TY  - THES
A1  - Ackermann, Johannes
T1  - Entwicklung verbesserter Verfahren zur Herstellung, Modifizierung und Charakterisierung diamantbasierter Materialien
T1  - Development of advanced methods for the production, modification and characterization of diamond-based materials
N2  - In dieser Dissertation wird beschrieben, wie es durch systematische Anwendung unterschiedlicher Methoden zur Herstellung und Modifizierung von Diamant gezielt und verlässlich möglich ist, die Eigenschaften von Diamanten zu beeinflussen. Es wird gezeigt, wie durch Variation der Parameter bei dem Wachstum von Diamant Einfluss auf dessen Morphologie und Eigenschaften genommen werden kann. Des Weiteren wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem die Oberfläche des Diamanten durch Ozon effizient oxidiert beziehungsweise reduziert werden kann. Um diese veränderte Oberflächenbelegung möglichst genau zu analysieren, wird im letzten Teil der Dissertation eine Methode zur qualitativen und quantitativen Analytik der Oberflächen von Kohlenstoffnanomaterialien beschrieben.
N2  - This dissertation describes how it is possible to alter the properties of diamond utilizing varying methods for diamond growth and surface modification. It is shown, how by varying the parameters during the growth of diamond, influence can be exerted on its morphology and properties. Furthermore, a procedure is described to efficiently oxidize or reduce the surface of diamond using ozone. In order to analyze this modified surface as precisely as possible, a method for qualitative and quantitative analysis suitable for carbon nanomaterials is presented.
KW  - Diamant
KW  - CVD-Verfahren
KW  - Ozon
KW  - Titration
KW  - Nanodiamant
KW  - Oberflächenanalytik
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-273608
ER  - 
TY  - THES
A1  - Auerswald, Johannes
T1  - Untersuchungen zur Synthese aromatisch anellierter Pyracene und Pyracylene
T1  - Investigations on the synthesis of aromatically annulated pyracenes and pyracylenes
N2  - Ziel dieser Arbeit war die Synthese geeigneter Modellsysteme für die Untersuchung gekrümmter Graphenfragmente. Dafür bot sich die Synthese von substituierten Pyracylenen an. Diese sollten in eine Aromatensphäre eingebunden sein, um so den Einfluss der Graphenumgebung zu simulieren. Ein geeignetes einfaches Untersuchungsobjekt stellt das Bisbenzo[d,j]pyracylen/ Dicyclopenta[fg,op]tetracen (10) dar. Auch die Einbettung in größere „Nanographene“ ist ein lohnendes Syntheseziel zur Untersuchung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen. Gegebenenfalls kann nach erfolgreicher Darstellung auch das Auftreten der Stone-Wales-Umlagerung untersucht werden. Das heißt, die Systeme sollen mit Hilfe der FVP auf ihr Vermögen zur Kohlenstoffgerüstumlagerung untersucht werden. Die folgende Abbildung zeigt die Zielmoleküle und mögliche Stone-Wales-Umlagerung. ...
N2  - The aim of this work was the synthesis of suitable model systems for the study of curved graphene fragments; more specifically the synthesis of substituted pyracylenes. These should be integrated into an aromatic network, to simulate the influence of the graphene environment. Bisbenzo[d,j]pyracylene/ dicyclopenta[fg,op]tetracene (10) is a suitable simple synthetic aim. Embedding this molecule into larger "nanographenes" is a rewarding synthetic target for the investigation of structure-property relationships. After successful preparation, the occurrence of the Stone-Wales rearrangement, if present, may be studied. This means the systems will be studied with the help of FVP on their ability to rearrange their carbon skeleton. The following figure shows the target molecules and possible Stone-Wales rearrangement. ...
KW  - Kohlenwasserstoffe
KW  - Tetrahydrodicyclopenta[fg,op]tetracen
KW  - pyracene
KW  - pyracylene
KW  - tetrahydrodicyclopenta[fg,op]tetracene
KW  - Scholl reaction
KW  - tetraaryl pyracene
KW  - spiro hydrocarbons
KW  - Stone-Wales rearrangement
KW  - Pyracen
KW  - Pyracylen
KW  - Scholl-Reaktion
KW  - Tetraarylpyracene
KW  - Spirokohlenwasserstoffe
KW  - Stone-Wales-Umlagerung
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-110815
ER  - 
TY  - THES
A1  - Betz, Patrick Peter
T1  - Immobilisierung von Kohlenhydratbausteinen auf Nanodiamant-Partikeln mit Hilfe von C-C-Verknüpfungsreaktionen
T1  - Immobilization of saccharides on nanodiamond particles by C-C bond formation reactions
N2  - In dieser Arbeit wurde die Erstfunktionalisierung des Diamanten durch die Diels-Alder-Reaktion realisiert und anschließend ein Thiol als weiterführende Bindungsstelle etabliert. Die Thiolfunktion konnte in einer radikalischen Reaktion mit einem terminalen Alken umgesetzt werden. Als Reaktionspartner wurde ein Allylglucosid synthetisiert und mit Hilfe eines Radikalstarters an den Diamanten gebunden. Für nicht-radikalische Verknüpfungsreaktionen eines vorfunktionalisierten Diamanten mit dem Zielmolekül konnte die Diazoniumsalz-Methode genutzt werden. Die Wahl der 4 Aminobenzoesäure als Edukt der Reaktion erlaubte in einer einstufigen Reaktion die Einführung einer Carbonsäuregruppe auf der Oberfläche. Durch Umsetzung mit einem Amin (Mannosecluster) konnte eine stabile Amidbindung erzeugt werden. Die erhaltenen Saccharid-Diamant-Konjugate wurden anschließend auf deren Inhibitionsvermögen gegenüber Escherichia coli getestet. Um eine Erweiterung der Methoden zur stabilen Erstfunktionalisierung der Diamantoberfläche zu erreichen, wurde untersucht ob die aus der Fulleren-Chemie bekannte Bingel-Hirsch-Reaktion auf Nanodiamant übertragbar ist. Für die Untersuchungen am Diamanten wurden unterschiedliche Malonsäurederivate eingesetzt, welche signifikante Banden im Infrarotspektrum besitzen, um eine eindeutige Funktionalisierung nachweisen zu können.
N2  - In this work primary functionalization of nanodiamond was realized by [4+2]-cycloaddition of o-chinodimethane. In the next steps thiol groups could be established for further functionalisation. The thiol group serves as a binding position for a radical reaction with allyl groups. As a reactant allylglycoside was synthesized and bound to the diamond surface in the presence of a radical starter. The diazonium salt method can be applied in order to couple the target molecule with the functionalized diamond, too. 4-aminobenzoic acid as starting material allows for a direct introduction of a carboxyl group on the diamond surface. An amide bond could be created by reaction of primary amine (carbohydrate cluster) and acid group. After completion of the synthesis of the saccharide-diamond conjugates their potency as inhibitor of Escherichia coli was tested. In order to extend the methods for stable functionalization of the diamond surface, the ability of introducing the Bingel-Hirsch-reaction, which is known from the chemistry of fullerenes, was investigated. Different malonic acid derivates with significant IR bands were applied for the investigation on diamond.
KW  - Synthesediamant
KW  - Festkörperoberfläche
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
KW  - Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung
KW  - Nanodiamant
KW  - Bingel-Hirsch-Reaktion
KW  - Oberflächenfunktionalisierung
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-106421
ER  - 
TY  - THES
A1  - Buschmann, Peter
T1  - Anbindung von Katalysatoren an Nanodiamantpartikel mit Hilfe starrer Linker
T1  - Immobilisation of catalysts on nanodiamond particles using rigid linkers
N2  - Das Ziel dieser Arbeit war die Herstellung von Diamantmaterialien, deren Oberflächen mit Alkinen, Aziden oder Aldehyden modifiziert waren. Diese funktionellen Gruppen sollten die einfache Anbindung verschiedener katalytisch aktiver Systeme mit Hilfe der 1,3-dipolaren Cycloaddition nach Huisgen bzw. Iminbildung ermgöglich.
Da in einer vorangegangenen Arbeit Hinweise darauf gefunden wurde, dass die hochgradig funktionalisierte Oberfläche von Detonationsnanodiamant dazu in der Lage ist, die Aktivität von immobilisierten Katalysatoren zu behindern. Darum wurde in dieser Arbeit verglichen, ob die Verwendung von starren Linkern auf Tolanbasis einen Vorteil gegenüber ihren flexiblen Gegenstücken liefert. Dazu wurde für jede der oben genannten Funktionalisierungsarten je ein Diamantmaterial mit flexibler sowie mindestens eines mit unbiegsamer Verbindungseinheit hergestellt und getestet. Dadurch konnte das Konzept der starren Linker für Enzyme bestätigt werden und es wurde eine signifikant höhere Aktivität erhalten, als wenn flexible Anbindungsbrücken verwendet wurden. Bei Organokatalysatoren und metallorganischen Systemen konnten jedoch keine erfolgreichen Katalysen durchgeführt werden.
N2  - The aim of this work was the production of diamond materials whose surfaces were modified either with alkynes, azides, or aldehydes. These functional groups were supposed to allow the simple immobilisation of catalytically active systems via 1,3-dipolar cycloadditions or imine formation, respectively.
In a previous publication, it was found that the highly functionalised surface of detonation nanodiamond can reduce the activity of immobilised catalysts. In this work, it was therefore investigated whether the use of rigid linkers based on tolane derivatives would be advantageous when compared to their flexible counterparts. For this purpose, at least one example for both cases was produced for each of the above mentioned functional groups. Test results showed that the concept of the rigid linkers was successful for the immobilisation of enzymes, for which a significantly higher activity was detected when compared to flexible linkers. However, for organocatalysts and metal organic systems successful catalysis was not achieved.
KW  - Nanopartikel
KW  - Diamant
KW  - Dipolare Cycloaddition
KW  - Immobilisiertes Enzym
KW  - Organokatalyse
KW  - Katalysatorimmobilisierung
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-132966
ER  - 
TY  - THES
A1  - Ertl, Julia Andrea
T1  - Bioorthogonale chemische Modifikation der Bm-Levansucrase zur rationalen Anpassung der Produktspezifität
T1  - Bioorthogonal chemical modification of the Bm-Levansucrase for rational adaptation of the product specificity
N2  - Enzym-Modifikationen finden in der Natur in Form von posttranslationalen Protein-Modifikationen statt und sind ein faszinierender Mechanismus, um die biologische Vielfalt und Funktion von Proteinen um ein Vielfaches zu erhöhen. Daher ist es für ein ganzheitliches Verständnis bestimmter biologischer Prozesse oder enzymatischer Struktur-Funktions-Beziehungen unerlässlich, chemische Methoden zu entwickeln, die in der Lage sind, diese natürliche Diversität nachzuahmen.[61] Die wohl größte Herausforderung der chemischen Protein-Konjugation ist die chemo- und regioselektive Modifikation einer gezielten Aminosäure bei gleichzeitig milden und physiologischen Reaktionsbedingungen. Trotz zahlreich beschriebener Ansätze zur selektiven Protein-Modifikation, bedarf es weiterhin neuer Methoden, da viele bestehende Herangehens¬weisen auf ein spezielles System zugeschnitten sind.[9, 63] 
Aus diesem Grund sollte im Rahmen dieser Arbeit eine breit anwendbare Methode zur selektiven chemischen Tyrosin-Modifikation am Modell der Levansucrase aus Bacillus megaterium entwickelt werden. Durch eine zweistufige Protein-Modifikation, bestehend aus einer En-Reaktion im ersten Schritt und einer Click-Reaktion im zweiten Konjugationsschritt, gelang es die Produktspezifität der Bm Levansucrase rational zu beeinflussen. Zunächst wurde die Tyrosin-spezifische En-Reaktion mit der Luminol-Verbindung 1 an natürlich vorkommenden Tyrosin-Seitenketten der Levansucrase erprobt und analysiert. Hierbei zeigte sich durch massenspektrometrische Untersuchungen, dass hauptsächlich zwei der 25 vorhandenen Tyrosin-Reste mit dem Luminol-Tag 1 modifiziert wurden, zu denen die Seitenketten Y247 und Y196 gehörten. Um die Auswirkungen der Tyrosin-Modifikation leichter interpretieren zu können und eine gegenseitige Beeinflussung auszuschließen, wurde vorerst mit der Einzelmutante Y247F gearbeitet. Da nach der ersten Modifikation der Variante Y247F geringe Veränderungen im Produkt¬spektrum beobachtet wurden, insbesondere im hoch-molekularen Bereich, wurde die Click-Reaktion im zweiten Schritt mit der Intention durchgeführt, diesen Effekt zu verstärken. Schließlich bewirkte die Click-Reaktion mit Azidoglucose (AzGlc) bei Variante Y247F-1-AzGlc eine erhebliche Verschiebung der Produktverteilung von kleinen Fructooligosacchariden (ca. 1100 Da) hin zu hoch-molekularem Levan (ca. 2,1∙106 Da). 
Drei weitere Positionen, die in der dritten Zone des Enzyms liegen, wurden für die gentechnische Substitution gegen nicht-native Tyrosin-Reste ausgewählt. Dadurch wurden die Varianten E314Y, D248Y sowie F445Y erhalten und anschließend wie zuvor in zwei Schritten chemisch modifiziert. Die Modifikation dieser Varianten führte hinsichtlich der Veränderung des Produktprofils zu ähnlichen Ergebnissen, wie sie mit dem Enzym Y247F erhalten wurden (Übersicht 1, A). Um den Einfluss verschiedener Seitenketten zu analysieren, wurden neben der Azidoglucose vier weitere Azido-Verbindungen in der Click-Reaktion getestet. 
Die Resultate aus den genannten Untersuchungen und die Einbeziehung molekular¬-dynamischer Simulationen ließen erste Rückschlüsse auf die mechanistischen Prozesse der Bm Levansucrase und deren gezielte Manipulation zu: Die Größe der eingeführten Seitenkette sowie die Fähigkeit des Tags polare Wechselwirkungen auszubilden, spielen eine entscheidende Rolle zur rationalen Modulation der Produkt¬spezifität. Insbesondere die räumliche Orientierung und Bewegung der Seitenkette  1 AzGlc und die damit einhergehende sterische Hinderung trugen dazu bei, eine vorzeitige Dissoziation der wachsenden Fructane zu verhindern und ermöglichten dadurch die prozessive Polymersynthese. 
