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Gegenstand der Untersuchungen war die Reduktion von Stickoxiden (NOx und N2O) an verschiedenartig präparierten Eisenkatalysatoren (Fe-MF, Fe-beta, Fe-SBA-15). Die Katalysatoren wurden nach Synthese, Kalzinierung und Katalyse mittels EPR und UV/VIS-DRS charakterisiert, und darüber hinaus auch in-situ während des Kalzinierens. Isolierte Eisenspezies aggregieren im Verlauf der Kalzinierung bei 873 K. Sowohl höhere Heizraten beim Kalziniervorgang, als auch ein höheres Si/Al-Verhältnis des Trägermaterials verstärken die Neigung zur Aggregatbildung leicht. Die Verwendung des Katalysators für die SCR von NO führt zu weiterem Wachstum und zur Restrukturierung der FexOy-Cluster. Die Eisenkatalysatoren wurden weiterhin mittels in-situ Methoden (EPR, UV/VIS-DRS, FTIR) untersucht während der SCR von NO durch NH3 und Isobutan, der SCR von N2O mit CO, und im Strom der entsprechenden reinen Eduktgase. Die Ergebnisse korrelieren mit dem katalytischen Verhalten der Materialien. Verschiedene Fe3+-Spezies, welche sich durch ein unterschiedliches Redoxverhalten auszeichnen, wurden identifiziert. UV/VIS-Messungen erlauben die Schlußfolgerung, daß isolierte, oktaedrisch koordinierte Fe3+?Spezies leichter zu reduzieren sind als tetradrisch koordinierte. Im Gegensatz zu isoliertem Fe3+ lassen sich FexOx-Cluster leichter oxidieren als reduzieren, und verbleiben daher unter Reaktionsbedingungen trivalent. Durch ihr hohes Oxidationspotential kommt es, vor allem für die Reaktion mit Isobutan, zur unerwünschten Totaloxidation des Reduktanden. Der Anteil isolierter Fe3+ Spezies korreliert mit der Aktivität der Katalysatoren für die SCR von NO und N2O. Weiterhin hängt zumindest für die Reaktion zwischen N2O und CO der Reaktionsmechanismus von der Art der vorliegenden Eisenspezies ab: an isolierten Plätzen erfolgt die Reduktion des N2O an dem an Fe3+ gebundenen CO. An FexOy-Clustern hingegen läuft die Reaktion als Redoxprozeß (Fe3+ / Fe2+) unter Bildung eines radikalischen Intermediates O-. Der Einfluß der Porengeometrie des Trägermaterials auf die katalytische Aktivität wurde an Katalysatoren mit ähnlichem Eisengehalt und ähnlicher Art und Verteilung der Eisenspezies studiert (Fe-MFI, Fe-SBA-15). Die drastisch höhere Aktivität von Fe-MFI belegt, daß die Lokalisierung der aktiven Komponente in einer Pore mit passender Geometrie (Größe und Struktur) essentiell für die katalytischen Eigenschaften ist. Als weitere, die Aktivität stark beeinflussen Größe, wurde für die Reaktion von NO mit Ammoniak und auch mit Isobutan die Azidität identifiziert, die jedoch für die katalytische Zersetzung oder Reduktion mit N2O keine Rolle spielt. The reduction of nitrogen oxides (NOx and N2O) was investigated over Fe-catalysts (Fe-MFI, Fe-beta and Fe-SBA-15) which were prepared by different methods have been analyzed by EPR and UV/VIS-DRS ex situ after synthesis, calcination and use in catalysis as well as in situ during calcination. It was found that aggregated species are formed at the expense of isolated Fe species upon calcination at 873 K, and that aggregate formation is slightly favored by calcination with higher heating rates as well as by high Si/Al ratio of the support. Use in SCR of NO leads to further growth and restructuring of FexOy clusters. These Fe-catalysts were studied by in situ EPR, in situ UV/VIS-DRS and in situ FT-IR spectroscopy during SCR of NO with NH3 or isobutane and during SCR of N2O with CO as well as during interaction with single feed components. The results were related to the catalytic behaviour. Different types of isolated Fe3+ sites with different reducibility were identified. Based on FT-IR results which revealed that NO reacts preferably with trivalent Fe, it is concluded that Fe3+ ions reduced under reaction conditions to Fe2+ do probably not contribute to catalytic activity. In general, the degree of steady-state Fe site reduction during NH3-SCR is markedly lower than during isobutane-SCR. This might be the reason for the lower activity of Fe-catalysts in the latter reaction. UV/VIS-DRS results suggest that isolated Fe3+ in octahedral coordination is easier reduced than tetrahedral Fe3+. In contrast to isolated Fe3+ species, FexOy clusters are much faster reoxidized than reduced and, thus, remain essentially trivalent under reaction conditions. Due to their higher oxidation potential, they cause undesired total oxidation of the reductant being much more severe in the case of isobutane. A correlation was found between the fraction of isolated Fe+3 sites in the catalysts and their activity for SCR of NO and N2O. The reaction mechanism of SCR of N2O with CO is Fe site dependent. Over isolated Fe sites, the reduction of N2O occurs via coordinated CO species on Fe3+ sites. The reaction over FexOy sites proceeds via a redox Fe3+/Fe2+ process with intermediate formation of O- radicals. The effect of pore geometry of the support on the catalytic activity was studied by comparing catalytic performance of Fe-MFI and Fe-SBA-15 which contain similar iron content and show similar nature and distribution of Fe species as evidenced by UV/VIS-DRS and EPR. Fe-MFI revealed to be much more active than Fe-SBA-15 in all reactions studied. This clearly illustrates that the confinement of the iron species in pores of suitable geometry (structure and size) is essential to originate their remarkable catalytic properties. Acidity is essential for SCR of NO with NH3 or isobutane but it is not mandatory for direct decomposition or SCR of N2O.

