukaiyama-Aldolreaktion ist die Umsetzung eines Silylenolethers mit einer Carbonylverbindung in Gegenwart einer Lewis-Säure. Diese Reaktion ist eine wichtige Methode zur Knüpfung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung in der Organischen Chemie. In der vorliegenden Arbeit wird mittels quantenchemischer Methoden ein Einblick in den Mechanismus der Reaktion und die Ursachen der Enantioselektivität gegeben. Ausgehend von der unkatalysierten Reaktion wurde der Mechanismus der von kleineren achiralen Lewis-Säuren wie BF3 und TiCl4 katalysierten bzw. vermittelten Reaktion bearbeitet. Mit dem NEB-Verfahren zur Berechnung des Reaktionsmechanismus der enantioselektiv katalysierten Reaktion kam eine neuartige Möglichkeit zur Optimierung von Reaktionswegen zum Einsatz. Es konnte gezeigt werden, dass die Optimierung auch sehr komplexer Reaktionswege möglich ist. So wurde der gesamte katalytische Cyclus der Ti-BINOL katalysierten Reaktion berechnet, wobei sich der Einsatz der DFTB-Methode (density-functional based tight-binding method) zur Berechnung des Systems als sehr gut geeignet erwies. Die Leistungsfähigkeit der DFTB Methode konnte im Vergleich mit den geometrischen Daten aus Röntgenkristallstrukturanalysen nachgewiesen werden. Die Richtung der stereochemischen Differenzierung konnte in Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen bestimmt werden. Aus diesem Ergebnis war es möglich, ein schematisches Modell zu entwickeln, das die Ursache der Selektivität veranschaulicht.

Thin-film organic field effect transistors (OFETs) have attracted growing interest in recent years due to their promising electrical, optical and mechanical properties. Especially, oligothiophenes and their derivates are candidates with good prospects for application as the organic semiconducting material in such devices. They possess an extended, polarisable aromatic π-electron system that promotes a high structural arrangement of the molecules. The charge transport in the organic film is realised in the direction perpendicular to the plane of the thiophene rings via a hopping transport mechanism. Thus, a good π-π-overlap and a consequent stacking of the thiophene molecules in the film perpendicular to the gate substrate is essential to achieve excellent electric properties such as high charge carrier mobilities and low resistive losses. The highly polarisable thiophene-based molecules are also very attractive materials that are potentially applicable as the field-sensitive organic semiconducting component of a ferroelectric OFET device. In such a device, the dielectric gate element of a conventional OFET setup is substituted by a ferroelectric substrate. The electric field that is induced by the polarisation of the ferroelectric material serves as gate field and controlls the charge injection and charge density inside the device. In this thesis, thiophene-based molecules are investigated in detail with respect to their application as field-sensitive organic semiconducting component in a ferroelectric OFET device employing quantum-chemical ab initio and DFT-based methods. We demonstrate that the phosphonic acids can bind the organic molecules to the dielectric or ferroelectric material and well-anchored, robust self-assembled monolayers are formed. Furthermore, special focus is put on the influence of the intermolecular interactions among the organic molecules on the technologically relevant structural and electronic properties. It is found that the CN···HC hydrogen bond link the molecules into extended ribbons, but the π-π-stacking-stacking interaction is the main driving force in the self-assembly of the molecules. We also establish in detail the influence of the electric field on the phosphonic acid anchoring molecule and some quarterthiophene derivates. For the latter, the strongest field-sensitivity is obtained for an external electric field aligned parallel to the extension of the thiophene framework. Hence, they are suitable to act as the field-sensitive organic components in devices that take advantage of a band-gap engineering. Moreover, the present results emphasise the importance of the adsorption morphology of the molecules in the film in a π-stacked fashion with their longitudinal axis oriented parallel to the (orthonormal) electric field induced by the ferroelectric substrate.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden Siliciumkomplexe mit dianionischen Pyrrol-2-carbaldimin-funktionalisierten N,N,O- und N,N,N,N-Chelatliganden synthetisiert und kristallografisch, NMR- und UV/Vis-spektroskopisch und mittels quantenchemischer Berechnungen charakterisiert. Die pentakoordinierten Si-Komplexe mit N,N,O-Ligandrückgraten wiesen in Abhängigkeit von den weiteren Si-gebundenen Substituenten unterschiedlich konfigurierte verzerrt trigonal-bipyramidale Si-Koordinationssphären auf. Die Ursache der Farbigkeit dieser Verbindungen konnte mittels quantenchemischer Berechnungen detailliert erklärt werden. – Die Si-Komplexe mit N,N,N,N-Ligandrückgraten liegen in Abhängigkeit von den weiteren Si-gebundenen Substituenten als 5-fach koordinierte kationische oder neutrale 6-fach koordinierte Si-Komplexe vor. Deren Farbigkeit wurde mittels UV/VIS-Spektroskopie untersucht. Von ausgewählten Komplexen wurden die Tensoren der 29Si-NMR-Verschiebung rechnerisch und CP/MAS-NMR-spektroskopisch bestimmt.