Weitere Erkenntnisse über den Levan-Elongationsmechanismus wurden durch die Modifikation der Varianten N126Y und S125Y erhalten. Diese lagen im Gegensatz zu den zuvor untersuchten Tyrosin-Resten nicht im Wachstumsverlauf des Substrats und besaßen zudem eine kürzere Distanz zum aktiven Zentrum. In beiden Fällen führte bereits die erste Modifikation mit Luminol-Derivat 1 zu völlig unter¬schiedlichen Produktprofilen im Vergleich zu den zuvor untersuchten Enzym-Varianten. Während mit der Variante N126Y-1 eine signifikante Akkumulation (bis zu 800 % Zunahme) verschiedener Oligosaccharide erzielt wurde, synthetisierte die Variante S125Y-1 schon nach dem ersten Modifikationsschritt Levan-Polymer (Übersicht 1, B/C). Die zugrunde-liegenden Interaktionen und Trajektorien der eingeführten Seitenkette wurden ebenfalls mit Hilfe von MD Simulationen analysiert und bestätigten die zuvor getroffenen Annahmen. Durch die räumliche Nähe zur Substrat-Bindungstasche reichte bei Variante S125Y 1 bereits die Luminol-Verbindung aus, um die Substrat-Dissoziation zu verhindern und damit die Polymer¬synthese zu induzieren. Hingegen dazu ergaben die Simulationen eine sehr dynamische und fluktuierende Seitenkette für N126Y-1, was vermutlich zur Destabilisierung initialer Wechselwirkungen zwischen Substrat und der Protein¬oberfläche führte und dadurch die Freisetzung und Akkumulation kurzer Oligo-saccharide begünstigte. 
Durch die bioorthogonale chemische Einführung einer artifiziellen Seitenkette war es schließlich möglich, das Produktspektrum der Bm Levansucrase sowohl in Richtung Polymersynthese als auch in Richtung kurzer Oligosaccharide zu lenken. Unter Verwendung der Tyrosin-spezifischen En-Reaktion wurden dafür gezielt native und nicht-native Tyrosin-Reste selektiv modifiziert und in einer Folge¬reaktion mittels Click-Chemie zusätzlich derivatisiert. Die Auswirkungen der Modifikations-Reaktionen auf den Elongationsmechanismus des Substrats konnten durch MD-Simulationen aufgeklärt werden. Das Ziel, die Produktspezifität der Levansucrase rational zu beeinflussen und in eine gezielte Richtung zu steuern, wurde damit erfolgreich umgesetzt.
Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag darin, eine effiziente und einfache Methode zur Reinigung eines Fructan-Gemisches zu entwickeln, um damit den Zugang zu Oligo-sacchariden definierter Größen zu vereinfachen. Die Verfügbarkeit bestimmter Oligosaccharide in ausreichender Menge und Reinheit würde die Untersuchung von Fructanen auf ihre präbiotischen Eigenschaften erleichtern und zum Verständnis der Korrelation zwischen dem Darmmikrobiom und verschiedenen Krankheits¬bildern beitragen.[125] Mit Hilfe der Levansucrase-Variante K373L wurde ein Fructan-Gemisch synthetisiert, das im Vergleich zum Produkt¬profil des Wildtyps einen höheren Anteil kurzkettiger Oligosaccharide aufwies. In einem dreistufigen Reinigungsprozess wurde das Produktgemisch im ersten Schritt von den Monosacchariden Glucose und Fructose sowohl fermentativ durch den Hefe¬stamm H. polymorpha als auch chromatographisch per Silicagel separiert. Anschließend erfolgte eine grobe Trennung der Oligosaccharide nach dem Größen¬ausschlussprinzip mit einer Bio-Gel®P2-Säule. Im letzten Schritt wurde die Oligosaccharidfraktion, die hauptsächlich Tri- und Tetrasaccharide enthielt, schließlich mittels Umkehrphasen-Säulenchromatographie (RP18-HPLC) in die gewünschten Produkte aufgetrennt. Auf diese Weise gelang es, die Oligosaccharide 1 Kestose (28 %), 6 Kestose (56 %) und 6 Nystose (20 %) in hoher Reinheit (> 95 %) und moderaten Ausbeuten zu isolieren (Übersicht 2).  
Der letzte Teil dieser Arbeit sollte die verschiedenen Disziplinen der Biokatalyse, chemischen Protein-Modifikation und Click-Reaktion mit einer neuen Kompontente, der Photokatalyse, verbinden und in einem innovativen Konzept die Grundlage für die Kombination dieser Forschungsbereiche schaffen. In diesem Kontext wurde einerseits eine lineare photo-biokatalysierte Kaskaden-Reaktion entworfen und vorbereitet, während andererseits die Synthese eines clickbaren Photokatalysators durchgeführt wurde (Übersicht 3). Für den enzymatischen Teil der Kaskaden-Reaktion wurden die Halogenasen RebH und RadH mit den zugehörigen Regenerationssystemen Fre und GDH erfolgreich in E. coli exprimiert, gereinigt und deren Aktivität nachgewiesen. Darüber hinaus wurde ein aktiver Alkin-funktionalisierter Photokatalysator synthetisiert, dessen Aktivität auch nach der Click-Reaktion mit einer Aminosäure und einem Peptid erhalten blieb. Damit wurden die Grundlagen geschaffen, um z. B. photoaktive Bausteine in ein Enzym einzubringen und somit neue lichtabhängige Reaktionszentren oder sogenannte Designer-Enzyme zu erzeugen.
N2  - Enzyme modifications occur in nature in the course of post-translational protein modifications and are fascinating mechanisms to increase the biological variety and function of proteins many times over. For a deep understanding of certain biological processes or enzymatic structure-function relationships, it is therefore essential to develop chemical methods that are able to mimic this natural diversity.[61] Probably the greatest challenge of chemical protein conjugation is the chemo- and regioselective modification of a particular amino acid while using mild and physiological reaction conditions. Despite numerous approaches to selective protein modification, new methods are still needed, as many existing strategies are customized for a specific system.[9, 63]
Therefore, the aim of this work was to develop a widely applicable method for selective chemical tyrosine modification using the levansucrase from Bacillus megaterium as a model system. By a two-step protein modification consisting of an ene-reaction in the first step and a click-reaction in the second conjugation step, the product specificity of the Bm-levansucrase could be rationally controlled. In the early stages, the tyrosine-specific ene-reaction with luminol compound 1 was tested and analyzed on naturally occurring tyrosine residues. Mass spectroscopic investigations showed that mainly 2 of the 25 existing tyrosine residues were modified with luminol tag 1, including the tyrosines Y247 and Y196. In order to be able to interpret the effects of the tyrosine modification more easily and to exclude a mutual influence of the introduced side chains, the single mutant Y247F was used for further investigations. Since small changes in the product spectrum were observed after the first modification of the levansucrase variant Y247F, especially in the high molecular weight range, the second modification was carried out with the intention of intensifying this effect even further. Finally, the click reaction with azido¬glucose (AzGlc) in variant Y247F-1-AzGlc caused a significant shift in the product distribution from small fructooligosaccharides (approx. 1100 Da) to high molecular weight levan (approx. 2,1∙106 Da). 
Three further positions, located in the third zone of the enzyme, were selected for genetic substitution against non-native tyrosine residues. Thus, the variants E314Y, D248Y and F445Y were obtained and then chemically modified in two steps as described before. In terms of product distribution and polymer synthesis, the modification of these variants led to comparable results to those obtained with the enzyme Y247F (overview 1, A). To analyze the influence of different side chains regarding size and polarity, four additional azido compounds were tested in the click reaction in comparison to the azidoglucose. The results of the above-mentioned investigations and the consideration of molecular dynamic simulations allowed first conclusions about the mechanistic processes of the Bm levansucrase and its specific manipulation. The size of the introduced side chain as well as the ability of the tag to form polar interactions play an important role in the rational modulation of the product specificity. In particular, the spatial orientation and movement of the tag and the resulting steric hindrance helped to prevent premature dissociation of the growing fructans and thus enabled the processive polymer synthesis.
Further insights into the levan elongation mechanism were obtained by modifying the variants N126Y and S125Y. In contrast to previously investigated tyrosine residues, these positions were not located in the oligosaccharide elongation pathway and further they had a shorter distance to the active centre. In both cases, already the first modification with luminol derivative 1 led to completely different product profiles. While the variant N126Y-1 showed a distinct accumulation (up to 800 % increase) of different oligo¬saccharides, the variant S125Y-1 synthesized levan polymer already after the first modification step (overview 1, B/C). The interactions and trajectories of the introduced side chain were again analyzed with the aid of MD simulations and confirmed the previous assumptions. Due to the proximity to the substrate binding pocket, the luminol tag of variant S125Y-1 was already sufficient to prevent substrate dissociation and to induce polymer synthesis. In contrast, the simulations revealed a very dynamic and fluctuating side chain for N126Y-1, which presumably led to the destabilization of initial interactions between the substrate and the protein surface and thus triggered the release and accumulation of short oligosaccharides. 
Finally, the bioorthogonal chemical introduction of an artificial side chain made it possible to steer the product spectrum of the Bm-levansucrase towards both polymer synthesis and short oligosaccharides. Using the tyrosine specific ene-reaction, native and non-native tyrosine residues were selectively modified and additionally derivatized in a subsequent reaction by click-chemistry. The effects of the modification reactions on the elongation mechanism of the substrate were elucidated by MD simulations. The goal of rationally influencing the product specificity of the levansucrase and controlling the product synthesis in a specific direction was thereby successfully achieved.
Another focus of this work was to develop an efficient and simple method for the purification of a fructan mixture in order to facilitate the access to oligosaccharides of defined sizes. The availability of certain oligosaccharide lengths in sufficient quantity and purity would improve the investigation of fructans for their prebiotic properties and contribute to the understanding of the correlation between the intestinal microbiome and various diseases.[125] By using the levansucrase variant K373L, a fructan mixture with a higher content of certain oligosaccharides compared to the product profile of the wild type enzyme, was synthesized. In a three-step purification process, the first step was to separate the product mixture from the monosaccharides glucose and fructose both by fermentation using the yeast strain H. polymorpha and chromatographically by silica gel. Subsequently, the oligosaccharides were separated by size exclusion chromatography using a Bio-Gel®P2 column. In the last step, the oligosaccharide fraction, which mainly contained tri- and tetrasaccharides, was finally separated into the desired products by reversed phase column chromatography (RP18-HPLC). In this way it was successfully achieved to isolate the oligosaccharides 1 kestose (28 %), 6 kestose (56 %) and 6 nystose (20 %) in high purity (> 95 %) and moderate yields (overview 2).  
The last part of this work was intended to combine the different disciplines of biocatalysis, chemical protein modification and click reaction with the new component photocatalysis, and to create the basis for combining these research areas in an innovative concept. In this context a linear photo-biocatalysed cascade reaction was developed and prepared on the one side, while on the other side the synthesis of a clickable photocatalyst was performed (overview 3). For the enzymatic part of the cascade reaction the halogenases RebH and RadH with the corresponding regeneration systems Fre and GDH were successfully expressed, purified and their activity with the natural substrates was verified. In addition, an active alkyne-functionalized photocatalyst was synthesized, whose activity was retained even after the click reaction with an amino acid or peptide. This created the basis for introducing photoactive building blocks into larger structures or an enzyme and thereby generating new light-dependent reaction centres or so-called designer enzymes.
KW  - Levansucrase
KW  - Fotochemische Reaktion
KW  - Proteinmodifikation
KW  - Photo-Biokatalyse
KW  - Proteinmodifizierung
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-207319
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fink, Julian
T1  - Synthese von molekularen Werkzeugen zur Visualisierung und Untersuchung des Sphingolipidmetabolismus und weiterer biologischer Prozesse
T1  - Synthesis of molecular tools to visualize and study sphingolipid metabolism and other biological processes
N2  - Die Zelle stellt die kleinste Einheit des Lebens dar und zeichnet sich durch die hoch koordinierte Anordnung von mehreren Millionen (Bio-)Molekülen zu einem mikrometergroßen Objekt aus. Als struktureller Bestandteil der Lipiddoppelschicht eukaryotischer Zellen spielt neben Sterolen und Glycerolipiden die Verbindungsklasse der Sphingolipide eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Membranintegrität.[472] Darüber hinaus sind bioaktive Sphingolipide bei vielen grundlegenden zellulären Prozessen wie Apoptose, Wachstum, Differenzierung, Migration und Adhäsion entscheidend beteiligt.[87,120] Ein gestörtes Gleichgewicht des Sphingolipidmetabolismus und Defekte der entsprechenden Stoffwechselwege stehen im Zusammenhang mit vielen Krankheiten wie Krebs, Diabetes, Adipositas, Arteriosklerose, chronischen Entzündungen und Autoimmunerkrankungen sowie viraler und bakterieller Pathogenese.[22,143,473,474] 
Die Entwicklung und Anwendung von Sphingolipidanaloga als potenzielle Wirkstoffe rückten in den letzten Jahren immer weiter in den Fokus der interdisziplinären Forschung von Biologen, Chemikern und Medizinern. Als bekanntestes Beispiel ist Fingolimod (FTY720) zu nennen, das als Sphingosin-1-phosphat-Mimetikum heute unter dem Markennamen Gilenya® erfolgreich als Arzneistoff zur Behandlung von Multipler Sklerose eingesetzt wird.[475] Es besteht jedoch die Gefahr, dass Fingolimod zur Schädigung anderer Zellfunktionen und zu gravierenden Nebeneffekten wie Bradykardie führen kann.[476] Da Sphingolipide ebenfalls in der Kontrolle von bakteriellen und viralen Infektionen essentiell beteiligt sind, spielen Sphingolipide und deren synthetisch dargestellte Derivate vermehrt eine Rolle in der Wirkstoffentwicklung im Kampf gegen pathogene Krankheitserreger.[175,477-479] Die Wirkweise von antimikrobiellen Sphingolipiden ist bisher nicht vollständig aufgeklärt. Für eine Weiterentwicklung von bekannten Medikamenten gegen verschiedene Krankheiten oder für die Entwicklung neuartiger Wirkstoffe gegen Erreger ist eine umfassende Untersuchung der zugrundeliegenden zellulären Mechanismen auf molekularer Ebene entscheidend. 
Hierfür finden aufgrund der relativ einfachen Detektion mittels Fluoreszenzmikroskopie häufig fluoreszenzmarkierte Sphingolipidderivate breite Anwendung.[480] Die kovalent gebundene Farbstoffeinheit bringt jedoch wesentliche Nachteile mit sich, da sich die Biomoleküle durch die veränderte Struktur und Polarität in ihren biologischen Eigenschaften von den natürlichen Substraten unterscheiden können. Die Verwendung von bioorthogonal funktionalisierten Biomolekülen umgeht dieses Problem, da die strukturellen Änderungen minimal gehalten werden.  
Nach dem zellulären Einbau dieser Derivate ist eine schnelle und spezifische Konjugation mit einem komplementären Fluorophor zu einem gewünschten Zeitpunkt durch sogenannte Click-Reaktionen wie CuAAC oder SPAAC möglich.[12,46] Das Prinzip der Click-Chemie wurde bereits auf eine Vielzahl an Biomolekülen wie Sphingolipide, Fettsäuren, Aminosäuren, Proteine, Kohlenhydrate, Nukleoside oder Nukleinsäuren (DNA und RNA) übertragen.[47,280] Jedoch bedarf es weiterer spezifisch modifizierter Verbindungen, die vielfältige bioorthogonale Reaktionen für die Untersuchung von Zellprozessen zulassen ‒ sowohl in vitro als auch in vivo.