Der Einsatz basischer substituierter Benzilsäureester mit einer dualistischen anticholinergen und dopaminergen Wirksamkeit als potentielle Antiparkinsonika wird zur Zeit untersucht und diskutiert. Dabei spielen die Kenntnisse der Biotransformation dieser Verbindungen eine große Rolle für deren Beurteilung. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Metabolisierung von ausgewählten Benzilaten in der Ratte. Dazu wurden vier verschiedene Derivate ausgewählt: (R,S)-N-Methyl-4-piperidyl 3,4-dimethoxybenzilat (1), (R,S)-N-Methyl-3-piperidyl 3,4-dimethoxybenzilat (2), N-Methyl-4-piperidyl 3,3'-dimethoxybenzilat (3), (R,S)-N-Methyl-3-piperidyl 3,3'-dimethoxybenzilat (4). Nach Aufarbeitung von Urin und Kot erfolgte die Charakterisierung der Metabolite mittels DC, HPLC und UV. Die wichtigste Methode zur Identifizierung stellte die MS dar, die auch in Kopplung mit der GC Anwendung fand. Durch NMR-spektroskopische Untersuchungen gelang der Nachweis der in p-Stellung erfolgten aromatischen C-Oxigenierung. Im Körper traten eine Reihe von Funktionalisierungsreaktionen auf: Esterspaltung, aromatische C-Oxigenierung, O-Dealkylierung, N-Dealkylierung, Lactamisierung, N-Oxidation, Benzophenonbildung und die Methylierung und Glucuronidierung/Sulfatierung phenolischer Derivate. Alle diese Veränderungen wurden in ihrer Vielfalt das erste Mal bei einzelnen Benzilaten beobachtet. Für die 3,4-Dimethoxyester stellten die C-Oxigenierung und bei 2 zusätzlich die Esterspaltung die Hauptabbauwege dar. Bei den 3,3'-Dimethoxyderivaten traten die O-Dealkylierung und ebenfalls die Esterspaltung in den Vordergrund. Die Entstehung der Lactame bei der Metabolisierung konnte durch Vergleich mit synthetisierter Referenzsubstanz nachgewiesen werden. Bei der Gegenüberstellung des Metabolitenspektrums mit den Ergebnissen der biomimetischen Umsetzungen von 1, 2 und 3 konnte eine Übereinstimmung in der Bildung von Benzilsäure (Esterspaltung), N-Oxid, N-dealkyliertem Ester und Benzophenon gezeigt werden, allerdings konnte dieses chemische in vitro-Testsystem nicht als Modell für C-Oxigenierungsreaktionen, O-Dealkylierung und Lactamisierung dienen., The suitability of basic substituted benzilic esters with partially available dualistic anticholinergic and dopaminergic properties is examined and discussed for the treatment of Parkinson disease recently. The knowledge of the biotransformation is important for the evaluation of these substances. Purpose of the present thesis was the investigation of the metabolism of some selected benzilates in rats. Therefore four different derivatives were chosen: (R,S)-N-Methyl-4-piperidyl 3,4-dimethoxybenzilate (1), (R,S)-N-Methyl-3-piperidyl 3,4-dimethoxybenzilate (2), N-Methyl-4-piperidyl 3,3'-dimethoxybenzilate (3), (R,S)-N-Methyl-3-piperidyl 3,3'-dimethoxybenzilate (4). After purification of urine and faeces, the characterization of the metabolites was determined by TLC, HPLC and UV. MS, also coupled with GC, represented the most important method for identification. The evidence for aromatic oxygenation in p-position was succeeded by NMR-spectroscopy. Several metabolic processes appeared: ester cleavage, aromatic C-oxygenation, O-dealkylation, N-dealkylation, formation of lactam, N-oxidation, oxidation to benzophenone and the methylation and glucuronidation/sulphatation of phenolic derivatives. All these multiple reactions were observed at single benzilates for the first time. C-Oxygenation represented the main decomposition way for the 3,4-dimethoxy esters and, additionally, ester cleavage for 2. O-Dealkylation and ester cleavage were the important reactions of metabolism of the 3,3'-dimethoxy derivatives. The formation of lactams as metabolites could be verified by comparison to synthesized reference substances. In comparison to the metabolic pathways, the results of the biomimetic examinations of 1, 2 and 3 show agreement in the formation of benzilic acids (ester cleavage), N-oxides, N-dealkylated esters and benzophenones. But this chemical method can't be used as modell for C-oxygenation, O-dealkylation and lactamisation.