Thin-film organic field effect transistors (OFETs) have attracted growing interest in recent years due to their promising electrical, optical and mechanical properties. Especially, oligothiophenes and their derivates are candidates with good prospects for application as the organic semiconducting material in such devices. They possess an extended, polarisable aromatic π-electron system that promotes a high structural arrangement of the molecules. The charge transport in the organic film is realised in the direction perpendicular to the plane of the thiophene rings via a hopping transport mechanism. Thus, a good π-π-overlap and a consequent stacking of the thiophene molecules in the film perpendicular to the gate substrate is essential to achieve excellent electric properties such as high charge carrier mobilities and low resistive losses. The highly polarisable thiophene-based molecules are also very attractive materials that are potentially applicable as the field-sensitive organic semiconducting component of a ferroelectric OFET device. In such a device, the dielectric gate element of a conventional OFET setup is substituted by a ferroelectric substrate. The electric field that is induced by the polarisation of the ferroelectric material serves as gate field and controlls the charge injection and charge density inside the device. In this thesis, thiophene-based molecules are investigated in detail with respect to their application as field-sensitive organic semiconducting component in a ferroelectric OFET device employing quantum-chemical ab initio and DFT-based methods. We demonstrate that the phosphonic acids can bind the organic molecules to the dielectric or ferroelectric material and well-anchored, robust self-assembled monolayers are formed. Furthermore, special focus is put on the influence of the intermolecular interactions among the organic molecules on the technologically relevant structural and electronic properties. It is found that the CN···HC hydrogen bond link the molecules into extended ribbons, but the π-π-stacking-stacking interaction is the main driving force in the self-assembly of the molecules. We also establish in detail the influence of the electric field on the phosphonic acid anchoring molecule and some quarterthiophene derivates. For the latter, the strongest field-sensitivity is obtained for an external electric field aligned parallel to the extension of the thiophene framework. Hence, they are suitable to act as the field-sensitive organic components in devices that take advantage of a band-gap engineering. Moreover, the present results emphasise the importance of the adsorption morphology of the molecules in the film in a π-stacked fashion with their longitudinal axis oriented parallel to the (orthonormal) electric field induced by the ferroelectric substrate.

Die Mukaiyama-Aldolreaktion ist die Umsetzung eines Silylenolethers mit einer Carbonylverbindung in Gegenwart einer Lewis-Säure. Diese Reaktion ist eine wichtige Methode zur Knüpfung einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung in der Organischen Chemie. In der vorliegenden Arbeit wird mittels quantenchemischer Methoden ein Einblick in den Mechanismus der Reaktion und die Ursachen der Enantioselektivität gegeben. Ausgehend von der unkatalysierten Reaktion wurde der Mechanismus der von kleineren achiralen Lewis-Säuren wie BF3 und TiCl4 katalysierten bzw. vermittelten Reaktion bearbeitet. Mit dem NEB-Verfahren zur Berechnung des Reaktionsmechanismus der enantioselektiv katalysierten Reaktion kam eine neuartige Möglichkeit zur Optimierung von Reaktionswegen zum Einsatz. Es konnte gezeigt werden, dass die Optimierung auch sehr komplexer Reaktionswege möglich ist. So wurde der gesamte katalytische Cyclus der Ti-BINOL katalysierten Reaktion berechnet, wobei sich der Einsatz der DFTB-Methode (density-functional based tight-binding method) zur Berechnung des Systems als sehr gut geeignet erwies. Die Leistungsfähigkeit der DFTB Methode konnte im Vergleich mit den geometrischen Daten aus Röntgenkristallstrukturanalysen nachgewiesen werden. Die Richtung der stereochemischen Differenzierung konnte in Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen bestimmt werden. Aus diesem Ergebnis war es möglich, ein schematisches Modell zu entwickeln, das die Ursache der Selektivität veranschaulicht.