Um neue Therapieansätze gegen verschiedene Krankheiten zu entwickeln und schwerwiegende Nebenwirkungen zu vermeiden, ist die detaillierte Erforschung hochkomplexer Zellvorgänge auf molekularer Ebene von entscheidender Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Synthese und Charakterisierung von molekularen Werkzeugen, die in Kombination mit verschiedenen aktuellen Mikroskopie- und Massenspektrometriemethoden die Visualisierung und Untersuchung des Sphingolipidmetabolismus und weiterer biologischer Prozesse ermöglichen.
Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit eine Vielzahl an Sphingolipiden und deren bioorthogonal funktionalisierte Analoga ausgehend von der Aminosäure L-Serin erfolgreich synthetisiert. Die vorgestellten Verbindungen eignen sich in Kombination mit Massenspektrometrie und Fluoreszenz- oder Elektronenmikroskopie als molekulare Werkzeuge zur Untersuchung des komplexen Sphingolipidmetabolismus sowie des Einbaus und der Dynamik von Sphingolipiden in Modell- und Zellmembranen. Sowohl in humanen und tierischen Zellen als auch in Bakterien wurden die azidmodifizierten Sphingolipide durch Click-Reaktionen visualisiert, um ein verbessertes Verständnis von bakteriellen und viralen Infektionsprozessen zu erhalten. Der modulare Ansatz der Click-Chemie ermöglicht die Verwendung verschiedener komplementär funktionalisierter Farbstoffe, die unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der Membrandurchgängigkeit oder Absorptions- und Emissionswellenlängen besitzen und somit je nach biologischer Fragestellung gezielt eingesetzt werden können.
Alles in allem tragen die in dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen dazu bei, die Rolle von Sphingolipiden bei Infektionsprozessen und Krankheitsverläufen auf subzellulärer Ebene aufzuklären. Dadurch wird ein entscheidender Beitrag für die Entwicklung neuartiger Wirkstoffe gegen bakterielle oder virale Erreger sowie innovativer Therapien gegen verschiedene humane Krankheiten geliefert.
N2  - The cell represents the smallest unit of life and is characterized by the highly coordinated arrangement of several million (bio)molecules to form a micrometer-sized object. As a structural component of the lipid bilayer of eukaryotic cells, in addition to sterols and glycerophospholipids, the compound class of sphingolipids plays a central role in maintaining membrane integrity.[472]  In addition, bioactive sphingolipids are critically involved in many basic cellular processes such as apoptosis, growth, differentiation, migration and adhesion.[87,120] A disturbed balance of the sphingolipid metabolism and defects in the corresponding metabolic pathways are associated with many diseases such as cancer, diabetes, obesity, arteriosclerosis, chronic inflammation and autoimmune diseases as well as viral and bacterial pathogenesis.[22,143,473,474]
The development and application of sphingolipid analogues as potential active ingredients have moved more and more into the focus of interdisciplinary research by biologists, chemists and medical professionals in recent years. The best-known example is fingolimod (FTY720), which is now successfully used as a sphingosine-1-phosphate mimetic under the brand name Gilenya® as a drug for the treatment of multiple sclerosis.[475] However, there is a risk that fingolimod can damage other cell functions and lead to serious side effects such as bradycardia.[476] Since sphingolipids are also essential for the control of bacterial and viral infections, sphingolipids and their synthetically produced derivatives are playing an increasing a role in the development of active ingredients in the fight against pathogenic germs.[175,477-479] The mode of action of antimicrobial sphingolipids has not yet been fully elucidated. A comprehensive investigation of the underlying cellular mechanisms at the molecular level is crucial for further development of known drugs against various diseases or for the development of novel active substances against pathogens. 
Due to the relatively easy detection by fluorescence microscopy, fluorescence-labeled sphingolipid derivatives are widely used for this purpose.[480] However, the covalently bonded dye unit has significant disadvantages since the biological properties of the biomolecules can differ from the natural substrates concerning structure and polarity changes. The usage of bioorthogonally functionalized biomolecules avoids this problem because the structural changes are kept to a minimum. After the cellular incorporation of these derivatives, rapid and specific conjugation with a complementary fluorophore at a desired point of time is possible by so-called click reactions such as CuAAC or SPAAC.[12,46] 
The concept of click chemistry has already been applied to a large number of biomolecules such as sphingolipids, fatty acids, amino acids, proteins, carbohydrates, nucleosides or nucleic acids (DNA and RNA).[47,280] However, further specifically modified compounds are required, allowing diverse bioorthogonal reactions for the investigation of cell processes – both in vitro and in vivo.
In order to develop new therapeutic approaches against numerous diseases and to avoid serious side effects, detailed research into highly complex cell processes at the molecular level is of crucial importance. Therefore, the aim of this work was the synthesis and characterization of molecular tools which, in combination with several current microscopy and mass spectrometry methods, enable the visualization and investigation of the sphingolipid metabolism and other biological processes. 
In summary, a variety of sphingolipids and their bioorthogonally functionalized analogues were successfully synthesized in this work starting from the amino acid L-serine. In combination with mass spectrometry and fluorescence or electron microscopy, the presented compounds are suitable as molecular tools for the investigation of the complex sphingolipid metabolism as well as the incorporation and dynamics of sphingolipids in model and cell membranes. The azide-modified sphingolipids were visualized by click reactions in human and animal cells as well as in bacteria to gain a better understanding of bacterial and viral infection processes. The modular approach of click chemistry enables the use of different complementarily functionalized dyes that have different properties in terms of membrane permeability or absorption and emission wavelengths and can therefore be used in a targeted manner depending on the biological issue.
All in all, the compounds synthesized in this work help to elucidate the role of sphingolipids in infection processes and disease progression at subcellular level. This makes a decisive contribution to the development of novel active substances against bacterial or viral pathogens as well as of innovative therapies against various human diseases.
KW  - Chemische Synthese
KW  - Sphingolipide
KW  - Click-Chemie
KW  - Organische Synthese
KW  - Sphingolipidderivate
KW  - bioorthogonale Markierung
KW  - Wirkstoffentwicklung
KW  - Infektionsprozesse
KW  - Sphingolipidanaloga
KW  - Sphingolipidstoffwechsel
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-286992
ER  - 
TY  - THES
A1  - Flegler, Andreas
T1  - Kathoden für Metall-Luft Batterien
T1  - Cathodes for metal-air batteries
N2  - In der vorliegenden Dissertation - Kathoden für Metall-Luft Batterien - steht die Komponente Gasdiffusionselektrode (GDE) – oftmals auch als Luft-Kathode bezeichnet – einer wässrigen Metall-Luft Batterie im Fokus.	
Ziel dieser Arbeit ist die Synthese und Charakterisierung verschiedener Katalysatorsysteme für die Sauerstoffreduktion und -evolution. Dabei soll auf die Verwendung von Edelmetallen verzichtet und der Einsatz von verfügbaren und günstigen Materialien bzw. Herstellungsprozessen favorisiert werden. Auf Basis von bekannten Materialklassen sollen repräsentative Katalysatoren synthetisiert und ihre katalytischen Aktivitäten für die Sauerstoffreduktion und -evolution bestimmt werden. Im Detail wird eine mögliche Korrelation der strukturellen Eigenschaften der Katalysatoren auf die katalytische Aktivität untersucht. Auf Basis dieser Erkenntnisse sollen die Katalysatoren modifiziert werden, um die katalytischen Eigenschaften weiter zu optimieren. Um einen geschlossenen Entwicklungszyklus in dieser Arbeit realisieren zu können, wird parallel ein kostengünstiger und skalierbarer Herstellungsprozess von GDEs entwickelt.	
Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, Konzepte für sekundäre Zink-Luft Energiespeicher zu erarbeiten und deren Umsetzung zu untersuchen. Dabei kommen die zuvor entwickelten Katalysatoren zum Einsatz.	
Die vorliegende Arbeit gliedert sich, nach der Darlegung der relevanten Grundlagen mit Stand der Wissenschaft und Technik, in vier Teilkapitel, in denen die einzelnen Ziele adressiert sind. Dies sind die Erforschung reiner Katalysatoren und hybrider Katalysatoren sowie die Etablierung eines Herstellungsprozesses für GDEs und die Implementierung dieser in sekundäre Zink-Luft Energiespeicher. Die experimentellen Grundlagen befinden sich im darauffolgenden Kapitel.
N2  - The dissertation - Cathodes for metal-air batteries - focuses on the component gas diffusion electrode (GDE) - often referred to as air-cathode - of an aqueous metal-air battery.
The aim of this work is the synthesis and characterization of different catalyst systems for the oxygen reduction reaction and oxygen evolution reaction. Instead of precious metals, available and cheap materials as well as low cost manufacturing processes are favored. Based on known material classes, representative catalysts will be synthesized and their catalytic activities for the oxygen reduction and evolution will be analyzed. In detail, a possible correlation of the structural properties of the catalysts with the catalytic activity is investigated. Based on these findings, the catalysts should be modified to further optimize the catalytic activity. In order to realize a closed development cycle in this thesis, a cost-effective and scalable manufacturing process for GDEs is being developed in parallel.
Another goal of this work is to develop concepts for secondary zinc-air energy storage systems and to investigate their implementation.
The present work is divided into four subchapters, in which the individual goals are addressed. These include research of pure catalysts and hybrid catalysts, as well as the establishment of a manufacturing process for GDEs and their implementation in secondary zinc-air energy storage systems.
KW  - Gasdiffusionselektrode
KW  - Zink-Luft-Akkumulator
KW  - Metall-Luft-Batterie
KW  - Oxygen reduction reaction
KW  - Oxygen evolution reaction
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192013
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hein, David
T1  - Enantioselektive Synthese von chiralen Bispidinen, 9-Oxabispidinen und Bispidinersatzstoffen und ihre Anwendung in der asymmetrischen Synthese
T1  - Enantioselective synthesis of chiral bispidines, 9-oxabispidines and bispidin surrogates and their application in the asymmetric synthesis
N2  - Diverse synthetische Zugänge zu einer neuen Verbindungsklasse, nämlich den chiralen 9-
Oxabispidinen wurden realisiert. Als gemeinsame Ausgangsverbindung diente das Aminodiol. Die Route über ein Bispidinlactam stellte sich aufgrund der geringen Ausbeute (~5%) über 8 Stufen als wenig effektiv heraus. Ein Nitril eignete sich wesentlich besser als Zwischenstufe und lieferte die Zielverbindungen in 9-27% Gesamtausbeute über 8-12 Stufen. 
Auch ein Syntheseweg zur Darstellung von Bispidinen konnte ausgehend vom Naturstoff (–)-Cytisin, der aus den Samen des Gemeinen Goldregens isoliert wurde, etabliert werden. Hierzu wurde in Analogie zu O’Briens Arbeiten zunächst die freie Aminofunktion als Carbamat geschützt und der aromatische Ring zum Lactam reduziert, um dann in 5-Position derivatisieren zu können. Verschiedene Substituenten (Me, iPr, F, cPr) konnten sowohl in axialer als auch in äquatorialer Position eingeführt werden. Ein weiterer Reduktionschritt
am Ende der Sequenz lieferte die trizyklischen Diamine in 15-38% Ausbeute über nur 4-6
Stufen ausgehend von (–)-Cytisin. Eine Cyclopropylgruppe wurde durch Einführung einer
Methoxymethylgruppe, Eliminierung und eine Cyclopropanierung mit Diiodmethan/ Diethylzink generiert.
Alle synthetisierten Verbindungen wurden als chirale Liganden in verschiedenen enantioselektiven Reaktionen evaluiert. Im Fokus standen hierbei zunächst die 9-Oxabispidine, die sich–im Gegensatz zu den bekannten Bispidinen–leider nicht als chirale Liganden in enantioselektiven Deprotonierungen einsetzen lassen, da sie selbst deprotoniert werden. In enantioselektiven Henry-Reaktionen stellte sich das trizyklische 9-Oxabispidin als hervorragender Ligand heraus, der als Kupferkomplex mit einer Vielzahl an Aldehyden (aliphatisch, aromatisch) und Nitromethan umgesetzt wurde. Sowohl die Ausbeuten (44-95%) als auch die Enantiomerenüberschüsse (91-98%) waren exzellent und können mit den Ergebnissen der besten Literatur-bekannten Katalysatoren mithalten. Auch in einer diastereoselektiven Umsetzung mit Nitroethan konnte ein dr von 80:20 mit sehr guten 94% ee für das Hauptdiastereomer erzielt werden. Die bizyklischen 9-Oxabispidine eignen sich weniger für Henry-Reaktionen, da die Verbindungen mit sterisch weniger anspruchsvollen Reste nur mittelmäßige Resultate (33-46% ee) ergeben. Mit zunehmender Sterik ist auch eine steigende Tendenz zu einem höheren Enantiomerenüberschuss [z.B. R = Ph, 56/57% ee] zu erkennen. Interessant ist die Stereoselektivität der bizyklischen Oxabispidine: Während das trizyklische Bispidin zu einer S-Konfiguration im Produkt führt–wie es von einem (+)-Spartein-Ersatzstoff zu erwarten ist–liefern R = Et, iPr. cHex und Ph das R-Produkt - genau wie (–)-Spartein. Der Grund hierfür ist wahrscheinlich die exponierte Stellung der äußeren Methylgruppe im annelierten Piperidinring. Ein ähnlicher Effekt trat mit dem 9-Oxabispidin R = tBuPh, das ebenfalls einen weit ausladenden aromatischen Ring besitzt, ein. Auch hier wurden unter Induktionsumkehr im Vergleich zu R = Et, iPr, cHex, Ph das S-konfigurierte Produkt in 38-39 % ee erhalten. 
Im Gegensatz zu den 9-Oxabispidinen können die Bispidine in enantioselektiven Deprotonierungsreaktionen eingesetzt werden. Die bei der Umsetzung erzielten Ergebnisse  mit den Monomethyl-Verbindungen (92% ee, äquatoriale Me-Gruppe und 79% ee, axiale Me-Gruppe) zeigen, dass eine axiale Methylgruppe den Chiralitätstransfer eher negativ beeinflusst, wohingegen eine äquatoriale Methylgruppe keinen Einfluss ausübt auf den ee (gleicher ee mit 92% wie das trizyklische Bispidin). Bei größeren äquatorialen Substituenten wie iPr (51%) sinkt ebenfalls der Enantiomerenüberschuss. Zwei gleichartige Substituenten (≠ H) in 5-Position stören die Reaktion so sehr, dass der ee-Wert stark abfällt (34% ee bei zwei 5-Methylgruppen). Bei Einführung von kleinen Substituenten in äquatorialer und axialer Position, wie F (65% ee) oder -CH2-CH2- (40% ee) liegen die erzielten ee-Werte auch viel niedriger.
