Search

Stable jet electrospinning (SJES) is a special form of optical fiber generation that prevents chaotic fiber whipping typical for conventional electrospinning procedures. Incorporation of highly emissive semiconductor nanoplatelets (NPLs) in such fibers has very high potential in optical data transmission, optological circuits, fiber lasers, solar light concentrators and many other fields because NPLs exhibit strongly directed emission from their surface plane due to various in-plane transition dipole moments. However, potential orientation control of 2D-NPLs in SJES is entirely unknown as electric fields and various mechanical forces contribute in a complex manner simultaneously. Here, the observation of counter-intuitive yet very beneficial orientation of rectangular CdSe/CdS 2D-NLP in SJES perpendicular to the fiber drawing axis is reported. Scanning electron microscopy, 3D-single particle excitation polarization microscopy, 3D-photogoniometry, polarized emission spectroscopy and small angle X-ray scattering (SAXS) demonstrate aggregation free perpendicular alignment of the NPLs in poly(methyl methacrylate) (PMMA) fibers, resulting in dominant emission in directions parallel to the fiber. It is suggested that the observed vertical alignment is due to normal forces resulting from viscoelastic expansion when the polymer solution leaves the cannula (Barus effect) and that using such perpendicular nano-emitter alignment forces allows for the generation of novel materials also beyond fibers.

Die Cubitanoide sind eine 17 Vertreter umfassende Gruppe, 12-gliedriger monozyklischer Diterpene vornehmlich marinen Ursprungs. Die Calyculone A–I sind deren größte Untergruppe und wurden seit 1984 etappenweise aus der Oktokoralle Eunicea calyculata isoliert. Gemeinsames Strukturmerkmal der Calyculone ist ein hochsubstituiertes, β,γ-ungesättigtes Keton mit α-Isopropenyl- und γ-Isopropylgruppe. In in vitro Studien wurde für Calyculon A sehr gute zytostatische Aktivität gegenüber diversen humanen Krebszelllinien gefunden, allerdings erschwert dessen geringe natürliche Verfügbarkeit eine mögliche therapeutische Nutzung. Strukturell vereinfachte Calyculone könnten wiederum potentere Zytostatika sein, wie vorangehende Untersuchungen schließen lassen. Beginnende Untersuchungen sahen den Zugang zum 12-gliedrigen Makrozyklus aus einem möglicherweise einfacher zugänglichen [7.3.2]-Bizyklus mit Lacton-Brücke vor. Der Bizyklus sollte durch intramolekulare Aldoladdition zwischen einem ε-Lacton und einem Aldehyd in der Seitenkette erhalten werden. Dieser offenkettige Vorläufer wurde in zehn Stufen aus (S)-Citronellol hergestellt. Schlüsselschritte der Synthese waren die Addition eines Vinyliodids nach Halogen-Lithium-Austausch an 2-Chlorcyclohexanon, gefolgt von [1,2]-Umlagerung und regioselektiver Baeyer-Villiger-Oxidation in Gegenwart einer tertiären Doppelbindung zum Aufbau des alkenylierten ε-Lactons. Untersuchungen zur Aldoladdition in Gegenwart von TBSOTf/DIPEA führten allerdings lediglich zur Zersetzung, möglicherweise durch Öffnung des empfindlichen Lactons. Durch die Epoxidierung des Olefins sollte ein stabileres Substrat für die Reaktion zum Bizyklus erhalten werden. Wiederum ausgehend von (S)-Citronellol wurde das epoxidierte ε-Lacton in acht Stufen stereoselektiv hergestellt. Das ε-Lacton konnte durch eine Metathese-Hydrierungs-Sequenz eines Homoallylalkohols mit 3-Buten-1-ol und anschließender oxidativer Lactonisierung in Gegenwart von TEMPO/PIDA erhalten werden. Nach diastereoselektiver α-Bromierung des Lactons wurde dieses in einer intramolekularen Reformatsky-Reaktion eingesetzt, was jedoch lediglich zur Debromierung oder Zersetzung des Startmaterials führte. Die Umsetzung des nicht bromierten Lactons in Gegenwart von TBSOTf/DIPEA führte in einer Carbonyl-Epoxid-Umlagerung zur Öffnung des Epoxids unter Bildung eines bizyklischen Acetals. Eine alternative Strategie zum Ringschluss des 12-gliedrigen Makrozyklus sah die intramolekulare Reformatsky-Reaktion eines Bissulfons nach reduktiver Desulfonylierung mit einem Aldehyd vor. Schlüsselschritte zur Synthese des Bissulfons waren eine Sequenz aus Retro-Mislow-Evans-Umlagerung, Oxidation des intermediären Sulfoxids und Diimid-Hydrierung zum Aufbau eines Mono-Sulfons, welches anschließend in Gegenwart von N-(Phenylsulfonyl)benzotriazol zum Bissulfon umgesetzt wurde. Die Isopropenyl-Seitenkette der Calyculone wurde stereoselektiv durch Evans-Aldoladdition eines α,β-ungesättigten Acyloxazolidinons eingeführt, wodurch gleichzeitig der benötigte Aldehyd zugänglich war. Sämtliche Versuche zum Ringschluss schlugen jedoch fehl. Dennoch wurden im Zuge der Synthese fortgeschrittene Bissulfon-Derivate erhalten, welche den Ausgangspunkt weiterer Untersuchungen zum Ringschluss des 12-gliedrigen Makrozyklus darstellen könnten., The cubitanoids, a group of 17 representatives, are 12-membered monocyclic diterpenes, mainly of marine origin. The calyculones A-I are their largest subgroup and have been isolated in stages from the octocoral Eunicea calyculata since 1984. The common structural feature of the calyculones is a highly substituted, β,γ-unsaturated ketone with α-isopropenyl and γ-isopropyl groups. In in vitro studies, calyculone A was found to have very good cytostatic activity against various human cancer cell lines, but its low natural availability makes it difficult to use therapeutically. Structurally simplified calyculones could in turn be more potent cytostatic agents, as previous studies suggest. Initial investigations envisaged access to the 12-membered macrocycle from a possibly more easily accessible [7.3.2]-lactone-bridged bicycle. The bicycle was to be obtained by intramolecular aldol addition between an ε-lactone and an aldehyde in the side chain. This open-chain precursor was prepared in ten steps from (S)-citronellol. Key steps in the synthesis were the addition of a vinyl iodide after halogen-lithium exchange to 2-chlorocyclohexanone, followed by [1,2]-rearrangement and regioselective Baeyer-Villiger oxidation in the presence of a tertiary double bond to build the alkenylated ε-lactone. However, aldol addition studies in the presence of TBSOTf/DIPEA only led to decomposition, possibly by opening the sensitive lactone. By epoxidation of the olefin, a more stable substrate should be obtained for the reaction to the bicycle. Again, starting from (S)-citronellol, the epoxidised ε-lactone was prepared stereoselectively in eight steps. The ε-lactone was obtained by a metathesis-hydrogenation sequence of a homoallyl alcohol with 3-butene-1-ol followed by oxidative lactonisation in the presence of TEMPO/PIDA. After diastereoselective α-bromination of the lactone, it was used in an intramolecular Reformatsky reaction, but this only led to debromination or decomposition of the starting material. The reaction of the non-brominated lactone in the presence of TBSOTf/DIPEA led to the opening of the epoxide in a carbonyl-epoxide rearrangement, forming a bicyclic acetal. An alternative strategy for ring closure of the 12-membered macrocycle involved the intramolecular Reformatsky reaction of a bis(sulfone) after reductive desulfonylation with an aldehyde. Key steps in the synthesis of the bis(sulfone) were a sequence of retro-Mislow-Evans rearrangement, oxidation of the intermediate sulfoxide and diimide hydrogenation to build up a mono-sulfone, which was subsequently converted to the bis(sulfone) in the presence of N-(phenylsulfonyl)benzotriazole. The isopropenyl side chain of the calyculones was introduced stereoselectively by Evans-aldol addition of an α,β-unsaturated acyloxazolidinone, which simultaneously gave access to the required aldehyde. However, all attempts at ring closure failed. Nevertheless, advanced bis(sulfone) derivatives were obtained in the course of the synthesis, which could represent the starting point for further investigations into ring closure of the 12-membered macrocycle.