Die vorliegende Arbeit untersucht ultraschnelle Rotations- und Translationsbewegungen in molekularen Flüssigkeiten. Dazu wurde deren Optischer Kerr-Effekt/Raman-Induzierter Kerr-Effekt (OKE/RIKE) zeitaufgelöst mithilfe der Pump/Probetechnik gemessen. Die erzielte Zeitauflösung betrug 30 fs. Langzeitschwankungen des Signals konnten zusätzlich mit einer Echtzeit-Meßtechnik eliminiert werden. In der transienten Doppelbrechung wurde so ein Signal/Rausch Verhältnis von 10^7 erreicht. Das Ziel war eine möglichst genaue Beschreibung der Responsfunktion für den Optischen Kerr-Effekt der Flüssigkeiten Chloroform, Acetonitril, Trichloracetonitril, Tetrachlorkohlenstoff, Methylchloroform und Fluoroform. Die Fourier-Transformation dieser Responsfunktion entspricht dem depolarisierten Raman Spektrum der Flüssigkeit. Die Responsfunktion wurde auf zwei Wegen aus dem gemessenen OKE Signal erhalten: a) in der Zeitdomäne durch Anpassung empirisch gewählter Terme und b) in der Frequenzdomäne durch Anpassung von Brownschen Oszillatormoden. Die Analyse bezieht den gesamten Datenumfang ein, ohne numerisch problematische Entfaltungsverfahren nutzen zu müssen. In den untersuchten Systemen erfolgt die elektronische Antwort instantan auf den anregenden Laserimpuls. Innerhalb der ersten halben Pikosekunde beobachtet man eine intermolekulare Dynamik, die auf Librationen und kollisionsinduzierte Translationsbewegungen zurückgeht. Diese nur schwer unterscheidbare Dynamik verschwindet typischerweise mit Zeitkonstanten bis 250 fs. Die Langzeitrelaxation in den isotropen Zustand wird der diffusiven Reorientierung zugeordnet. Es werden hierfür Zeitkonstanten tau zwischen 1.2 (Methylchloroform) und 3 ps (Chloroform) beobachtet. Durch die hohe Bandbreite des Laserimpulses werden außerdem niederfrequente Raman-Linien (bis ca. 750 cm^-1) angeregt. Diese äußern sich durch untergedämpfte Signaloszillationen (RIKE). Erstmals wird der OKE von flüssigem Fluoroform untersucht. Aufgrund seiner Eigenschaften kommt CHF3 der Modellvorstellung einer polaren harten Kugel sehr nahe. Das beobachtete Signal ist ca. 110 mal schwächer als in Chloroform. Die diffusive Reorientierung verläuft auß erdem deutlich schneller (tau = 0.8 ps). Der (intermolekulare) OKE wächst nun mit steigender Polarisierbarkeitsanisotropie, während der (intramolekulare) RIKE von der änderung der Polarisierbarkeitsanisotropie mit der Schwingungskoordinate des Moleküls abhängt. Durch vergleichende Messungen mit isotropen Tetrachlorkohlenstoff kann auch prinzipiell der Einfluß der kollisionsinduzierten Effekte (CI) in den untersuchten Flüssigkeiten abgeschätzt werden. Rotations- und Translationsbewegungen korrelieren allerdings miteinander. Die daraus resultierenden Kreuzterme sind dann aus den Responsfunktionen allein nicht mehr zu ermitteln. Sie sind nur aus weiterführenden moleküldynamischen Simulationen erhältlich. Für Acetonitril wird eine übereinstimmung zwischen experimenteller und theoretisch vorhergesagter OKE Responsfunktion gefunden. Die OKE Responsfunktionen sind mit den Relaxationsfunktionen der dielektrischen Relaxation und der Solvatation von polaren Sondenmolekülen verknüpft. Die Messungen des zeitaufgelösten Optischen Kerr-Effektes sollen hier künftig dazu dienen, die reinen Flüssigkeitsbeiträge zur polaren und nichtpolaren Solvatation zu erkennen., Within this work the ultrafast rotational and translational motions of molecular liquids are investigated. Therefore their Optical Kerr effect/Raman induced Kerr effect (OKE/RIKE) was measured time-resolved with the pump/probe technique. Achieved time resolution was 30 fs. Long-time fluctuations of the signal might be eliminated by an additional realtime measurement technique. Hence a signal/noise ratio of ca. 10^7 in the transient birefringence was obtained. A detailed description of the response function derived from Optical Kerr effect was targeted for the liquids chloroform, acetonitrile, trichloroacetonitrile, carbon tetrachloride, 1,1,1-trichloroethane and fluoroform. The Fourier-Transformation of the response functions of the liquids is eqivalent to their depolarized Raman spectra. The response function is obtained from measured signals in two ways: a) by fitting empirical terms in time domain and b) fitting Brownian oscillator modes in frequency domain. Analysis