N2  - Several synthetic pathways to a new substance class, the chiral 9-oxabispidines 
have been realized using an amino alcohol as the starting material. Because of the low yield of ~5% over all 8 steps, the synthesis via a bispidine lactam seems to be not very efficient. As a better intermediate for all prepared derivatives a nitrile was chosen, which could be synthesized and converted into the 9-oxabispidines with 9-27% yield over 10-12 steps. 
A synthetic route to the bispidines was realized starting from the natural product
(–)-cytisine, which was isolated from the seeds of Laburnum anagyroides cytisus. In analogy to O’Brien`s work, the free amino function was protected as a carbamate
followed by reduction of the aromatic ring. Afterwards, the resulting lactam was derivatised in 5-positions. Bispidines with different substituents (Me, iPr, F, cPr) in both axial and equatorial position were synthesized. A reduction step at the end of the sequence led to the (+)-sparteine surrogate in 15-38% yield over 4-6 steps starting from (–)-cytisine. The cyclo propyl group was built up by addition of a methoxy methyl group, basic elimination to create the double bond and cyclopropation with diethyl zinc/diiodomethane.
All prepared compounds should be tested in different enantioselective reactions. The first
interesting substance class in focus for enantioselective Henry reactions were the 9- oxabispidines, which are unsuitable for deprotonation reactions. The tricyclic 9-oxabispidine 
seems to be an excellent ligand, the copper complexes of which were used in a large number of reactions with aldehydes (aliphatic, aromatic) and nitromethane.
Both, the yields (44-95%) and the enantiomeric excesses (86-98% S), are very satisfying and
comparable with the results of the best catalysts known. In a diastereoselective
reaction, a good dr of 80:20 with an excellent ee of 94% for the major diastereomer was found.
Because of moderate yields (R = Et, iPr, cHex: 33-39%/38-46% ee R) due to the less sterical demanding groups, the bicyclic 9-oxabispidines are less suitable for Henry reactions. It could be shown that with growing sterical demand of the substituent, the enantiomeric excess increases (R = Ph, aromatic ring, 56/57% ee R). The stereoselectivity of the bicyclic oxabispidines is very interesting. As expected for a (+)-sparteine-surrogate, the tricyclic compound leads to a S-configuration, whereas R = Et, iPr, cHex and Ph give the R-product like (–)-sparteine. The reason for this is probably the influence of the outermost C-5 methylene group. To further increase the optical yields and to collect more
information about the effects of maximum sterical hindrance, the 9-oxabispidine with R = tBuPh was tested. In accordance with the expectations inversion of induction (38/39% ee
S!) occured.
In contrast to the 9-oxabispidines the bispidines can be used in enantioselective
deprotonation reactions. The obtained results confirmed the expectations.
From the results with the monomethyl compounds (92% ee, equatorial Me-group
and 79% ee, axial Me-group), it can be concluded that an axial methyl group has a
negative influence on the stereoselectivity, whereas an equatorial methyl group has no influence on the enantiomeric excess identical 92% ee like the compound with two hydrogen atoms). By using bispidines with larger equatorial substituents like iPr (51%), the enantiomeric excess decreases. Two equal substituents (≠ H) in 5-position have a bad influence on the chirality transfer by decreasing the ee (34% ee for two 5-methyl groups). The introduction of substituents in equatorial and axial position, which are larger than a proton, but smaller than a methyl group (F: 65% ee, -CH2-: 40% ee), ee values that are much lower than with the tricyclic bispidine were obtained.
KW  - Enantioselektivität
KW  - Bispidin
KW  - Bispidin
KW  - Asymmetrische Synthese
KW  - 9-Oxabispidin
KW  - Pyrrolidin
KW  - chirale Kathalyse
KW  - enantioselektiv
KW  - bispidine
KW  - 9-oxabispidine
KW  - pyrrolidine
KW  - chila catalysis
KW  - enantioselective
KW  - Bispidinderivate
KW  - Pyrrolidin
KW  - Pyrrolidinderivate
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-93709
ER  - 
TY  - THES
A1  - Heyer, Steffen
T1  - Herstellung dotierter Nanodiamantpartikel und ihre Funktionalisierung mit schwefelhaltigen Gruppen
T1  - Synthesis of doped nanodiamonds and their functionalization with sulfur-containing groups
N2  - In dieser Dissertation werden Methoden zur Darstellung von Stickstoff- und Bor-dotierten Nanodiamantpartikeln durch Vermahlung von makroskopischem HPHT- und CVD-Diamant mit unterschiedlichen Mühlen und Mahlverfahren beschrieben. Untersucht wird dabei der Zusammenhang von erzielten Teilchengrößen nach dem Mahlen und den Kristallitgrößen der Ausgangsdiamanten sowie der angewandten Mahlmethode. Durch Anwendung verschiedener oxidativer Methoden wird während des Mahlens entstehender sp2-Kohlenstoff entfernt. Ebenfalls wird deren Einfluss auf das Fluoreszenzverhalten NV-haltiger Nanodiamantpartikel analysiert.
Des Weiteren werden Syntheserouten zur kontrolliert ablaufender Oberflächenflächenfunktionalisierung von Nanodiamant mit schwefelhaltigen Gruppen wie Thiolen, Trithiocarbonaten und Disulfiden gezeigt, welche eine selektive Anbindung der Diamantpartikel an Goldstrukturen ermöglicht. Diese Verfahren werden an Detonationsdiamant sowie fluoreszierendem HPHT- und CVD-Diamantpartikeln angewandt. Gegebenfalls kann nach erfolgreicher Anbindung fluoreszierender Nanodiamantpartikel an Goldnanostrukturen unter Ausnutzung von Plasmonenresonanz die einzigartigen Spineigenschaften der NV-Zentren mit Hinblick auf einen möglichen Einsatz Stickstoff-dotierter Diamantnanopartikel in der Quanteninformationsverarbeitung untersucht werden.
N2  - This dissertation presents methods to create nitrogen and boron doped nanodiamond particles by milling macroscopic HPHT- and CVD-diamond in different milling procedures. In this context, the correlation between resulting particle sizes after the milling with the crystallite sizes of the diamond starting material and the applied milling method is investigated. By application of different oxidative methods, sp2 carbon, that was created in the milling process, can be removed. In addition, the influence of the oxidation processes on the fluorescence properties of NV-are analysed.
Furthermore, synthetic pathways for a controlled surface grafting of nanodiamond with sulfur containing groups like thiols, trithiocarbonates and disulfides which enable the functionalized diamonds to bind selectivly on gold surfaces are developed within this thesis. The syntheses are applied to detonation diamond aswell as fluorescent HPHT- and CVD-diamond. After a successful attachment of the functionalized nanodiamonds to goldnanostructures, the unique spinproperties of NV-centers can be studied with regard to a possible application of N-doped diamond nanoparticles in quantum computing.
KW  - Diamant
KW  - Nanopartikel
KW  - Dotierung
KW  - Mahlen
KW  - Nanodiamant
KW  - nanodiamond
KW  - boron-doped diamond
KW  - Oberflächenfunktionalisierung
KW  - Schwefel-Funktionalisierung
KW  - Vermahlung
KW  - NV-Zentren
KW  - Bor-dotiert
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-123465
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hügel, Markus
T1  - The control of nanomorphology in star-shaped mesogens
T1  - Die Steuerung der Nanomorphologie von sternförmigen Mesogenen
N2  - Stilbene-based star-shaped mesogens have been synthesized with and without fullerene guests. Thermotropic properties and the mechanism of space-filling in the mesophases of these systems have been examined.
N2  - Auf Stilben basierende sternförmige Mesogene wurden mit als auch ohne Fullerengäste synthetisiert. Die thermotropen Eigenschaften und der Mechanismus der Raumfüllung in den Mesophasen dieser Systeme wurden untersucht.
KW  - Flüssigkristall
KW  - Fullerene
KW  - Porphyrin
KW  - Mesogen
KW  - Raumfüllung
KW  - Dyade
KW  - Nanosegregation
KW  - Fulleren-Netzwerk
KW  - Mesogen
KW  - Space filling
KW  - Dyad
KW  - Nanosegregation
KW  - fullerene network
KW  - Hekate
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165321
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kiendl, Benjamin
T1  - Application of diamond nanomaterials in catalysis
T1  - Anwendung von Diamantnanomaterialien in der Katalyse
N2  - In this work the catalytic activity of nanodiamond particles with different dopants and surface terminations and of diamond nanomaterials funtionalized with ruthenium-based photocatalysts was investigated, illustrating materials application in photoredox chemistry and the photo(electro)catalytic reduction of CO2. Regarding the application of diamond nanomaterials in photocatalysis, methods to fabricate and characterize several (un)doped nanoparticles with different surface termination were successfully developed. Various photocatalysts, attached to nanodiamond particles via linker systems, were tested in photoredox catalysis and the photo(electro)catalytic reduction of CO2.
N2  - In dieser Arbeit wurde die katalytische Aktivität von Nanodiamant-Partikeln mit unterschiedlichen Dotierungen und Oberflächenterminierungen, sowie von Diamant-Nanomaterialien, die mit Photokatalysatoren auf Rutheniumbasis funktionalisiert wurden, untersucht. Die Verwendung der Materialien in Photoredox-Experimenten und in der photo(elektro)katalytischen Reduktion von CO2 konnte verdeutlicht werden. Für die Verwendung von Diamant-Nanomaterialien in der Photokatalyse wurden erfolgreich Methoden zur Herstellung und Charakterisierung zahlreicher (un)dotierter Nanopartikeln mit unterschiedlicher Oberflächenterminierung entwickelt. Verschiedenartige Photokatalysatoren, die mit Hilfe von Linker-Systemen an Nanodiamant-Partikel angebunden wurden, wurden in der Photoredox-Katalyse und der photoelektrokatalytischen Reduktion von CO2 untersucht.
KW  - Fotokatalyse
KW  - Synthesediamant
KW  - diamond
KW  - nanomaterials
KW  - photocatalysis
KW  - Diamant
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-179415
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kirchwehm, Yvonne
T1  - Untersuchungen zur Synthese aromatisch anellierter Triquinacene
T1  - Investigations on the synthesis of aromatically annulated triquinacenes
N2  - In dieser Arbeit wurde ein geeigneter Zugang zu TBTQ-Derivaten erarbeitet, der eine paarweise Funktionalisierung der aromatischen Positionen in direkter Nachbarschaft zum Triquinacen-Kern zulässt. Hierfür wurde sowohl die doppelte Cyclodehydratisierungsroute als auch die dreifache Cyclisierungsvariante zur Darstellung von Tribenzotriquinacenen dahingehend modifiziert, dass die Einführung der „ortho“-Substituenten bereits zu Beginn der Synthese mit den Edukten erfolgte, da eine nachträgliche Funktionalisierung der gewünschten Positionen am TBTQ aufgrund sterischer Faktoren nicht möglich ist. Es wurden unter anderem die ersten literaturbekannten „ortho“-substituierten TBTQ-Derivate erhalten und vollständig charakterisiert.
Zur Erweiterung des aromatischen Systems wurden außerdem Benzodiphenanthrenotriquinacen-Vorstufen synthetisiert, die im Falle der doppelten Cyclodehydratisierungsroute Acenapthylen-Derivate lieferten. Benzodiphenanthrenotriquinacen konnte mit Hilfe der dreifachen Cyclisierungsvariante synthetisiert werden.
Die Zielmoleküle sollen als Vorstufen für überbrückte aromatisch anellierte Triquinacene dienen.
N2  - In this work a suitable reaction pathway for TBTQ-derivatives with geminate functionalization of the aromatic positions adjacent to the triquinacene core was developed.
Therefore, the double cyclodehydration as well as the triple cyclization strategy for the synthesis of tribenzotriquinacenes were modified, so that the introduction of the „ortho“-substituents takes place as part of generating the starting material at the beginning of the synthetic scheme. The reason for this is that subsequent functionalization at the „ortho“-positions is impeded due to steric hindrance. Among other things the first “ortho”-substituted TBTQ-derivatives known in literature were synthesized and fully characterized.
Furthermore, precursors for benzodiphenanthrenotriquinacene were synthesized in order to extend the aromatic periphery. The double cyclodehydration strategy provided acenaphthylene derivatives. However, Benzodiphenanthrenotriquinacene could be generated via triple cyclization strategy.
The target molecules might serve as precursors for the formation of bridged aromatically annulated triquinacenes.
KW  - Triquinacenderivate
KW  - Aromatisch anellierte Triquinacene
KW  - „ortho“-substituierte Tribenzotriquinacene
KW  - Benzodiphenanthrenotriquinacen
KW  - gekrümmte Kohlenwasserstoffe
KW  - Aromatically annulated triquinacenes
KW  - „ortho“-substituted tribenzotriquinacenes
KW  - benzodiphenanthrenotriquinacene
KW  - curved hydrocarbons
KW  - Chemische Synthese
KW  - Kohlenwasserstoffe
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85088
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lang, Daniel
T1  - Beiträge zur Chemie von Nanodiamantpartikeln – Die 1,3-dipolare Cycloaddition auf modifizierten Diamantoberflächen
T1  - Contributions to the Chemistry of Diamond Nanoparticles – The 1,3 dipolar Cycloaddition on modified diamond surfaces
N2  - Ausgangspunkt war die aus der Fulleren-Chemie bekannte Prato-Reaktion, bei welcher das Ylid in situ aus einer Aminosäure und einem Aldehyd generiert wird und anschließend mit den C=C-Bindungen des Fullerens reagiert. Diese Funktionalisierungsmethode wurde nun auf Detonationsnanodiamant übertragen. 
Um zusätzliche π-Bindungen auf der Oberfläche der Diamantteilchen zu schaffen, wurden diese i.Vak. bei 750 °C ausgeheizt (ND750). Für die Immobilisierung wurde die Aminosäure Sarcosin gewählt. Dodecanal und 2,4,6-Tris(hexadecyloxy)-benzaldehyd dienten jeweils als Reaktionspartner.
Da bereits in früheren Studien gezeigt wurde, dass bei dieser Reaktion der Aldehyd selbst unspezifisch an den Diamanten binden kann und so möglicherweise Teile der Oberfläche für die spezifische Funktionalisierung blockiert, wurden für die weitere Betrachtung Azomethinylidvorstufen synthetisiert, die selbst nicht in der Lage sind, mit der Diamantoberfläche zu reagieren. Diesen Zweck erfüllten N-heterocyclische Iminiumbromide, die durch Umsetzung des jeweiligen Heteroaromaten mit Bromessigsäureethylester bzw. Bromacetonitril erhalten wurden. 
Alle Ylidvorstufen wurden in Gegenwart von NEt3 in situ zu den gewünschten 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 Oberflächenterminierung 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 Oberfläche trägt. Durch das Ausheizen i.Vak wurden hingegen zusätzliche π-Bindungen erzeugt, die bei ND900 bereits ausgedehntere Bereiche mit sp2-Kohlenstoff bilden. 