In the title compound, C14H14N2S3, the double-bond system of the acrylonitrile moiety is significantly non-planar, with absolute cis torsion angles of 13.9 (2) and 15.1 (2)°. The ring system and the double bond system subtend an interplanar angle of 11.16 (4)°. The wide angle C—C(CN)=C of 129.40 (12)° may be associated with a balance between planarity and avoidance of a very short S...S contact.

The molecule of the title compound, C17H11NO2S, is almost planar, with an interplanar angle of 3.01 (3)° between the benzothiazole and chromene ring systems. A short intramolecular S...O=C contact of 2.727 (2) Å is observed. The crystal packing involves a layer structure parallel to (211), containing dimeric inversion-symmetric units connected by a `weak' C—H...O=C hydrogen bond.

The title compound, C23H15BrN2OS, was the unexpected product in an attempted synthesis of the isomeric 3-(benzo[d]thiazol-2-yl)-6-bromo-1-p-tolylquinolin-2(1H)-one. The Cchromene=N—C angle is wide [125.28 (8)°]. The benzothiazole and chromene ring systems are almost coplanar, with their planes parallel to (1\overline{1}0); the toluene ring system is rotated by ca 40° out of the chromene plane. The molecular packing involves layers with π-stacking, borderline `weak' hydrogen bonds and possible C—H...π contacts.

Outer Membrane Vesicles (OMVs) of the Gram-negative marine bacterium Dinoroseobacter shibae, a member of the Roseobacteraceae, were investigated for the presence of volatile organic compounds (VOCs). Extracts of vesicles were analyzed by gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS). In these analyses the short fatty acid (Z)-5-dodecenoic acid (1) and the related, more volatile aldehyde (Z)-5-dodecenal (8) were identified as VOCs of the OMVs. The aldehyde 8 has not yet been reported before from bacteria. Due to their possible function as signaling molecules, both compounds were tested for Quorum Sensing (QS) inhibition in a bioassay against the QS sensor strain Pseudomonas putida F117 (pKRC12) responsive to long-chain N-acylhomoserine lactones, the effectors of the sensor. Both compounds showed QS inhibitory activity. The potential function of VOCs in OMVs which has not been observed previously is discussed.