Im Fokus dieser Arbeit standen zwei Ziele. Zum einem war es Forschungsgegenstand, dass Konzept der Zwillingspolymerisation auf germaniumhaltige, molekulare Vorstufen wie zum Beispiel Germylene, spirozyklische Germaniumverbindungen und molekulare Germanate zu erweitern und somit organisch-anorganische Komposite beziehungsweise Hybridmaterialien darzustellen. Dazu wurden neuartige Germaniumalkoxide auf der Basis von Benzylalkoholaten, Salicylalkoholaten sowie Benzylthiolaten synthetisiert, charakterisiert und auf ihre Fähigkeit Komposite beziehungsweise Hybridmaterialien über den Prozess der Zwillingspolymerisation zu erhalten studiert. Ein zweites Ziel dieser Arbeit war es, Beziehungen zwischen der Struktur und der Reaktivität dieser molekularen Vorstufen sowie deren Einfluss auf die Eigenschaften der erhaltenen Polymerisationsprodukte zu identifizieren und systematisch zu untersuchen. Hierfür wurden zum einen verschiedene Substituenten, welche unterschiedliche elektronische sowie sterische Eigenschaften aufweisen, an den aromatischen Einheiten der molekularen Vorstufen eingeführt. Die Effekte der Substituenten auf den Prozess der Zwillingspolymerisation und auf die Eigenschaften der Komposite beziehungsweise Hybridmaterialien wurden für die Verbindungsklasse der Germanium(II)salicylalkoholate, der molekularen Germanate sowie der spiro-zyklischen Siliziumsalicylalkoholate untersucht. Spirozyklische Siliziumsalicylalkoholate, wie zum Beispiel 4H,4’H-2,2‘-Spirobi[benzo[d][1,3,2]dioxasilin], wurden im Rahmen dieser Arbeit mit einbezogen, da sie aufgrund ihres nahezu idealen Zwillingspolymerisationsprozesses geeignete Modelverbindungen für Reaktivitätsstudien darstellen. Zudem wurde der Einfluss der Substituenten auf die Charakteristika der aus den Kompositen beziehungsweise Hybridmaterialien erhaltenen Folgeprodukte (poröse Kohlenstoffmaterialien und oxydische Materialien) studiert. Des Weiteren wurde eine Serie von spirozyklischen Germaniumthiolaten, welche isostrukturell zu 4H,4’H-2,2‘-Spirobi[benzo[d][1,3,2]dioxasilin] sind, synthetisiert, um systematisch den Einfluss der Chalkogenide, Sauerstoff und Schwefel, in benzylständiger sowie phenylständiger Position auf deren Reaktionsvermögen im Polymerisationsprozess zu untersuchen. Die experimentellen Ergebnisse zu den Struktur-Reaktivitätsbeziehungsstudien wurden, soweit es jeweils durchführbar war, mittels quantenchemische Rechnungen validiert und die daraus gezogenen Schlüsse in die Diskussion zur Interpretation der experimentellen Ergebnisse mit einbezogen.

Aufgrund ihrer Eigenschaften und möglicher Anwendungen werden Siliciumkomplexe mit O,N,O´-Ligandsystemen in der Literatur beschrieben. Jedoch fehlen bisher Untersuchungen zur Strukturaufklärung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zahlreiche Silicium-, Germanium- und Zinnkomplexe mit chiralen O,N,O´-Liganden synthetisiert und strukturanalytisch charakterisiert. Dazu wurden die Liganden durch Kondensationsreaktionen von enantiomerenreinen Aminosäuren mit aromatischen ortho-Hydroxyaldehyden bzw. Acetylaceton hergestellt. Die weitere Umsetzung der Liganden mit Elementhalogeniden der Gruppe 14 führte zu den angestrebten Komplexverbindungen. Alle hergestellten Verbindungen wurden umfassend charakterisiert (NMR-, UV/Vis-, IR-Spektroskopie, Elementaranalyse, Einkristallstrukturanalyse, Drehwert). Quantenchemische Berechnungen an einfachen Modellverbindungen sowie an hergestellten Silicium- und Zinnkomplexen führten zu einem grundlegenden Verständnis der Festkörper-NMR-Parameter dieser Verbindungsklasse.