Der Erfolg der Immobilisierung wurde IR-spektroskopisch nachgewiesen. Die Oberflächenbeladung aller hergestellten Diamantaddukte wurde thermogravimetrisch bestimmt.
NDox immobilisierte unabhängig vom Reaktionspartner stets die wenigsten Moleküle auf seiner Oberfläche. Deren Terminierung wird von Carbonylgruppen dominiert, die grundsätzlich schlechtere Dipolarophile darstellen als C=C-Doppelbindungen. 
Die übrigen Diamantmaterialien NDunb, ND750 und ND900 ließen keine eindeutige Tendenz bezüglich ihrer Reaktionsfreudigkeit erkennen. Die Oberfläche des unbehandelten Diamanten NDunb besitzt sowohl Carbonylfunktionen als auch einzelne Bereiche graphitischen Kohlenstoffs. Diese konkurrieren vermutlich um die angebotenen Dipole, sodass die resultierenden Oberlächenbeladungen ihrer Konjugate in einem mittleren Wertebereich liegen. Durch das Ausheizen i.Vak. werden viele Carbonylgruppen unter Ausbildung weiterer C=C-Doppelbindungen von der Oberfläche entfernt. Bei 750 °C sind diese räumlich sehr beschränkt, stark gekrümmt und daher sehr reaktiv. Trotzdem erreichte ND750 selten eine Oberflächenbelegung, welche jene von NDunb übertrifft. Die π-Bindungen auf seiner Oberfläche sind in Fünf- und Sechsringe eingebaut, um die gekrümmte Struktur zu realisieren. Wahrscheinlich besteht für die Cycloaddition an Nanodiamant eine dem Fulleren C60 ähnliche Regioselektivität bezüglich der angegriffen Doppelbindung. Somit stehen nicht alle frisch erzeugten C=C-Bindungen für die Reaktion zur Verfügung. 




Bei 900 °C ist die Graphitisierung der Diamantoberfläche weiter fortgeschritten. Es entstehen nicht nur neue C=C-Bindungen, sondern bereits gebildete Kohlenstoffkappen beginnen zu koaleszieren, wobei ausgedehntere sp2-Bereiche mit geringerer Krümmung und somit verminderter Reaktivität entstehen. So nimmt die Oberflächenbeladung der meisten ND900-Konjugate nicht weiter zu. 
Wie aus den Ergebnissen dieser Arbeit hervorgeht, ist die Funktionalisierung von Nanodiamantpartikeln nicht trivial. Sowohl die Oberflächenbeschaffenheit 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 nützliche Methode zur Funktionalisierung von Nanodiamantpartikeln ist. Sie ermöglicht des Weiteren die simultane Einführung mehrerer unterschiedlicher funktioneller Gruppen. Dies macht die untersuchte Reaktion zu einem wertvollen Werkzeug für die Herstellung funktionalisierter Nanodiamantmaterialien, z. B. für biomedizinische Anwendungen.
N2  - It is commonly known from the chemistry of fullerene C60 that these ylides, generated in situ by a decarboxylative condensation of an amino acid and an aldehyde, add to the C=C double bonds of the fullerene. In this work this kind of functionalization was transferred to nanodiamond particles. 
Prior to the reaction, the diamond particles were annealed in vacuo at 750 °C in order to establish additional π-bonds on their surface. The amino acid sarcosine was chosen for immobilization. Dodecanal and 2,4,6-tris(hexadecyloxy) benzaldehyde each served as the reactant. 
Earlier studies demonstrated that the aldehyde itself is able to bind nonspecifically to the diamond surface. Thus, ylide precursors unable to react directly with diamond had to be synthesized. N-heterocyclic iminium bromides served this purpose. They were obtained by the conversion of N-heteroaromatic compounds with bromo ethylacetate and bromo acetonitrile respectively. 
All ylide precursors were converted in situ to the desired 1,3-dipoles with NEt3 and grafted onto nanodiamond. 
This reaction was applied not only to ND750, but also to oxidized and pristine diamond (NDox and NDunb) as well as diamond, which was annealed in vacuo at 900 °C (ND900), in order to investigate how the termination and the degree of graphitization of the diamond surface affect the reaction behaviour. As shown by Raman and IR spectroscopy, NDox carries a lot of carbonyl functions and very few C=C bonds. On thermal annealing, additional π-bonds were created, which began to form extended sp2-areas on ND900. 
The various pre-treated starting materials were subjected to reactions with N-heterocyclic iminium salts. The successful immobilization was verified by IR spectroscopy. The surface loading values of all obtained diamond adducts were determined by thermogravimetric analyses. 
No matter which reagent was applied, NDox invariably displayed the fewest surface loadings in each course of reactions. This is due to the prevailing carbonyl surface groups. They are essentially poorer dipolarophiles than C=C double bonds. 



In terms of reactivity the other diamond starting materials NDunb, ND750 and ND900 did not exhibit a definite trend. The surface of the pristine diamond NDunb offers carbonyl groups as well as particular areas of graphitic carbons. They both compete for the applied dipoles and the corresponding diamond conjugates have moderate surface loading values . 
Annealing the diamond samples in vacuo removes the carbonyl groups and generates further C=C bonds instead. At 750 °C, these are spatially confined, strongly curved and thus highly reactive. Nevertheless, the surface loadings for ND750 rarely exceeded those of NDunb. The π-bonds on its surface are incorporated in five- and six-membered rings to accomplish the curved structure. Regarding the regioselectivity of the attacked double bond, it is possible to compare the cycloaddition on nanodiamond to the reaction on fullerene C60. That is the reason why not all freshly generated C=C bonds on the diamond are available for the reaction. 
At 900 °C, the graphitization of the diamond surface has further progressed. Not only are new C=C bonds formed, but the already established sp2-caps also begin to coalesce, whereby extended graphitic areas start to emerge. They are less curved and thus less reactive. So the surface loading of most ND900 conjugates does not increase.
The experimental findings demonstrate that the functionalization of diamond nanoparticles is not trivial. Both the nature of the diamond surface and the structure of the applied azomethine ylides affect the behaviour of the immobilization.
Nonetheless, the herein studied 1,3-dipolar cycloaddition of azomethine ylides is a useful method to functionalize nanodiamonds. It even allows for the simultaneous introduction of several different functional groups. Thus, this dipolar reaction is a valuable tool for the preparation of functionalized diamond nanomaterials, which could be employed for biomedical applications.
KW  - Azomethinylide
KW  - Dipolare Cycloaddition
KW  - Diamant
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
KW  - nanodiamond
KW  - functionalization
KW  - cylcoaddition
KW  - azomethine ylide
KW  - Nanopartikel
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-85078
ER  - 
TY  - THES
A1  - Muzha, Andreas
T1  - Herstellung und Charakterisierung kolloidaler Lösungen diamantbasierter und verwandter Materialien
T1  - Preparation and characterization of colloidal solutions of diamond-based and related materials
N2  - In der vorliegenden Publikation wurden stabile kolloidale Lösungen aus CVD-Diamant, Detonationsdiamant sowie artverwandten Materialien hergestellt und charakterisiert
Besonderes Augenmerk wurde bei der Zerkleinerung von CVD Diamant daraufgelegt, dass die nanoskaligen Partikel ihre materialspezifischen Eigenschaften auch bei Reduktion der Größe beibehalten.
Systematisch wurde die Zerkleinerung in einer Planetenmühle analysiert. Es wurde sowohl die minimal erreichbare Partikelgröße, als auch die Menge an erzeugtem, nanoskaligem Material bewertet. 
Um die Vermahlung zu verbessern, wurden die Geschwindigkeit der Mühle, die Größe der Mahlkörper, die Dauer der Vermahlung, sowie die eingesetzten Lösemittel variiert. Des Weiteren konnten durch die Vermahlung unterschiedlich hergestellter CVD Diamantfilme in einer Vibrationsmühle die Einflüsse von Schichtdicke und Korngröße der Diamantkristalle untersucht werden.
Durch Bearbeitung von Detonationsdiamanten und Kohlenstoffnanozwiebeln wurden stabile kolloidale Lösungen hergestellt, mit Partikelgrößen im unteren Nanometerbereich. Diese sind im alkalischen pH-Bereich stabil sein, hierfür wurde durch Luft und Säureoxidation oxidierter Detonationsdiamant und oxidierte Kohlenstoffnanozwiebeln hergestellt. Mithilfe der thermogravimetrischen Analyse und Infrarotspektroskopie wurde die hierfür optimale Temperatur und Dauer bestimmt.
N2  - In the present publication, stable colloidal solutions of CVD diamond, detonation diamond and related materials were produced and characterized.
During the grinding of CVD diamond, special attention was paid to ensuring that the nanoscale particles retain their material-specific properties even when their size is reduced.
The grinding in a planetary mill was analyzed systematically. Both the minimum achievable particle size and the amount of nanoscale material produced were evaluated.
In order to improve the grinding, the speed of the mill, the size of the grinding media, the duration of the grinding and the solvents used were varied. Furthermore, the influences of layer thickness and grain size of the diamond crystals could be investigated by grinding differently produced CVD diamond films in a vibration mill.
Stable colloidal solutions were prepared from detonation diamonds and carbon nano onions, with particle sizes in the sub-nanometer range. These are stable in alkaline pH range. For this purpose oxidized detonation diamond and oxidized carbon nano onions were modified by air and acid oxidation. The optimum temperature and duration for this was determined with the aid of thermogravimetric analysis and infrared spectroscopy.
KW  - Diamant
KW  - Kolloid / Lösung <Chemie>
KW  - Detonationsdiamant
KW  - CVD-Diamant
KW  - Kohlenstoffnanozwiebel
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-296685
ER  - 
TY  - THES
A1  - Reusch, Engelbert
T1  - Photoionisation von Biradikalen mit Synchrotronstrahlung
T1  - Photoionization of Biradicals with Synchrotron Radiation
N2  - Die vorliegenden Arbeit behandelt VUV Valenz-Photoionisations-Experimente in der Gasphase. Zunächst wird die Photoionisation von stickstoffhaltigen Radikalen und deren Pyrolyseprodukten untersucht. Im Anschluss werden molekulare Biradikale betrachtet. Da in der Literatur bislang nur wenige solcher Biradikale als Intermediate experimentell zugänglich waren, war es das Ziel dieser Arbeit, neue reaktive Spezies dieser Substanzklassen in der Gasphase zu isolieren und deren Struktur, Eigenschaften und Reaktivität besser zu verstehen. Im Mittelpunkt stehen dabei Intermediate, die als echte Biradikale, Biradikaloide oder Triplett Carbene auftreten. Zu letzteren zählen das Methylbismut sowie die Pentadiinylidene. Biradikale bilden in Verbrennungsprozessen sehr effizient Ruß(vorläufer), was anhand des ortho-Benz-ins dargelegt wurde, indem dessen Pyrolyseprodukte charakterisiert und mögliche PAH-Bildungswege aufgezeigt wurden. Vakuum Flash Pyrolyse wurde verwendet, um in situ aus den geeigneten Vorläufermolekülen die radikalischen und biradikalischen Intermediate zu erzeugen. Während für biradikalische Zwischenstufen meist spezielle Verbindungen als Vorläufer synthetisiert werden müssen, waren die verwendeten Vorläufer für die stickstoffhaltigen Radikale kommerziell erhältlich. Die reaktiven Spezies wurden alle mittels monochromatischer VUV Synchrotronstrahlung an der Swiss Light Source in Villigen/ Schweiz ionisiert. Die Ionisationsereignisse wurden mit der Schwellenphotoelektronen-Photoionen-Koinzidenz (TPEPICO) Technik detektiert und ausgewertet. Anhand der resultierenden massenselektiven Schwellenphotoelektronenspektren wurden die Ionisierungsenergien der (Bi)radikale bestimmt und die Schwingungsstruktur der jeweiligen Kationen analysiert. Die erhaltenen Spektren und Daten wurden in Zusammenarbeit mit der theoretischen Chemie interpretiert.

Wichtige Erkenntnisse

• Es wurde die Ionisierungsenergie der 2-, 3- und 4-Picolylradikale auf 7.70\pm
 0.02 eV, 7.59\pm
 0.01 eV und 8.01\pm
 0.01 eV bestimmt. Diese wurden in der Pyrolyse selektiv aus ihren zugehörigen Picolylaminen erzeugt. Zudem wurde analog zum Benzyl-Radikal für alle drei Radikale eine ausgeprägte Schwingungsprogression ermittelt, die der totalsymmetrischen Deformationsmode des aromatischen Rings entspricht.

• Die Picolyl-Radikale dissoziieren in der Pyrolyse thermisch zu weiteren Produkten. Die Fragmentierung verläuft dabei isomerenunabhängig über ein stickstoffhaltiges Siebenringintermediat, dem Azepinyl-Radikal. Der Fragmentierungsmechanismus wurde mit dem von Benzyl verglichen. Die gewonnenen Erkenntnisse haben Relevanz für Verbrennungsprozesse, beispielsweise von Biokraftstoffen.Im ersten Schritt entstehen vier Isomere, das Cyclopenta-1,4-dien-1-carbonitril, das Cyclopenta-1,3-dien-1-carbonitril, das 2-Ethynyl-1H-pyrrol und das3-Ethynyl-1H-pyrrol mit den zugehörigen Ionisierungsenergien von 9.25\pm
 0.02 eV, 9.14\pm
 0.02 eV, 7.99\pm
 0.02 eV und 8.12\pm
 0.02 eV. Durch einen zweiten H-Verlust konnte das Cyanocyclopentadienyl-Radikal mit einer Ionisierungsenergie für die zwei niedrigsten Zustände im Kation mit 9.07\pm
 0.02 eV (T0) und 9.21\pm
 0.02 eV (S1) untersucht werden. Weitere Pyrolyseprodukte, deren Ionisierungsenergien bereits literaturbekannt sind und die bestätigt wurden, sind das Cyclopentadienyl-Radikal, das Cyclopenta-1,3-dien, das Propargyl-Radikal, das Penta-1,3-diin und das Cyanopropenyl. 

• Das ortho-Benz-in wurde pyrolytisch aus dem selbst synthetisierten Benzocyclobutendion erzeugt und ein Schwellenphotoelektronenspektrum frei von Störsignalen konnte aufgenommen werden. Mit Hilfe von Rechnungen aufCASPT2(11,14) Niveau, die neben dem elektronischen Übergang in den kationischen Grundzustand noch die Übergänge in zwei weitere angeregte kationische Zustände beinhalten, wurde die Ionisierungsenergie im Vergleich zu früheren Experimenten auf 9.51 eV revidiert. Eine verdrillte Geometrie für den kationischen Grundzustand konnte erstmals nachgewiesen werden. Zusätzlich wurden die offenkettigen Isomere cis- und trans-Hexa-1,5-diin-3-en im Spektrum detektiert und zugeordnet.