The title compounds, C15H14N2OS (1a), C16H16N2OS (1b), and C17H18N2OS (1c), form a homologous series in which the size of the saturated ring increases from six- to eight-membered (with four, five and six methylene groups respectively). For 1b and 1c, the central (CH2)n moieties are all displaced to the same side of their ring, and the CH2—CH2—CH2 angles are much wider than the standard sp3 value; a database search indicates that these are general features of such ring systems. For 1a, the thiophene ring lies with the sulfur atom on the opposite side of the Cthiophene—Cpyridine bond to the cyano group, in contrast to 1b and 1c. For each compound, the packing may be described in terms of two `weak' C—H⋯N hydrogen bonds, which link the molecules to form one-dimensional (1a, 1c) or three-dimensional (1b) assemblies.

Im Lehramtsstudium soll fachwissenschaftliches, fachdidaktisches und bildungswissenschaftliches Wissen vermittelt werden. Mangelnde Kohärenz führt jedoch dazu, dass Studierende fragmentiertes, träges Wissen erwerben, das im späteren Berufsleben nicht zur Verfügung steht. Vor dem Hintergrund der Wirksamkeit der universitären Phase stellt sich daher die Frage, wie Lehramtsstudierende im Aufbau eines vernetzten Professionswissens innerhalb und zwischen den Domänen gefördert werden können. In der vorliegenden Arbeit wurden drei Seminarkonzepte entworfen mit dem Ziel der Förderung von Fachwissensvernetzung bei fortgeschrittenen Bachelor-Lehramtsstudierenden der Chemie, die grundlegende fachwissenschaftliche Lehrveranstaltungen bereits absolviert haben. Als Vorbereitung auf die Seminarsitzungen wurden zentrale chemische Fachkonzepte online im Inverted Classroom mit Erklärvideos und Übungsaufgaben wiederholt. Die darauf folgenden, aufgabenbasierten Präsenzphasen, in denen die Fachkonzepte angewandt und an Kontexten vernetzt wurden, verknüpften die Fachsystematik der Chemie auf Hochschulniveau mit den Basiskonzepten des schulischen Chemieunterrichts. Die neu entwickelten Seminare und ein Kontrollseminar wurden zwischen 2015 und 2019 mit insgesamt 54 Studierenden der Technischen Universität Braunschweig durchgeführt und evaluiert. Fachwissen, Wissensvernetzung und Begleitvariablen wurden im Prä-Post-Design erhoben. Die neuen Seminarkonzepte gehen mit einer erhöhten Motivation der Studierenden einher und werden von ihnen gut bis sehr gut bewertet. Fachwissenszuwachs über das Seminar ist im Durchschnitt nur in der Kontrollgruppe nachweisbar; in allen Seminarkonzepten erwerben jedoch Studierende mit geringem Vorwissen tendenziell mehr Fachwissen. In ihrer vertikalen Wissensvernetzung werden vor allem diejenigen Studierenden gefördert, die bereits gut vernetztes Wissen besitzen. Horizontale Vernetzung nimmt im Mittel bei allen Studierenden zu. Fachwissensvernetzende Seminare werden zwar von den Studierenden gut angenommen, ein einziges Seminar im fortgeschrittenen Studium reicht jedoch nicht aus, um die über mehrere Semester aufgebauten fachlichen Wissensstrukturen nachhaltig neu zu ordnen. Da Zuwächse in der Vernetzung besser auf einer gut vernetzten Wissensbasis erfolgen, lässt sich die Empfehlung ableiten, bereits bei der Vermittlung grundlegenden universitären Fachwissens in der frühen Studienphase Vernetzung anzubahnen, damit diese später weiter ausgebaut werden kann., University pre-service teacher education aims at teaching content knowledge, pedagogical content knowledge and pedagogical knowledge. However, a lack of coherence results in students acquiring fragmented, inert knowledge that is not available in later professional life. Against the background of the effectiveness of the university phase, the question arises as to how students can be supported in establishing a professional knowledge cross-linked within and between the domains. In the present work, three seminar concepts were designed with the aim of promoting subject-related knowledge integration in advanced undergraduate chemistry teacher students who have already attended basic subject-related courses. In preparation for the seminar classes, core chemical concepts were reviewed online in an inverted classroom with explanatory videos and exercises. In subsequent, task-based in-class phases, in which the core concepts were applied and linked to contexts, the subject systematics of chemistry at the university level were linked to the basic concepts of chemistry at school. The newly developed seminars and a control seminar were conducted and evaluated between 2015 and 2019 with a total of 54 students from Technische Universität Braunschweig. Content knowledge, knowledge integration and accompanying variables were collected in a pre-post design. The new seminars are accompanied by increased motivation on part of the students and are rated good to very good by them. On average, an increase in content knowledge was only found in the control group; in all seminar concepts, however, students with little prior knowledge tend to acquire more content knowledge. Especially those students who already have well-integrated knowledge are fostered in their vertical knowledge integration. Horizontal knowledge integration increases on average for all students. Seminars aiming at content knowledge integration are well received by students, but one single seminar in the advanced studies is not sufficient to sustainably reorganize the content knowledge structures that have been developed over several semesters. As growth in knowledge integration occurs better on a well-integrated knowledge base, the recommendation can be derived that knowledge integration should already be initiated in the teaching of basic university content knowledge in the early study phase so that this can be built upon later.

