@phdthesis{Lang2013,
  author    = {Lang, Daniel},
  title     = {Beitr{\"a}ge zur Chemie von Nanodiamantpartikeln - Die 1,3-dipolare Cycloaddition auf modifizierten Diamantoberfl{\"a}chen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-85078},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2013},
  abstract  = {Ausgangspunkt war die aus der Fulleren-Chemie bekannte Prato-Reaktion, bei welcher das Ylid in situ aus einer Aminos{\"a}ure und einem Aldehyd generiert wird und anschließend mit den C=C-Bindungen des Fullerens reagiert. Diese Funktionalisierungsmethode wurde nun auf Detonationsnanodiamant {\"u}bertragen. Um zus{\"a}tzliche π-Bindungen auf der Oberfl{\"a}che der Diamantteilchen zu schaffen, wurden diese i.Vak. bei 750 °C ausgeheizt (ND750). F{\"u}r die Immobilisierung wurde die Aminos{\"a}ure Sarcosin gew{\"a}hlt. Dodecanal und 2,4,6-Tris(hexadecyloxy)-benzaldehyd dienten jeweils als Reaktionspartner. Da bereits in fr{\"u}heren Studien gezeigt wurde, dass bei dieser Reaktion der Aldehyd selbst unspezifisch an den Diamanten binden kann und so m{\"o}glicherweise Teile der Oberfl{\"a}che f{\"u}r die spezifische Funktionalisierung blockiert, wurden f{\"u}r die weitere Betrachtung Azomethinylidvorstufen synthetisiert, die selbst nicht in der Lage sind, mit der Diamantoberfl{\"a}che zu reagieren. Diesen Zweck erf{\"u}llten N-heterocyclische Iminiumbromide, die durch Umsetzung des jeweiligen Heteroaromaten mit Bromessigs{\"a}ureethylester bzw. Bromacetonitril erhalten wurden. Alle Ylidvorstufen wurden in Gegenwart von NEt3 in situ zu den gew{\"u}nschten Dipolen umgesetzt und auf Nanodiamant immobilisiert. Neben ND750 wurden auch oxidierter und unbehandelter Diamant (NDox bzw. NDunb) sowie Diamant, der bei 900 °C i.Vak. ausgeheizt wurde (ND900), als Substrat eingesetzt, um den Einfluss der Oberfl{\"a}chenterminierung und des Graphitisierungsgrades auf das Reaktionsverhalten zu studieren. Durch Raman- und IR-Spektroskopie wurde gezeigt, dass NDox sehr viele Carbonylgruppen und wenig C=C-Doppelbindungen auf seiner Oberfl{\"a}che tr{\"a}gt. Durch das Ausheizen i.Vak wurden hingegen zus{\"a}tzliche π-Bindungen erzeugt, die bei ND900 bereits ausgedehntere Bereiche mit sp2-Kohlenstoff bilden. Der Erfolg der Immobilisierung wurde IR-spektroskopisch nachgewiesen. Die Oberfl{\"a}chenbeladung aller hergestellten Diamantaddukte wurde thermogravimetrisch bestimmt. NDox immobilisierte unabh{\"a}ngig vom Reaktionspartner stets die wenigsten Molek{\"u}le auf seiner Oberfl{\"a}che. Deren Terminierung wird von Carbonylgruppen dominiert, die grunds{\"a}tzlich schlechtere Dipolarophile darstellen als C=C-Doppelbindungen. Die {\"u}brigen Diamantmaterialien NDunb, ND750 und ND900 ließen keine eindeutige Tendenz bez{\"u}glich ihrer Reaktionsfreudigkeit erkennen. Die Oberfl{\"a}che des unbehandelten Diamanten NDunb besitzt sowohl Carbonylfunktionen als auch einzelne Bereiche graphitischen Kohlenstoffs. Diese konkurrieren vermutlich um die angebotenen Dipole, sodass die resultierenden Oberl{\"a}chenbeladungen ihrer Konjugate in einem mittleren Wertebereich liegen. Durch das Ausheizen i.Vak. werden viele Carbonylgruppen unter Ausbildung weiterer C=C-Doppelbindungen von der Oberfl{\"a}che entfernt. Bei 750 °C sind diese r{\"a}umlich sehr beschr{\"a}nkt, stark gekr{\"u}mmt und daher sehr reaktiv. Trotzdem erreichte ND750 selten eine Oberfl{\"a}chenbelegung, welche jene von NDunb {\"u}bertrifft. Die π-Bindungen auf seiner Oberfl{\"a}che sind in F{\"u}nf- und Sechsringe eingebaut, um die gekr{\"u}mmte Struktur zu realisieren. Wahrscheinlich besteht f{\"u}r die Cycloaddition an Nanodiamant eine dem Fulleren C60 {\"a}hnliche Regioselektivit{\"a}t bez{\"u}glich der angegriffen Doppelbindung. Somit stehen nicht alle frisch erzeugten C=C-Bindungen f{\"u}r die Reaktion zur Verf{\"u}gung. Bei 900 °C ist die Graphitisierung der Diamantoberfl{\"a}che weiter fortgeschritten. Es entstehen nicht nur neue C=C-Bindungen, sondern bereits gebildete Kohlenstoffkappen beginnen zu koaleszieren, wobei ausgedehntere sp2-Bereiche mit geringerer Kr{\"u}mmung und somit verminderter Reaktivit{\"a}t entstehen. So nimmt die Oberfl{\"a}chenbeladung der meisten ND900-Konjugate nicht weiter zu. Wie aus den Ergebnissen dieser Arbeit hervorgeht, ist die Funktionalisierung von Nanodiamantpartikeln nicht trivial. Sowohl die Oberfl{\"a}chenbeschaffenheit des Diamantmaterials als auch die Struktur des eingesetzten Azomethinylids beeinflussen das Immobilisierungsverhalten. Die vorliegende Arbeit zeigt aber, dass die 1,3-dipolare Cycloaddition von Azomethinyliden eine n{\"u}tzliche Methode zur Funktionalisierung von Nanodiamantpartikeln ist. Sie erm{\"o}glicht des Weiteren die simultane Einf{\"u}hrung mehrerer unterschiedlicher funktioneller Gruppen. Dies macht die untersuchte Reaktion zu einem wertvollen Werkzeug f{\"u}r die Herstellung funktionalisierter Nanodiamantmaterialien, z. B. f{\"u}r biomedizinische Anwendungen.},
  subject      = {Azomethinylide},
  language  = {de}
}