• Die Auftrittsenergien aus der DPI des Vorläufermoleküls Benzocyclobutendion betragen für den ersten CO-Verlust 9.62\pm
 0.05 eV und für den zweiten CO-Verlust 12.14\pm
 0.10 eV. Damit konnte über einen thermochemischen Kreisprozess eine Bindungsdissoziationsenergie für die Ph-CO Bindung im Benzoylkation von 2.52 eV berechnet werden.

• Verschiedenen Pyrolyseprodukte des ortho-Benz-ins, wie Ethin, Buta-1,3-diin, Benzol, Biphenylen und 2-Ethinylnaphthalin, werden entweder in bimolekularen Reaktionen gebildet oder ortho-Benz-in fragmentiert unimolekular zu diesen. Die beiden kompetitiven Reaktionspfade tragen zur PAH-Bildung des ortho-Benz-ins bei. 

• Die Triplett-Carbene Pentadiinyliden, Methylpentadiinyliden und Dimethylpentadiinyliden wurden als Pyrolyseprodukt aus ihren zugehörigen Diazovorläufern identifiziert und die Ionisierungsenergien mit 8.36\pm
 0.03 eV, 7.77\pm
 0.04 eV und 7.27\pm
 0.06 eV bestimmt. Jede Methylierung stabilisiert folglich das Carben. Zusätzlich konnte ein weiteres C5H2 Isomer, das 3-(Didehydrovinyliden)cyclopropen, mit einer Ionisierungsenergie von 8.60\pm
 0.03 eV charakterisiert werden. 

• Zwei bismuthaltige, reaktive Spezies, das Dimethylbismut-Radikal\cdot
 BiMe2 (IE = 7.27\pm
 0.04 eV) und das Methylbismut-Carben :BiMe(IE = 7.88\pm
 0.02 eV) wurden als Pyrolyseprodukte aus dem BiMe3 identifiziert. Beide Verbindungen zeigen eine ausgeprägte Schwingungsstruktur, die der Bi-C Streckschwingung zugeordnet wurde. Weiterhin wurden elementares Bismut Bi und das Bismut-Dimer Bi2 nachgewiesen.

• Die homolytische Dissoziation der ersten Me2Bi-CH3 Bindung im BiMe3 wurde untersucht und eine BDE von 210\pm
 7 kJ/ mol bestimmt. Sie liegt um +15 % bzw. +28 kJ/ mol über dem aus der Literatur abgeschätzten Wert.
N2  - The present thesis includes VUV valence shell photoionzation experiments in the gas phase. First, the photoionization of nitrogen containing radicals and their pyrolysis products was investigated. Afterwards, the focus was directed on molecular birad- icals. Since in literature so far only little experimental information exists on this class of compounds as reactive intermediates in gas phase, it was the intention of this work to understand the structure, the properties and the reactivity of them. In additon to the " true\ biradicals, intermediates like biradicaloids or triplet carbenes can be assigned to this class of compounds, the latter including the organometallic bismuthinidene :BiMe, pentadiynylidene and its methyl-substituted derivates. In combustion processes biradicals tend to form soot, a major environmental concern. In this context ortho-benzyne and its pyrolysis products were characterized and a possible PAH formation was shown. Vacuum ash pyrolysis was used to generate radicals and biradicals in situ from suitable precursors. While for the biradicals the precursors were compounds that had to be synthesized, for the nitrogen containing intermediates they were commercially available. The reactive species were ionized in photoionization experiments by monochromatic VUV synchrotron radiation at the Swiss Light Source in Villigen/ Switzerland. The ionization events were analyzed by using the threshold photoelectron photoion coincidence technique (TPEPICO). Based on the recorded ms-TPE spectra, ionization energies of the (bi)radicals were determined and the vibrational progression of the corresponding cations was charac- terized. Furthermore, in cooperation with the quantum chemistry the experimental spectra and results were interpreted and compared with calculated data sets.
KW  - Biradikal
KW  - Fotoionisation
KW  - Synchrotronstrahlung
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-240098
ER  - 
TY  - THES
A1  - Roos, Lena
T1  - Synthese unterschiedlicher Tetracene und Untersuchung ihrer optischen und elektronischen Eigenschaften
T1  - Synthesis of tetracene derivatives and investigation of their optical and electronical properties
N2  - Mittels einer fünfstufigen Synthese wurde das 2,2´-Ditetracen als Modellsystem zur Erforschung von singlet fission-Prozessen hergestellt. Die Synthese wurde mit einer Gesamtausbeute von 21 % durchgeführt, wobei der Schlüsselschritt, die Kopplung der beiden Monomere, durch eine Suzuki-Kopplung erfolgte. Das gewünschte Produkt konnte nach gründlicher Reinigung mittels Gradientensublimation als leuchtend rote Einkristalle erhalten werden. Während die Emissionsspektren der Einzelmoleküle nahezu identisch sind, zeigen Untersuchungen mittels Photolumineszenzspektroskopie eine Rotverschiebung im Emissionsspektrum des Dimer-Einkristalls im Vergleich zum Einkristall des Tetracen-Monomers. Durch theoretische Berechnung konnte die Absenkung des S1-Zustands des Dimers im Kristall erklärt werden, wodurch die Energiebedingung für singlet fission (2 E(T1) ≤ E(S1)) nicht mehr erfüllt ist. 
Weiterhin wurden mehrere mit Alkylgruppen und Vinylgruppen substituierte Tetracenderivate synthetisiert und diese mittels optischer und elektrochemischer Methoden auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Es wurde bei allen synthetisierten Derivaten eine Rotverschiebung der Hauptbanden im Absorptionsspektrum beobachtet, was durch einen kleineren HOMO-LUMO-Abstand im Vergleich zum nicht substituierten Tetracen erklärt wird. Es wurde zudem eine erhöhte Stabilität dieser Derivate gegenüber Umwelteinflüssen wie Licht und Sauerstoff, die die Bildung von Endoperoxiden und Dimeren zur Folge haben, festgestellt. Dies kann auf sterische Effekte sowie die Stabilisierung des biradikalischen Zustands dieser Moleküle durch Hyperkonjugation und Resonanzeffekte zurückgeführt werden.
N2  - In a five-step synthesis, the 2,2'-ditetracene was prepared as a model system to study singlet fission processes. The synthesis was carried out with an overall yield of 21%, and the key step, the coupling of the two monomers, was carried out by a Suzuki coupling. The desired product was obtained as bright red single crystals after purification by gradient sublimation. While the emission spectra of the single molecules are nearly identical, investigations by photoluminescence spectroscopy show a red shift in the emission spectrum of the dimer single crystal compared to the single crystal of the tetracene monomer. Theoretical calculation could explain the lowering of the S1 state of the dimer in the crystal, which means that the energy condition for singlet fission (2 E(T1) ≤ E(S1)) is no longer fulfilled. 
Furthermore, several with alkyl groups and vinyl groups substituted tetracenes derivatives were synthesized and their properties were investigated by optical and electrochemical measurements. A red shift of the peaks in the absorption spectrum was observed for all synthesized derivatives, which is explained by a smaller HOMO-LUMO distance compared to the unsubstituted tetracene. Increased stability of these derivatives to environmental effects such as light and oxygen, resulting in the formation of endoperoxides and dimers, was also observed. This can be attributed to steric effects as well as stabilization of the biradical character of these molecules by hyperconjugation and resonance effects.
KW  - Polycyclische Aromaten
KW  - Naphthacenderivate
KW  - Chemische Synthese
KW  - Tetracenderivate
KW  - Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe
KW  - Tetracene derivatives
KW  - Polycyclic aromatic hydrocarbons
KW  - singlet fission
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313268
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TY  - THES
A1  - Schweeberg, Sarah
T1  - Biomedizinische Anwendung von Nanodiamant: Untersuchungen zu den Wechselwirkungen mit der biologischen Umgebung und zur gezielten Wirkstofffreisetzung
T1  - Biomedical applications of nanodiamond: Examinations of the interactions with the biological environment and controlled drug release
N2  - Nanodiamant bietet in der Medizin und in der Biologie zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten aufgrund der guten Biokompatibilität und geringen Toxizität. Durch die umfangreichen Funktionalisierungsmöglichkeiten der Oberfläche der nanometergroßen Partikel können viele unterschiedliche Wirkstoffe, Rezeptormoleküle oder Peptidsequenzen angebunden werden ,die zusammen mit Nanodiamant ein anderes, durchaus besseres Wirkprofil aufweisen als der Wirkstoff allein. Ziel dieser Arbeit war die Synthese eines pH-labilen Linkersystems, dass hydroxylhaltige Wirkstoffe kovalent bindet und zusammen mit Nanodiamant in die Zelle, in der ein saurer pH-Wert herrscht, eingeschleust werden. Über die Änderung des pH-Wertes in der Zelle soll der Wirkstoff freigesetzt werden und seine Wirkung entfalten können. 
Weiterhin wurde ein pH-labiles Linkersystem auf der Basis eines Hydrazons hergestellt. Über das synthetisierte Hydrazinderivat können Wirkstoffe, die über eine Aldehyd- oder Ketonfunktion verfügen angebunden werden und pH-labil in der Zelle freigesetzt werden. Zusätzlich trägt der Nanodiamant ein kovalent angebundenes Targeting-Molekül, welches eine verbesserte Adressierung der Wirkorte gewähr¬leisten soll. Die Freisetzung wurde mittels UV-Vis-Spektroskopie detektiert und ausgewertet.
Neben der spezifischen Funktionalisierung von Nanodiamant besitzt auch die Interaktion der Nanodiamantpartikel mit biologischen Medien eine besondere Bedeutung für zukünftige biomedizinische Anwendungen. Wenn die Partikeloberfläche durch Proteinadsorption gegenüber dem Wirkort abgeschirmt wird, so kann der angebundene Wirkstoff gegebenenfalls nicht freigesetzt werden und somit nicht seine Wirkung entfalten und bleibt letztlich ungenutzt. So war es von besonderem Interesse die Wechselwirkungen von Nanodiamant in Humanserum und auch weiteren physiologischen Medien zu untersuchen. Dabei wurden sowohl freie Nanodiamantpartikel als auch solche, die auf klinisch bereits eingesetzten Gerüstmaterialien im Bereich der Therapie großer Knochendefekte adsorbiert waren, untersucht. Auch wurden die Wechselwirkungen von Nanodiamant mit der physiologischen Umgebung untersucht, die zur Agglomeration der Nanopartikel führen können. Es wurde ein unter¬schiedliches Agglomerationsverhalten der Nanodiamanten in wässriger Umgebung verglichen mit Nanodiamanten in physiologischen Medien sowie deren Stabilität im Serum beobachtet. 
Durch die in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungen konnten wichtige Erkenntnisse zur Wechselwirkung verschieden präparierter und funktionalisierter Nanodiamanten mit physiologisch relevanten Umgebungen sowie zu stimuli-responsiven Wirkstofffreisetzung aus Nanodiamant-Konjugaten gewonnen werden. Zudem wurde mit der Untersuchung der angelagerten Proteine um Nanodiamant ein erster Schritt in Richtung eines umfassenden Verständnisses der Wechselwirkung dieses Materials mit biologischen Umgebungen unternommen. Auch wenn diese Wechselwirkungen sehr komplex sind, so sind erste Aussagen bezüglich der Art der angelagerten Proteine möglich. Erste Versuche der Stabilisierung von Nanodiamant in physiologischen Medien wurden ebenfalls erfolgreich durchgeführt und zeigen eine effiziente und einfache Möglichkeit, Nanodiamant in biologischen Medien vor der Agglomeration zu bewahren. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnen Erkenntnisse bezüglich mehrfacher Funktionalisierungsmöglichkeiten von Nanodiamant sowie dessen Stabilisierung in physiologischen Medien zeigen die breite Anwendungsmöglichkeit und das enorme Potential von Nanodiamant im Bereich medizinischer und biologischer Anwendungen auf.
N2  - Nanodiamond offers various possible applications in medicine and biology because of its good biocompatibility and low toxicity. Due to the extensive opportunities functionalizing the surface of the nanosized particles it is possible to bind a lot of different active pharmaceutical ingredients (API), receptor molecules or peptide sequences. This functionalization can result in an improved efficacy compared to the profile of the drug alone. The aim of this thesis was the synthesis of a pH-labile linkersystem which covalently binds hydroxyl group-containing APIs and transfer them together with nanodiamond into the cells, where an acidic environment is predominant. Because of the change of the pH-value the drug gets released and can take its effect. 
Furthermore, a pH-labile linkersystem based on the formation of a hydrazon bond was synthesized. APIs containing an aldehyde or a ketone can be linked to the synthesized hydrazine derivative 70 and be released in cells due to the acid-labile bond. Additionally, the nanodiamond has a covalently bound targeting molecule to assure an improved uptake into the cell. The release of Doxorubicin was detected and evaluated via UV-Vis-spectroscopy.
Besides the specific functionalization, the interaction of nanodiamond particles with biological media is gaining more and more importance regarding future biomedical applications. If the particle surface is shielded with proteins it is possible that the linked drug cannot be released, remains unused and cannot develop its desired effect. Because of this reason it was of main interest to examine the interactions of nanodiamond in human serum and further physiological media. Nanodiamond without further functionalization were analysed as well as nanodiamonds which are adsorbed on materials that are already in clinical usage in the field of greater bone defects. The interactions of nanodiamond with a physiological environment which can lead to the agglomeration of the particles was also examined. A different agglomeration bahaviour of nanodiamond in aqueous media was compared to nanodiamond in physiological media as well as their stability in serum. 
Due to the presented studies in this thesis important insights into the interactions of functionalized and different prepared nanodiamonds with physiological relevant environments as well as with stimuli-responsive drug release from nanodiamond conjugates were obtained. Furthermore, the examinations of the attached proteins around nanodiamond is the first step getting towards a better comprehensive understanding of the interactions of this material with its biological environment. Even if these interactions are very complex, first statements according to the type of attached proteins are possible. First trials of stabilizing nanodiamond in physiological media have been carried out successfully and demonstrate an easy and effective way to hinder agglomeration of nanodiamond in biological media. Finally, the insights gained in this thesis regarding the multiple possibilities of nanodiamond as well as their stabilization in physiological media offers a broad range of applications and the tremendous potential of nanodiamond in the field of medical and biological research.