The fabrication of micron-sized poly(methyl methacrylate) (PMMA) polymer optical fibers doped with rhodamine B as an organic dye is demonstrated. Highly aligned and defect-free fibers are fabricated by using the stable jet electrospinning (SJES) method and systematically varying critical parameters such as solvent type and polymer concentration. At optimal conditions, for example, a polymer concentration of 35 wt% of PMMA in butanone, ribbon-shaped fibers with a smooth surface and diameter of about 20 μm could be spun using SJES mode and deposited on a rotating drum as target in a highly aligned manner. Photoluminescence spectra of the doped fibers excited longitudinally and transversely with a laser show an excitation peak with full-width-at-half-maximum of only 5.05 nm and a low lasing threshold at a pump energy of 0.55 μJ, indicating that SJES could become a new source of amplified optics components or organic solid-state fiber lasers.

The first title compound, [Au(C7H11BrN2)2]I, crystallizes in the space group P\overline{1} without imposed symmetry. The cations and anions are linked to form chains by Br...I...Br halogen-bond linkages. The second title compound, [Au(C7H11BrN2)2][AuI2(C7H11BrN2)2]I2, is an adduct of the first and its formally I2-oxidized AuIII analogue. It also crystallizes in space group P\overline{1}, whereby both gold atoms occupy inversion centres. The extended structure is a reticular layer involving Br...I...Br and I...I...Au linkages.