includes complete data range without using numerical deconvolution techniques. In all investigated systems an electronical response follows to the stimulating laser pulse instantaneously. Within the first half pico second one observes intermolecular dynamics due to librational and collision-induced translational motions. These (hard to distinguish) dynamics disappear with typical time-constants of up to 250 fs. The long-time relaxation into an isotropic distribution of molecules is termed diffusive reorientation. Here time-constants tau between 1.2 (CCl3CH3) and 3 ps (CHCl3) are observed. Additionally low-frequent Raman lines (up to 750 cm^-1) may be stimulated due to the high pulse bandwidth, resulting in underdamped signal oscillations (RIKE). The OKE of liquid fluoroform is investigated for the first time. It comes closest to the Mean Spherical Approximation model for a fluid composed of polar, nonpolarizable hard spheres. The observed signal is ca. 110 times weaker than in chloroform. The diffusional reorientation occurs also faster (tau = 0.8 ps). Generally (intermolecular) OKE rises with growing polarizability anisotropy, while (intramolecular) RIKE depends from the change of polarizability anisotropy with the vibrational coordinate. Influence of collision-induced effects (CI) is derived in principle from compared measurements in isotropic carbon tetrachloride. However a correlation exists between rotational and translational motion. Resulting cross-terms cannot be obtained from response functions alone. These are only available in molecular-dynamic simulations in literature. In acetonitril one finds similar response functions derived from OKE measurements and predicted theoretical simulation. The OKE respons functions are related to relaxation functions of the dielectrical relaxation and the solvation of polar molecules. Time-resolved measurements of the OKE reveal here contributions of the pure liquid in polar and nonpolar solvation.

Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit stehen Untersuchungen zur Analytik, Stabilität und Metabolisierung von Nitroxylradikalen, unter besonderer Berücksichtigung Ihrer Anwendung als ESR-Spinsonden im Rahmen der Bearbeitung pharmazeutisch-technologischer und biopharmazeutischer Fragestellungen. Neben der Entwicklung und Adaptierung geeigneter analytischer Methoden waren dabei Stabilitätsfragen unter den Bedingungen ihres Einsatzes, die Stabilität von Reaktionsprodukten und Metaboliten, das elektrochemische und chemische Reduktionsverhalten sowie die Biotransformation du rch Mikroorganismen, in subzellulären Fraktionen der Leber und in humanen Zellkulturen von besonderem Interesse. Als wichtigste Ergebnisse dieser Arbeit sind: (i) bisher unbekannte Metaboliten (wie z.B. sekundäreAmine) identifiziert, (ii) der Erkenntnisstand zu den Mechanismen der Biotransformation dieser stabilen Radikale erweitert, (iii) methodische Fortschritte wie die Entwicklung einer On-line HPLC-ESR-Kopplung und bei der Anwendung der Festphasenmikroextraktion (SPME) erreicht, (iv) die ESR als Methode für nichtinvasive Messungen des pH-Wertes und für die Erfassung der Stabilität und Hautpenetration von Liposomen erschlossen worden., The present thesis was focused on the investigation of analytic, stability and metabolism of nitroxyl radicals used as esr spin probes in pharmaceutical, technological and biopharmaceutical applications. New analytical methods were developed and adapted for nitroxides and diamagnetic products. The stability of nitroxides was analysed and reaction products were cleared up. Furthermore there were in vestigated the electrochemical and chemical behaviour of reduction as well as the biotransformation by microorganisms, in subcellular liver fractions and in human cell cultures. The main results of this document are presented in the following: (i) the appearance of new dia- and paramagnetic metabolites (e.g. secondary amines), (ii) the latest findings about metabolic mechanisms of stable nitroxyl radicals, (iii) the development of online HPLC-ESR-couppling technique and the application of solid phase microextraction (SPME) as the greatest acquisition, (iv) the advantage of ESR technique for noninvasive measurement of pH and to register the stability and penetration of liposomes through skin layers.