KW  - Nanopartikel
KW  - nanodiamond
KW  - Wirkstofffreisetzung
KW  - drug release
KW  - Diamant
KW  - Wirkstofffreisetzung
KW  - Nanodiamant
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-174619
ER  - 
TY  - THES
A1  - Seifert, Sabine
T1  - New Electron-Deficient Polycyclic Aromatic Dicarboximides by Palladium-Catalyzed C–C Coupling and Core Halogenation–Cyanation
T1  - Neue elektronenarme polyzyklische aromatische Dicarboximide durch Palladium-katalysierte C–C-Kupplung und Kernhalogenierung–Cyanierung
N2  - The thesis describes the development of new synthetic strategies towards planar nanometer-sized and electron-deficient polycyclic aromatic dicarboximides, which are rather unexplored compared with the large variety of electron-rich polycyclic aromatic hydrocarbons and nanographenes. Thus, new polycyclic aromatic systems containing a different number of dicarboximide groups were designed since this class of compounds has revealed its significance in the past due to a range of desirable molecular properties and its high thermal and photochemical stability. The synthetic concept towards these systems includes different C–C coupling techniques that were combined within coupling cascade reactions. Therefore, this thesis provides new insights into the reactivity of aromatic substrates and elucidates mechanistic aspects of C–C coupling cascade reactions to facilitate the precise design of new and desirable materials based on polycyclic aromatic dicarboximides. Furthermore, structure-property relationships as well as the optical and electrochemical properties were investigated by UV/Vis absorption and fluorescence spectroscopy and cyclic or square wave voltammetry. Insights into the molecular structures in the solid state were obtained by single-crystal X-ray analysis. In subsequent studies, highly electron-deficient perylene bisimides and their reduced species have been investigated in detail. Thus, core-functionalized perylene bisimides were synthesized and UV/Vis absorption spectroscopy, spectroelectrochemistry and cyclic or square wave voltammetry were used to determine their optical properties and the stability of the individual reduced species.
N2  - Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung neuer Synthesestrategien für planare und elektronenarme polyzyklische aromatische Dicarboximide in der Größenskala weniger Nanometer, welche im Vergleich zu der Vielzahl an elektronenreichen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen und Nanographenen weitaus weniger erforscht sind. Daher wurden neue polyzyklische aromatische Systeme entworfen, welche eine unterschiedliche Anzahl von Dicarboximid-Einheiten enthalten, da diese Klasse von Verbindungen ihre Bedeutsamkeit in der Vergangenheit aufgrund einer Reihe vorteilhafter molekularer Eigenschaften und ihrer hohen thermischen und photochemischen Stabilität gezeigt hat. Das synthetische Konzept für diese Systeme umfasst dabei verschiedene C–C-Knüpfungstechniken, die zu Kaskadenreaktionen kombiniert wurden. Daher werden in dieser Arbeit neue Einblicke in die Reaktivität von aromatischen Substraten aufgezeigt und mechanistische Aspekte von C–C-Kupplungskaskadenreaktionen erläutert, um eine präzise Gestaltung neuer und erstrebenswerter Materialien auf der Basis von polyzyklischen aromatischen Dicarboximiden zu erleichtern. Darüber hinaus wurden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sowie die optischen und elektrochemischen Eigenschaften durch UV/Vis-Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie sowie Cyclo- oder Square Wave Voltammetrie untersucht. Einblicke in die molekularen Strukturen im Festkörper wurden durch Einkristallstrukturanalyse erhalten. In nachfolgenden Studien wurden stark elektronenarme Perylenbisimide und ihre reduzierten Spezies detailliert untersucht. Dazu wurden kernfunktionalisierte Perylenbisimide synthetisiert. Um deren optische Eigenschaften und die Stabilität der reduzierten Spezies zu bestimmen wurden UV/Vis-Absorptionsspektroskopie, Spektroelektrochemie und Cyclo- oder Square Wave Voltammetrie verwendet.
KW  - Kupplungsreaktion
KW  - Dicarboximide
KW  - Polycyclische Aromaten
KW  - C-C coupling
KW  - Dicarboximides
KW  - Polycyclic aromatic hydrocarbons
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-156200
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sowik, Thomas
T1  - Assessment of the surface functionalization of SPION and DND nanomaterials for cellular uptake and fluorescence imaging
T1  - Abschätzung der Oberflächenfunktionalisierung von SPION und DND Nanomaterialien für die Zellaufnahme und Fluoreszenzimaging
N2  - The aim of this work was to synthesize and functionalize different bio-relevant nanomaterials like silica-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) as contrast agents for T2 magnetic resonance imaging (MRI) and detonation nanodiamond (DND) with the neurohormone peptide allatostatin 1 (ALST1) and a fluorescent dye. Analytical techniques for the determination and quantification of surface functional groups like amines, azides, and peptides were also developed and established.
Thus, in the first part of the work, a TGF-1 binding peptide and allatostatin 1 (ALST1), both supposed to act as active tumour targeting vectors, were synthesized by solid-phase peptide synthesis (SPPS) and characterized by high pressure liquid chromatography (HPLC) and mass spectrometry. Then, azide-functionalized silica nanoparticles were synthesized by the Stöber process and characterized by transmission electron microscopy (TEM) and infrared spectroscopy (IR). The surface loading of amine and azide groups was determined by a new protocol. The azide groups were reduced with sodium boronhydride to amine and then functionalized with Fmoc-Rink Amide linker according to a standard SPPS protocol. Upon cleavage of Fmoc by piperidine, the resulting dibenzofulvene and its piperidine adduct were quantified by UV/Vis spectroscopy and used to determine the amount of amine groups on the nanoparticle surface. Then, ALST1 and related tyrosine- and phenylalanine substituted model peptides were conjugated to the azide-functionalized silica nanoparticles by copper(I)-catalyzed azide-alkyne dipolar cycloaddition (CuAAC). The successful peptide conjugation was demonstrated by the Pauly reaction, which however is only sensitive to histidine- and tyrosine-containing peptides. As a more general alternative, the acid hydrolysis of the peptides to their individual amino acid building blocks followed by derivatization with phenyl isothiocyanate (PITC) allowed the separation, determination, and quantification of the constituent amino acids by HPLC. 
In the second part of the work, amine- and azide-functionalized silica-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) were synthesized by co-precipitation and subsequent silica-coated based on the Stöber process and characterized by TEM and IR. The amine surface loading was determined by the method already established for the pure silica systems. The azide surface loading could also be quantified by reduction with sodium boronhydride to amine groups and then conjugation to Fmoc-Rink amide linker. Upon cleavage of Fmoc with piperidine, the total amine surface loading was obtained. The amount of azide surface groups was then determined from the difference of the total amine surface loading and the amine surface loading. Thus, it was possible to quantify both amine and azide surface groups on a single nanoparticle system. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) are potent T2 contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). Due to their natural metabolism after injection into the blood stream, SPIONs mostly end up inside macrophages, liver, spleen or kidneys. To generate a potential target-specific SPION-based T2 contrast agent for MRI, the neurohormone peptide ALST1 was conjugated by CuAAC to the azide- and amine functionalized superparamagnetic iron oxide nanoparticles, since ALST1 is supposed to target difficult-to-treat neuroendocrinic tumours due to its analogy to galanin and somastatin receptor ligands. The organic fluorescent dye cyanine 5 (Cy5) was also conjugated to the silica-coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) via a NHS-ester to the amines to enable cell uptake studies by fluorescence microscopy. These constructs were characterized by TEM, dynamic light scattering (DLS), and IR. The amino acids of the conjugated ALST1 were determined by the HPLC method as described before for peptide-modified silica nanoparticle surfaces. Then, the relaxivity r2 was measured at 7 T. However, a r2 value of 27 L/mmolFe·s for the dual ALST1-/Cy5-functionalized silica-coated SPIONs was not comparable to T2 contrast agents in clinical use, since their relaxivity is commonly determined at 1.5 T, and no such instrument was available. However, it can be assumed that the synthesized dual 
ALST1-/Cy5-functionalized silica-coated SPION would show a lower r2 at 1.5 T than at 7T. Commercial T2 MRI contrast agents like VSOP-C184 from Ferropharm show at r2 values of about 30 L/mmolFe·s at 1.5 T. Still, the relaxivity of the new material has some potential for application as a T2 contrast agent. Then, the material was used in cell uptake studies by fluorescence microscopy with the conjugated Cy5 dye as a probe. The dual 
ALST1-/Cy5-functionalized silica-coated SPION showed a high degree of agglomeration with no cellular uptake unlike described for ALST1-functionalized nanoparticles in literature. It is assumed that upon agglomeration of the particles, constructs form which are unable to be internalized by the cellular endocytotic pathways anymore. As a future perspective, the tendency of the particle to agglomerate should be reduced by changing the coating material to polyethylene glycol (PEG) or chitosan, which are known to be bio-compatible, bio-degradable and prevent agglomeration.
In the third part of the work, the rhenium compound [ReBr(CO)3(L)] with L = 2-phenyl-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthroline and its manganese analogue were synthesized by heating the ligand and rhenium pentacarbonyl bromide or and manganese pentacarbonyl bromide respectively, in toluene. However, [MnBr(CO)3(L)] was unstable upon illumination by UV light at 365 nm. Thus, it was dismissed for further application. The photophysical properties of [ReBr(CO)3(L)] were explored, by determination of the excited-state life time by the time-correlated single-photon counting (TCSPC) method and the quantum yield by a fluorescence spectrometer equipped with an integration sphere. A value of  = 455 ns, a Stokes shift of 197 nm and a rather low quantum yield =were found. Metal complexes are supposed to have superior properties compared to organic dyes due to their large Stokes shifts, long excited-state life times, and high quantum yields. Thus, amine- and azide-functionalized detonation nanodiamond (DND) as an alternative biological inert carrier system was functionalized with ALST1 to enhance its cell uptake properties. A luminescent probe for cell uptake studies using fluorescence microscopy was also attached, either based on the new rhenium complex or the commercially available organic dye Cy5, respectively. The aldehyde-functionalized rhenium complex was conjugated to the DND via oxime ligation, which is known to be a mild and catalyst-free conjugation method. The amount of peptide ALST1 on the DND was analyzed and quantified after acid hydrolysis and PITC derivatization by HPLC as described before. Then, the ALST1-/luminescent probe-functionalized DND was investigated for its photophysical properties by fluorescence spectroscopy. The Cy5-functionalized material showed a slightly lower fluorescence performance in aqueous solution than reported in literature and commercial suppliers with a life time  < 0.4 ns and quantum yields not determinable by integration sphere due to the week signal intensity. The rhenium complex-functionalized material had a very low signal intensity in only aqueous medium, and thus determination of life times and quantum yield by fluorescence spectroscopy was not possible. After incubation with MDA-MB 231 cells, the Cy5-functionalized DND could easily be detected due to its red fluorescence. However, it was not possible to visualize the rhenium complex-functionalized DND with fluorescence microscopy due to the low fluorescence intensity of the complex in aqueous medium and the lack of proper filters for the fluorescence microscope. Cy5-functionalized DND did not show any cellular uptake in fluorescence microscopy after conjugation with ALST1. Since the nanodiamond surface is known to strongly adsorb peptides and proteins, it is assumed that the peptide chain is oriented perpendicular to the nanoparticle surface and thus not able to interact with cell membrane receptors to promote cell uptake of the particles. As a future perspective, the ALST1-promoted cellular uptake of the DND should be improved by using different linker systems for peptide conjugation to prevent adsorption of the peptide chain on the particle surface.
The new analytical methods for amino-, azide-, and peptide-functionalized nanoparticles have great potential to assist in the quantification of nanoparticle surface modifications by UV/Vis spectroscopy and HPLC. The determination of surface amine and azide groups based on the cleavage of conjugated Fmoc-Rink amide linker and detected by UV/Vis spectroscopy is applicable to all amine-/azide-functionalized nanomaterials. However, particles which form very stable suspension with the cleavage mixture can cause quantification problems due to scattering, making an accurate quantification of dibenzofulvene and its piperidine adduct impossible. The detection of tyrosine- and histidine-containing peptides based on the Pauly reaction is well-suited as a fast and easy-to-perform qualitative demonstration of successful peptide surface conjugation. However, its major drawback as a colourimetric approach is that coloured particles cannot be evaluated by this method. The amino acid analysis based on HPLC after acid hydrolysis of peptides conjugated to nanoparticle surfaces to its individual building blocks and subsequent derivatization with PITC, can be used on all nanomaterials with peptide or protein surface modification. It allows detection of amino acids down to picomolar concentrations and even enables analysis of very small peptide surface loadings. However, the resulting HPLC traces are difficult to analyze.
Three new analytical methods based on UV/Vis and HPLC techniques have been developed and established. They assisted in the characterization of the synthesized DND and SPIONs with dual functionalization by ALST1 and Cy5 or [ReBr(CO)3(L)], respectively. However, the nanomaterials showed no cellular uptake due to a high tendency to agglomerate. The cellular uptake should be improved and the tendency to agglomerate of the SPIONs should be reduced by changing the surface coating from silica to either PEG or chitosan. Furthermore, different linker systems for connecting peptides to DND surfaces should be synthesized and evaluated to reduce potential peptide chain adsorption.
N2  - Das Ziel dieser Arbeit war die Synthese und Funktionalisierung biologisch relevanter Nanomaterialien wie die Silica-umhüllten superparamagnetischen Eisenoxid Nanopartikel (SPIONs) als Kontrastmittel für T2 gewichtete Magnetresonanztomographie (MRT) und Detonantionsnanodiamant mit dem Neurohormonpeptid Allatostatin 1 (ALST1) sowie einem Fluoreszenzfarbstoff. Des Weiteren sollten analytische Methoden zur Bestimmung und Quantifizierung von funktionellen Oberflächenmodifikationen wie Amine, Azide und Peptide entwickelt und etabliert werden.
Aus diesem Grund wurden im ersten Teil der Arbeit ein TGF-1 bindendes Peptid und Allatostatin 1 (ALST1), welche beide spezifisch Tumorgewebe anzielen, mit Hilfe der Festphasen Peptid Synthese (SPPS) hergestellt und durch HPLC und Massenspektrometrie charakterisiert. Danach wurden Azid-funktionalisierte Silica-Partikel durch den Stöber Prozess hergestellt und mit Hilfe von Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Infrarot Spektroskopie (IR) charakterisiert. Die Oberflächenbeladung von Aminen und Aziden wurde mit einer neuen Methode bestimmt. Azidgruppen wurden mit Natriumborhydrid zu Aminen reduziert und anschließend mit dem Fmoc-Rink Amid Linker unter Verwendung des allgemeinen SPPS Verfahrens. Durch die Abspaltung von Fmoc mit Piperidin wurden Dibenzofulven und sein Piperidin-Adduct gebildet und mit Hilfe von UV/Vis Spektroskopie quantifiziert um die Oberflächenbeladung der Amino-Gruppen auf den Nanopartikeln zu bestimmen. Danach wurden ALST1 und verwandte Tyrosin- und Phenylalanin- substituierte Modellpeptide synthetisiert und durch die Kuper(I)-katalysierte Azid-Alkin dipolare Cycloaddition (CuAAC) an die Oberfläche der Silica-Partikel konjugiert. Die erfolgreiche Peptidkonjugation wurde mit Hilfe der Pauly Reaktion, welche jedoch ausschließlich auf Tyrosin- und Histidin-haltige Peptide und Proteine anwendbar ist, nachgewiesen. Als eine universellere Alternative wurden die Peptid-konjugierten Nanomaterialien mit konzentrierter Salzsäure hydrolysiert und anschließend mit Phenylisothiocyanat (PITC) derivatisiert, was die Trennung, Bestimmung und Quantifikation der individuellen Aminosäuren des Peptids durch HPLC ermöglichte.