Die Abhandlung „Untersuchungen zur Koordinationschemie sterisch anspruchsvoller Pentadienyl-Liganden gegenüber Seltenen Erden“ befasst sich mit der Anwendung des im Arbeitskreis bereits vielseitig verwendeten Pentadienyl-Liganden pdl‘ (2,4-Di-tert-butylpentadienyl) und der Übertragung des Wissens zur Synthese und Charakterisierung der d-Übergangsmetallkomplexe auf die Seltenen Erden. Diese umfassen die 4f-Elemente, sowie die Übergangsmetalle Scandium und Yttrium. Im ersten Abschnitt wurde unter Annahme von Salzmetathesereaktionen je ein Äquivalent eines geeigneten Seltenerdmetall(III)halogenids mit drei Äquivalenten Kpdl‘ umgesetzt. Dabei haben sich drei Reaktionspfade ergeben. 1. Salzmetathese: Die Seltenen Erden mit großen Ionenradius (La, Ce, Pr, Nd) bildeten Salzmetathesekomplexe des Typs [pdl‘3Ln] - 1-Ln. 2. Reduktion: Die leicht zu reduzierenden Seltenen Erden Samarium, Europium und Ytterbium bildeten auch bei Einsatz dreiwertiger Vorläuferverbindungen zweiwertige Komplexe des Typs [pdl‘2Ln(thf)n] (n = 1, 2) - 2-Ln. Als Nebenprodukt entstand dabei das Kupplungsprodukt zweier Pentadienyle: pdl‘2. Um dieses Nebenprodukt zu vermeiden, wurden in Folge stets die zweiwertigen Vorläuferverbindungen verwendet. 3. Deprotonierung: Die Seltenen Erden mit kleinen Ionenradien (Sc, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) bildeten zweikernige Komplexe des Typs [pdl‘3Ln2(thf)2] aus - 3-Ln. Die Besonderheit hier war, dass in diesen Komplexen der Ligand pdl‘ gleichzeitig in einfach, zweifach und dreifach deprotonierter Form vorlag. Sämtliche Komplexe wurden sowohl in Lösung als auch im Festkörper charakterisiert. Im zweiten Abschnitt der Arbeit wurden die Eigenschaften des Komplexes 1-La aus dem ersten Abschnitt näher beleuchtet. Dabei wurde zunächst die Realisierbarkeit der Verbindung [pdl‘2LaI(thf)] untersucht und deren Beziehung zu 1-La. Die durch teilweise Salzmetathese erzeugte reaktive Stelle, das Iodid, sollte dabei als Angriffspunkt für weitere Modifikationen dienen. In weiteren Umsetzungsschritten wurden so einige heteroleptische Lanthan(III)-Komplexe synthetisiert und charakterisiert. Die Umsetzung mit Metall-Alkylen zur Erzeugung von Lanthan-Alkyl-Komplexen hat sich dabei als besonders herausfordernd herausgestellt und ist nicht direkt gelungen. Es kann die Vermutung angestellt werden, dass entstandene Alkyl-Komplexe als Zwischenstufen fungierten, von denen ausgehend inter- oder intramolekulare Deprotonierungsreaktionen zu den Komplexen 13-La und 14-La führten. Im zweiten Teil des zweiten Abschnitts ist der Einfluss des Substitutionsmusters verschiedener Pentadienyl-Liganden auf die Umsetzung von Tris(pentadienyl)lanthan-Komplexen mit AlMe3 untersucht worden. Dabei hat sich gezeigt, dass der sterisch anspruchsvollste Ligand (pdl‘)- die mildesten Reaktionsbedingungen zur Synthese von [pdl2La(AlMe4)] benötigt und als einziger die Eliminierung von Methan zur Bildung von 18-La unter handhabbaren Bedingungen zulässt. Das dritte Kapitel befasste sich näher mit den zweiwertigen Seltenerdmetallkomplexen 2-Ln. Als Untersuchungskriterium galt das koordinierte Lösungsmittel thf. Dieses sollte durch geeignete Lewis-Basen, einen nicht-unschuldigen Liganden, NHCs und Imidazolin-2-thione (S=NHCs) ersetzt werden. Zunächst wurde die Austauschbarkeit von thf durch 4-(N,N-Dimethylamino)pyridin für die Komplexe 2-Ln (Ln = Sm, Eu, Yb) nachgewiesen. Die Umsetzung mit 2,2‘-Bipyridin ergab für die Metalle Samarium und Europium grundverschiedene Verbindungen. Ein etwas umfangreicherer Teil befasste sich mit der Umsetzung mit NHCs und S=NHCs und den daraus resultierenden Unterschieden beim Einsatz von 2-Sm und 2-Yb. Dabei konnten einige Unterschiede zwischen den eigesetzten Metallen herausgearbeitet werden., The PhD thesis “The coordination chemistry of sterically demanding pentadienyl ligands with rare earth metals“ deals with the transfer of knowledge gained in the Walter group on the sterically demanding pdl‘ ligand (2,4-di-tert-butylpentadienyl) to the field of rare earth metals. This includes the 4f elements as well as scandium and yttrium. The first chapter focusses on the reactivity of Kpdl’ with different rare earth metals. Therefore, in the beginning every rare earth metal precursor in oxidation state +III available in the group was treated with three equivalents of Kpdl’ expecting salt metathesis reactions. However, three different reaction products were identified: 1. Salt metathesis reactions. Rare earth metals with a comparably large ionic radius (La, Ce, Pr, Nd) gave the expected complexes with the general formula [pdl’3Ln] - 1-Ln. 2. Reduction products. Rare earth metals with relatively low reduction potentials (Sm, Eu, Yb) can be reduced by an excess of Kpdl’ to yield complexes of the type [pdl’2Ln(thf)n] (n = 1, 2) - 2-Ln. As a byproduct, the coupling product of two pentadienyls (pdl’2) is formed. To avoid the formation of this byproduct, which is difficult to separate from the target complex, divalent rare earth metal precursors were chosen from this point on. 3. Deprotonation complexes. Rare earth metals with a comparably small ionic radius, such as Sc, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm and Lu form homobimetallic complexes of the type [pdl’3Ln2(thf)2] - 3-Ln. The key feature of these complexes is, that they contain three different forms of the pentadienyl ligand. The monoanionic form pdl’, the dianionic form (pdl’-1H)2- and the trianionic form (pdl’-2H)3- formed by inter- or intramolecular deprotonations with pdl’H as the byproduct of this reaction. All complexes were fully characterized in solution as well as in the solid state. The second chapter details the properties of 1-La. In a first step, by changing the precursor, the synthesis of [pdl’2LaI(thf)] was attempted and its relation to 1-La was examined. The incomplete salt metathesis gave rise to a labile position in the complex, the iodide. This feature was used to enable further modifications and the syntheses of new heteroleptic lanthanum complexes were targeted. One of the biggest challenges was the reaction with different metal alkyls to address lanthanum alkyl complexes. These attempts turned out unsuccessful and yielded complexes 13-La and 14-La, which might be products of an inter- or intramolecular deprotonation event involving La alkyl compounds. The second part of this chapter dealt with the influence of different substitution patterns on the pentadienyl ligand on the reaction with AlMe3. Three different substitution patterns were tested. 2,4-Dimethyl-, 2-tert-butyl-4-methyl- and 2,4-di-tert-butylpentadienyl. The sterically most demanding ligand within this series (pdl’)- has shown to need the mildest reaction conditions in order to synthesize [pdl2La(AlMe4)]. The pdl’-complex was also the only candidate enabling the elimination of methane to form 18-La in reasonable quantities. Chapter three addresses the divalent rare earth metal complexes 2-Ln. The feature of interest in this chapter was the replaceability of the coordinated solvent molecule. Attempts to replace thf with other Lewis bases, redox non-innocent ligands, NHCs and imidazoline-2-thiones (S=NHCs) were made. In the first place the possibility to exchange thf with 4-dimethylaminopyridine was proven for Sm, Eu and Yb. Reactions with 2,2’-bypiridine gave rise to two different products for Sm and Eu, respectively, while no isolable product for Yb was obtained. A more thorough investigation was made for the differences in the reaction of various NHCs and S=NHCs with 2-Sm and 2-Yb giving rise to several unusual coordination patterns.

Die wohl komplexeste Art der Kommunikation ist es, sich durch den Austausch von Naturstoffen auf die Bedürfnisse und Ansprüche eines anderen Individuums einzustellen. Die chemische Kommunikation ist in der Tierwelt allgegenwärtig und die dafür verwendeten Naturstoffe entstammen einer Vielzahl von Naturstoffklassen, die ihrer Umgebung angepasst sind. Die Sesquiterpene stellen dabei eine der größten Naturstoffklassen dar. Sie werden in der chemischen Kommunikation der Froschfamilie Hyperoliidae verwendet und ihr genaues Vokabular ist bis heute Gegenstand der Forschung, so auch in der vorliegenden Arbeit. Auf den folgenden 150 Seiten wird der Weg von der Herkunft des Naturstoffs bis hin zur exakten Strukturaufklärung in Zusammenhang gestellt und exemplarisch erklärt. Die Arbeit beginnt mit einem Blick auf die Geschichte der Sesquiterpenchemie. Sie setzt bei ihrem Ursprung an und schaut auf zentrale Meilensteine. Im Weiteren werden wichtige analytische Methoden und synthetische Werkzeuge vorgestellt, die im Verlauf dieser Arbeit dazu verwendet werden, Naturstoffe zu synthetisieren und durch einen Abgleich mit dem Naturextrakt die exakte Struktur aufklären zu können, um ihre genaue Funktion zu entschlüsseln. Die Zielstellung der Dissertation sieht vor, die Strukturaufklärung zu vereinfachen, Methodiken für die Naturstoffsynthese zu entwickeln, die Synthese eines Sesquiterpens voranzutreiben und darüber hinaus die absolute Konfiguration eines für die chemische Kommunikation verwendeten Naturstoffs mittels enantiodivergenter Synthese aufzuklären. Im umfangreichsten Kapitel der Arbeit werden Möglichkeiten präsentiert, die Strukturaufklärung von Sesquiterpenen mithilfe einer Sesquiterpendatenbank zu simplifizieren. Außerdem werden Wege beschrieben, Synthesen effizienter und nachhaltiger zu gestalten, um all die erarbeiteten Werkzeuge auf einen aus dem Reich der Frösche stammenden Naturextrakt anzuwenden. Abgerundet wird die Arbeit in Kapitel fünf mit einer Zusammenfassung der Forschungsergebnisse und einem kurzen zukunftsweisenden Exkurs, wie die gewonnenen Erkenntnisse ideal verwendet werden können., Probably the most complex form of communication is to adapt to the needs and demands of another individual through the exchange of natural products. Chemical communication is ubiquitous in the animal world, and the natural products used for this purpose come from a variety of natural product classes that are adapted to their environment. The sesquiterpenes represent one of the largest classes of natural products. They are used in the chemical communication of the frog family Hyperoliidae and their exact vocabulary is still the subject of research, including the present work. In the following 150 pages, the path from the origin of the natural product to the exact structure elucidation is put into context and explained by way of example. The work begins with a look at the history of sesquiterpene chemistry. It starts at its origin and looks at key milestones. It then introduces key analytical methods and synthetic tools that will be used throughout this work to synthesize natural products and, by matching them with the natural extract, elucidate the exact structure to decipher their precise function. The objectives of the dissertation are to simplify structure elucidation, develop methodologies for natural product synthesis, advance the synthesis of a sesquiterpene, and also to elucidate the absolute configuration of a natural product used for chemical communication by enantiodivergent synthesis. The most extensive chapter of the thesis presents ways to simplify the elucidation of sesquiterpenes using a sesquiterpene database. It also describes ways to make synthesis more efficient and sustainable, applying all the tools developed to a natural extract derived from the frog kingdom. The thesis is rounded off in chapter five with a summary of the research results and a short forwardlooking digression on how the knowledge gained can ideally be used.

In this O-alkyl­ated sulfonyl­pyrazolone, the sulfur atom lies 0.558 (1) Å out of the pyrazole ring plane. The NH2 group is involved in an intra­molecular hydrogen bond to a sulfonyl oxygen atom and in a three-centre system with the two oxygen atoms of the side chain at C3, forming a ribbon structure., In the title compound, C18H17N3O4S, the pyrazole ring is planar, with the sulfur atom lying 0.558 (1) Å out of the ring plane. The NH2 group is involved in an intra­molecular hydrogen bond to a sulfonyl oxygen atom; its other hydrogen atom forms an asymmetric three-centre hydrogen bond to the two oxygen atoms of the —O—CH2—C=O— grouping, via the 21 screw axis, forming a ribbon structure parallel to the b axis. Translationally adjacent, coplanar ribbons form a layer parallel to (10).

The title compound crystallizes in space group P1 despite being achiral. Two classical hydrogen bonds link the mol­ecules to form a layer structure., In the mol­ecule of the title compound, C16H13N3O2S, one hydrazinic nitro­gen atom is essentially planar, but the other is slightly pyramidalized. The torsion angle about the hydrazinic bond is 66.44 (15)°. Both hydrazinic hydrogen atoms lie anti­periplanar to the oxygen of the adjacent carbonyl group. The mol­ecular packing is a layer structure determined by two classical hydrogen bonds, N—H⋯O=C and N—H⋯Nthia­zole. The space group is P1 with Z = 1, which is unusual for an achiral organic compound.