In dem zweiten Teil dieser Arbeit wurden Amin- und Azid-funktionalisierte Silica-umhüllte superparamagnetische Eisenoxidnanopartikel (SPIONs) durch Co-Präzipitation und anschließender Silica-Ummantelung basierend auf dem Stöber Prozess synthetisiert und mit Hilfe von TEM und IR charakterisiert. Die Oberflächenbeladung der Aminogruppen wurde an Hand der bereits etablierten Methode für Silica-Partikel bestimmt. Die Oberflächenbeladung der Azidgruppen wurde quantifiziert durch deren Reduktion mit Natriumborhydrid zu Aminogruppen und der darauf folgenden Verknüpfung mit dem Fmoc-Rink Amid Linker. Durch die Abspaltung des Fmoc mit Piperidin und dessen Quantifizierung durch UV/Vis Spektroskopie wurde so die gesamte Aminogruppen Oberflächenbeladung erhalten. Die Oberflächenbeladung mit Azidgruppen wurde dann durch die Differenz aus gesamter Amin- und tatsächlicher Amin-Oberflächenbeladung berechnet. Auf diese Weise war es möglich die Oberflächenbeladung sowohl von Aminen, als auch von Aziden an nur einem einzigen Nanopartikelsystem zu bestimmen. SPIONs können als Kontrastmittel für T2-gewichtete MRT Messungen verwendet werden. Jedoch werden sie auf Grund ihres Metabolismus nach der Injektion ins Blutsystem von Makrophagen, Leber, Milz und Niere aufgenommen. Um ein potentielles, gewebespezifisches SPION-basiertes Kontrastmittel für T2-gewichtete MRT Messungen zu erzeugen wurde das Neurohormonpeptid ALST1 mit Hilfe der CuAAC an die Azid-/Amin-funktionalisierten Silica-ummantelten SPIONs konjugiert, da von ALST1 eine Spezifität auf schwierig zu behandelnde neuroendokrine Tumore  vermutet wird, auf Grund seiner Ähnlichkeit zu Galanin und Somastatin Rezeptorliganden. Der organische Fluoreszenzfarbstoff Cyanin 5 (Cy5) wurde ebenfalls an den Azid-/Amin-funktionalisierten Silica-ummantelten SPIONs über einen NHS-Ester konjugiert um Zellaufnahmestudien mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie zu ermöglichen. Diese Materialien wurden mit TEM, dynamischer Lichtstreuung (DLS) und IR charakterisiert. Die Aminosäuren des konjugierten ALST1 wurden an Hand der bereits für Silica-Partikel beschriebenen HPLC-Methode bestimmt. Danach wurde die Relaxivität r2 bei 7 T gemessen. Leider sind der gemessene Wert von 27 L/mmolFe·s für das duale System ALST1-/Cy5-functionaliserte Silica-ummantelte SPIONs nicht mit klinisch verwendete T2 Kontrastmittel zu vergleichen, da diese bei einer Feldstärke von 1.5 T verwendet werden. Es ist jedoch anzunehmen, dass das synthetisierte Nanopartikelsystem bei 1.5 T eine geringere Relaxivität r2 zeigen würde als bei 7 T. Jedoch zeigen kommerzielle Kontrastmittel für T2-gewichtete MRT Messungen wie zum Beispiel VSOP-C184 von Ferropharm r2 Werte um die 30 L/mmolFe·s. Von daher hat das neue Material durchaus Potential als Kontrastmittel für T2-gewichtete MRT Messungen. Danach wurde das Material auf seine Zellaufnahme mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie unter Verwendung des konjugierten Cy5 als Sonde untersucht. Die dualen ALST1-/Cy5-functionaliserte Silica-ummantelte SPIONs wurden mit MDA-MB 231 Zellen inkubiert, zeigten jedoch einen hohen Grad an Agglomeration, wobei große Konstrukte gebildet wurden die nicht mehr durch die zellularen Endozytosewege internalisiert werden konnten. Für weitere Anwendungen muss die Tendenz der Partikel zur Agglomeration verringert werden. Dies kann durch einen Wechsel der Hülle von Silica zu Polyethylenglykol (PEG) oder Chitosan erreicht werden, welche dafür bekannt sind Agglomeration zu verhindern als auch biologisch kompatibel, abbaubar zu sein. Im dritten Teil der Arbeit wurde die Rheniumverbindung [ReBr(CO)3(L)] mit L = 2-Phenyl-1H-imidazo[4,5-f][1,10]phenanthrolin und ihr Mangan-Analogon synthetisiert durch Erhitzen des Liganden und Bromopentacarbonylrhenium, beziehungsweise Bromopentacarbonyl-mangan, in Toluol. Der Komplex [MnBr(CO)3(L)] wurde jedoch wegen seiner Instabilität bei Belichtung mit UV-Licht der Wellenlänge 365 nm für weitere Anwendungen verworfen. Die photophysikalischen Eigenschaften von [ReBr(CO)3(L)] wurden untersucht durch die Bestimmung der Lebenszeit des angeregten Zustandes mit der time-correlated single-photon counting (TCSPC) Methode und die Quantenausbeute mit Hilfe eines Fluoreszenzspektrometers welches mit einer Integrationsphäre ausgerüstet war. Ein Wert von  = 455 ns, einem Stokes shift von 197 nm und eine eher niedrige Quantenausbeute  = 0.05 wurden ermittelt. Es wird behauptet, dass Metallkomplexe den organischen Fluoreszenzfarbstoffen überlegende Stokes shifts, Lebenszeiten des angeregten Zustandes sowie Quantenausbeuten haben. Aus diesem Grund wurde der Amino- und Azid-funktionalisierte DND mit ALST1, auf Grund seiner Eigenschaft die Zellaufnahme zu verstärken, funktionalisiert. Des Weiteren wurde eine Fluoreszenzsonde für Zellaufnahmestudien unter Verwendung von Fluoreszenzmikroskopie und die Partikeloberfläche konjugiert, welche entweder auf [ReBr(CO)3(L)] oder Cy5 basierten. Die Aldehyd-funktionalisierte Rheniumverbindung wurde über die Oxime Ligation an den Nanopartikel konjugiert, welche als milde und Katalysator-freie Konjugationsmethode bekannt ist. Die Menge des Peptids ALST1 auf der DND Oberfläche wurde durch HPLC nach saurer Hydrolyse und Derivatisierung mit PITC wie zuvor beschrieben analysiert und quantifiziert. Danach wurden die dualen ALST1-/Lumineszenzsonde-funktionalisierten DND in Bezug auf ihre photophysikalischen Eigenschaften mit Hilfe der Fluoreszenzspektroskopie untersucht. Das Cy5-funktionaliserte Material zeigte in wässrigem Medium etwas geringere Lebenszeit des angeregten Zustandes mit  < 0.4 ns als in der Literatur beschrieben und eine nicht bestimmbare Quantenausbeute durch die Integrationssphäre auf Grund der schwachen Emissionsintensität. Das [ReBr(CO)3(L)]-funktionalisierte Material zeigte eine sehr geringe Emissionsintensität in wässrigen Medium, welche es unmöglich machte die Lebenszeit des angeregten Zustandes und die Quantenausbeute zu bestimmen. Es war nicht möglich das Rhenium Komplex-funktionalisierte Material auf Grund seiner geringen Emissionsintensität in der Fluoreszenzmikroskopie nach Inkubation mit MDA-MB 231 Zellen zu visualisieren. Nach der Inkubation des Cy5-functionalisierten DND mit MDA-MB 231 Zellen, konnte das Material sehr gut auf Grund seiner roten Fluoreszenz identifiziert werden. Jedoch zeigte es keine Internalisierung in die Zellen nach Konjugation mit ALST1. Es wird vermutet dass die Peptidkette flach auf die Nanodiamantoberfläche, welche für ihre starke, nicht-kovalente Interaktion mit Proteinen und Peptiden bekannt ist, adsorbiert ist. Für zukünftige Anwendungen muss die ALST1-vermittelte Zellaufnahme der Detonationsnanodiamanten verbessert werden. Dies kann erreicht werden durch die Verwendung anderer Linker-Systeme zur Verbrückung von Peptid und Partikeloberfläche um Adsorption zu verhindern.
Die neuen analytischen Methoden für Amino-, Azid-, und Peptid-funktionalisierte Nanopartikel haben großes Potential in der Quantifizierung von Oberflächenmodifikationen von Nanopartikeln durch HPLC und UV/Vis. Die Bestimmung von Oberflächenbeladungen von Amin- und Azidgruppen basierend auf der Abspaltung von konjugiertem Fmoc des Fmoc-Rink Amid Linkers und Detektion durch UV/Vis Spektroskopie ist anwendbar auf alle Amin- und Azid-funktionalisierten Nanomaterialien. Jedoch kann es bei Partikeln welche besonders stabilen Suspensionen mit der Abspaltlösung bilden zu Problemen in der Quantifikation von Dibenzofulven und seinem Piperidin Addukt mittels UV/Vis Spektroskopie auf Grund von Streuung kommen. Die Detektion von Tyrosin- und Histidin-enthaltenden Peptiden auf Nanopartikeloberflächen auf Grundlage der Pauly Reaktion ist besonders geeignet als schneller und einfach durchzuführender qualitativer Nachweis für die erfolgreiche Konjugation von Peptiden auf Nanopartikeloberflächen. Der Hauptnachteil ist jedoch, dass Partikel mit Eigenfarbe nicht verwendet werden können. Die Aminosäureanalyse auf Grundlage von HPLC nach saurer Hydrolyse von Peptid-funktionalisierten Nanomaterialien und anschließender Derivatisierung mit PITC kann für alle Peptid- oder Protein-modifizierten Nanomaterialien verwendet werden. Es ermöglicht die Detektion von bis zu pikomolaren Konzentrationen und damit die Quantifizierung sehr geringe Oberflächenbeladungen mit Peptiden und Proteinen. Jedoch sind die resultierenden HPLC Chromatogramme schwierig zu interpretieren.
Drei neue analytische Methoden auf der Grundlage von UV/Vis und HPLC Techniken wurden entwickelt und etabliert. Sie halfen bei der erfolgreichen Charakterisierung der synthetisierten DND und SPIONs mit dualer Funktionalisierung durch ALST1 und Cy5, beziehungsweise [ReBr(CO)3(L)]. Jedoch zeigten die Nanomaterialien auf Grund der hohen Tendenz zur Agglomeration keine Zellaufnahme. Das weitere Vorgehen umfasst die Verbesserung der Zellaufnahme durch ersetzen der Silica-Hülle der SPIONs mit PEG oder Chitosan. Bei den DND müssen andere Linkersysteme in Betracht gezogen und dann synthetisiert werden, welche die Adsorption der Peptidkette auf der Oberfläche des Partikels verhindern.
KW  - Nanopartikel
KW  - Bioanorganische Chemie
KW  - Peptide
KW  - SPION
KW  - Nanodiamond
KW  - Neuropeptide Hormone
KW  - Particle analytics
KW  - fluorescence
KW  - SPION
KW  - Nanodiamant
KW  - Neuropeptidhormon
KW  - Partikelanalytik
KW  - Fluoreszenz
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-103709
ER  - 
TY  - THES
A1  - Waag, Thilo
T1  - Funktionalisierung von Nanodiamanten für Wirkstofftransport und Knochenersatzmaterialien
T1  - Functionalization of nanodiamonds for drug delivery and alternate bone material
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit ist das Design, die Synthese und das anschließende Testen von Nanodiamant-Wirkstoff-Konjugaten. Dafür müssen zunächst Nanodiamanten mit geeigneten Linkersystemen funktionalisiert werden, um
anschließend verschiedene pharmazeutische Wirkstoffe auf der Diamantoberfläche zu immobilisieren. Die Wirksamkeit der so angebundenen Inhibitoren auf die verschiedenen Erreger muss anschließend in vitro und in vivo getestet werden.
Auch die Art der Aufnahme der Nanodiamanten in die verschiedenen Zellen muss untersucht werden. Dazu sollen Fluoreszenzfarbstoffe, wie z.B. Oregon Green 488, auf der Diamantoberfläche immobilisiert werden.
N2  - Because of its low toxicity and rich surface chemistry nanodiamond is well suited for the application in the fields of biology and medicine. The aim of this work is the development of various nanodiamond conjugates as drug delivery systems and components of bone replacement materials.

Before the immobilization of drugs the nanodiamond particles need to be functionalized with acid labile linker systems, in this case hydrazones. After entering the acidic cell compartments the drug is released. First of all, the linkers are isolated as diazonium-tetrafluoroborates and after that immobilized on mechanically deagglomerated nanodiamond. The drugs can be bound to the hydrazine linker systems. In this work several drugs are immobilized to the nanodiamond surface via hydrazine linker systems and the drug release under acidic conditions is analyzed. Further compounds are immobilized for the investigation for future bone replacement materials, namely dyes and growth factors.
KW  - Nanodiamant
KW  - nanomateriales
KW  - nanotherapeutics
KW  - Diamant
KW  - Nanostrukturiertes Material
KW  - Wirkstofffreisetzung
KW  - Knochenersatz
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-94597
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wachtler, Stefan
T1  - Synthese und Charakterisierung von funktionalisierten Nanodiamantmaterialien für biomedizinische Anwendungen
T1  - Synthesis and characterization of functionalized nanodiamond particles for biomedical applications
N2  - In dieser Arbeit ist die Synthese von funktionalisiertem Nanodiamant mit bioaktiven Substanzen, welche vor allem als Wirkstofftransporter eingesetzt werden sollen, beschrieben. Dazu werden zum einen bereits bekannte Anbindungsmöglichkeiten an Nanodiamant, wie zum Beispiel die Klick-Reaktion, sowie die Ausbildung von Amidbrücken verwendet. Zum anderen werden neuartige Funktionalisierungsmöglichkeiten wie Protein Ligation und Thioharnstoffbrücken verwendet und somit das Repertoire an bekannten Anbindungsreaktion erweitert.
Des weiteren wurde ein multifunktionales Nanodiamantsystem synthetisiert. Dieses ist in der Lage, zwei verschiedene Moleküle auf einem Partikel zu immobilisieren.  Die verwendeten Methoden ermöglichen die Anbindung verschiedener Substanzen aus unterschiedlichen Molekülgruppen an Nanodiamanten und sind somit universell einsetzbar.
N2  - Because of its unique physical and chemical properties, nanodiamond can be used in a variety of scientific fields, such as in medical and biological research. In this thesis, new ways to covalently bind substances to the nanodiamond surface have been explored, which also can be used in biological systems. ...
KW  - Synthesediamant
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
KW  - Fluoreszenz
KW  - Krebs <Medizin>
KW  - nanodiamond
KW  - Nanodiamant
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-210757
ER  -