The general aim of this research was to investigate the total and semi-synthesis of bioactive naturally occurring alkaloids, the translation of their bioactivities into drug development, and the design of tailormade tool compounds for target identification and cell imaging purpose. In the first part of these works, the racemic total synthesis of nitrabirine together with its previously undescribed epimer 2-epi-nitrabirine was accomplished via a six-step route based on a biomimetic late-stage heterocyclization. This allowed the assignment of their relative configuration by the lanthanide-induced shifts (LIS) experiment, which was later on confirmed by X-ray diffraction of nitrabirine single crystals. Furthermore, a Fischer indole reaction gave access to novel tetracyclic nitrabirine-indol hybrid derivatives. Finally, the biological evaluation of nitrabirine, 2-epi-nitrabirine, and all derivatives synthesized in this study revealed general biofilm dispersal effects against Candida albicans. Moreover, specific compounds showed moderate antibacterial activities as well as potent cytotoxic activities. In the second part of these works, a docking study of selected cytochalasans (from natural or commercial sources including cytochalasin B, pyrichalasin H, 4’-azidocytochalasin H, and 19,20-epoxycytochalasin C on monomeric G-actin led to the selection of specific positions in their structure for chemical modifications. First, the effect in vivo and in vitro of cytochalasin B derivatives on the actin polymerization revealed that chemical modification of the 2-position of the 5-membered ring reduces drastically the actin disruption activity. This constitutes a significant step towards understanding the SAR of cytochalasin B derivatives on actin polymerization. Furthermore, fluorescent and photoactivatable derivatives based on BDPFL or Cy-3 dyes and photoremovable protecting groups (PRPGs) respectively were synthesized from pyrichalasin H and 4’-azidocytochalasin H. These derivatives are currently biologically evaluated in actin-associated assays. In addition, the nitroreductase-catalyzed hydrolysis of an artificial glucosinolate (GSL) based on 4’-azidocytochalasin H in the presence of purified chicken G-actin revealed labeling of the latter at two positions of the amino acid sequence. Further studies are currently under investigation to localize the modified amino acids of the sequence. The success of the actin labeling experiment led to the development of a target identification approach with dyes-based artificial GSLs applicable not only for the cytochalasans family but also for other natural products with unknown inhibitable targets. In the third and last part, a preliminary study towards the synthesis of an isoindolone building block for the total synthesis of chaetoglobosin D was investigated. Several attempts to the intermolecular Diels-Alder cycloaddition of a pre-made diene and dienophiles did not lead to the desired isoindolone building block but resulted in the decomposition of the diene and the dienophiles even under acidic conditions between –40°C and –78°C. New alternatives involving intramolecular Diels-Alder precursors to ease the cycloaddition are currently under investigation., Das allgemeine Ziel dieser Forschungsarbeit ist die Untersuchung der Total- und Semisynthese von bioaktiven, natürlich vorkommenden Alkaloiden, die Übertragung ihrer Bioaktivitäten in die Medikamentenentwicklung und das Design maßgeschneiderter Werkzeugverbindungen für die Identifizierung biologischer Wirkstrukturen und Bildgebung in Zellen. Im ersten Teil dieser Arbeiten wurde die racemische Totalsynthese von Nitrabirin zusammen mit seinem zuvor unbeschriebenen Epimer 2-epi-Nitrabirin über einen sechsstufigen Weg basierend auf einer biomimetischen Heterocyclisierung im späten Stadium erreicht. Dies ermöglichte die Zuordnung ihrer relativen Konfiguration durch das Lanthanoid-induzierte Verschiebungs- Experiment (LIS), was später durch Röntgenbeugung von Nitrabirin-Einkristallen bestätigt wurde. Darüber hinaus ermöglichte eine Fischer-Indol-Reaktion den Zugang zu neuartigen tetracyclischen Nitrabirin-Indol-Hybridderivaten. Schließlich zeigte die biologische Bewertung von Nitrabirin, 2-epi-Nitrabirin und allen in dieser Studie synthetisierten Derivaten allgemeine Biofilm-Dispersion gegen Candida albicans. Darüber hinaus zeigten spezifische Verbindungen moderate antibakterielle Aktivitäten sowie starke zytotoxische Aktivitäten. Im zweiten Teil dieser Arbeiten führte eine Docking-Studie ausgewählter Cytochalasane (aus natürlichen oder kommerziellen Quellen, einschließlich Cytochalasin B, Pyrichalasin H, 4'-Azidocytochalasin H und 19,20-Epoxycytochalasin C, an monomerem G-Aktin zur Auswahl bestimmter Positionen in ihrer Struktur für chemische Modifikationen. Erstens zeigte die Wirkung von Cytochalasin-B-Derivaten in vivo und in vitro auf die Aktin-Polymerisation, dass eine chemische Modifikation der 2-Position des 5-gliedrigen Rings die Aktin-Zerstörungsaktivität drastisch verringert. Dies stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung der SAR von Cytochalasin-B-Derivaten bei der Aktin-Polymerisation dar. Darüber hinaus wurden fluoreszierende und photoaktivierbare Derivate basierend auf BDPFL- oder Cy-3-Farbstoffen bzw. photospaltbaren Schutzgruppen (PRPGs) aus Pyrichalasin H und 4’-Azidocytochalasin H synthetisiert. Diese Derivate werden derzeit in Aktin-assoziierten Assays biologisch evaluiert. Danach zeigte die Nitroreduktase-katalysierte Hydrolyse eines künstlichen Glucosinolats (GSL) auf der Basis von 4’-Azidocytochalasin H in Gegenwart von gereinigtem Hühner-G-Aktin die Markierung des letzteren an zwei Positionen der Aminosäuresequenz. Weitere Studien werden derzeit untersucht, um die modifizierten Aminosäuren der Sequenz zu lokalisieren. Der Erfolg des Aktin-Markierungsexperiments führte zur Entwicklung eines Zielidentifizierungsansatzes mit farbstoffbasierten künstlichen GSLs, der nicht nur für die Familie der Cytochalasane, sondern auch für andere Naturstoffe mit unbekannten inhibierbaren Zielen anwendbar ist. Im dritten und letzten Teil wurde eine Vorstudie zur Synthese eines Isoindolon-Bausteins für die Totalsynthese von Chaetoglobosin D untersucht. Mehrere Versuche zur intermolekularen Diels-Alder-Cycloaddition eines vorgefertigten Diens und Dienophilen führten nicht zum gewünschten Isoindolon-Baustein, sondern zur Zersetzung des Diens und der Dienophile selbst unter sauren Bedingungen zwischen –40 °C und –78 °C. Neue Alternativen mit intramolekularen Diels-Alder-Vorstufen zur Erleichterung der Cycloaddition werden derzeit untersucht.

Die Arbeit untergliedert sich in drei Teile, die den Kategorien der untersuchten Fluorophoren entsprechen. Organische Farbstoffe wurden in einer Polymermatrix durch mechanische Verstreckung ausgerichtet. Dabei ist die Struktur der Moleküle für die Ausrichtung in dem verwendeten Polymer entscheidend. Zunächst wurde aus beobachteten, gemessenen Werten eine Gesetzmäßigkeit für die Ausrichtbarkeit von Molekülen auf Grundlage der Strukturen der Moleküle abgeleitet und ein Parameter eingeführt, der für jedes Molekül die Ausrichtbarkeit vorhersagen lässt. Dieser Parameter wurde genutzt um ein Molekül zu finden, dass im rot-orangenen Spektralbereich, passend zur AlGaAs-Schicht von Hocheffizienzphotovoltaik absorbiert und emittiert und sich ausrichten lässt. Mithilfe dessen lässt sich nach einem bekannten Prinzip ein zwei-Pigmente Lumineszierender Solarkonzentrator (engl. luminescent solar concentrator, LSC) herstellen, wobei ein Überschuss an zufällig orientierter Farbstoff Licht sammelt, über Förster-Resonanzenergietransfer (FRET) an einen ausgerichteten Farbstoff weitergibt, der dann an die Grenze der Polymermatrix emittiert. Dieses Konzept erlaubt ein nahezu verlustfreies einfangen, konzentrieren und umlenken aller Photonen für bestimmte Wellenlängenbereiche von Hochleistungsphotovoltaiken. An der Grenze kann die hocheffiziente Photovoltaik-Zelle (PV-Zelle) angebracht werden, die das emittierte Licht in Energie umwandelt. Dadurch kann Licht über eine große Fläche gesammelt und auf einer kleinen Fläche umgewandelt werden. Außerdem kann auch diffuses Licht besser nutzbar gemacht werde. Die Charakterisierung der Ausrichtung erfolgte dabei über die Messung der 3D-Orientierung einer Vielzahl einzelner Moleküle mithilfe von 3D-Polarisationsmikroskopie, sowie makroskopisch mithilfe von polarisationsabhängiger Fluoreszenzspektroskopie und Goniophotometrie. Energietransferraten wurden mithilfe von Pump-Probe-Spektroskopie untersucht, dabei wurde unter Anderem bestimmt wie lange die Energie in der Gesamtheit der Donor-Moleküle (Donor-Pool) verweilt und wie schnell die Übertragung aus dem Donor-Pool auf ein ausgerichtetes Akzeptor-Molekül erfolgt. Im zweiten Teil wurden Nanoplättchen in Fasern untersucht. Die Methode des stable jet electrospinning (SJES, deutsch etwa: stabiler Strahl stromspinnen) wurde zum Erzeugen der Fasern genutzt. Dabei haben sich die anorganischen Fluorophore unerwartet senkrecht zur Faserspinnrichtung aufgestellt, was für viele Anwendungen eine sehr nützliche Entdeckung ist, da der Großteil des Lichtes dann in Faserrichtung emittiert wird. Die Analyse erfolgte mikroskopisch ebenfalls mithilfe von 3D-Polarisationsmikroskopie und makroskopisch mithilfe von Goniophotometrie und polarisationsabhängiger Fluoreszenzspektroskopie. Durch die Abstrahlungscharakteristik, die sich entscheidend von der donutförmigen Abstrahlcharakteristik von organischen Molekülen unterscheidet, wurde zudem eine Probe untersucht, bei der die Nanopartikel flach auf einer Oberfläche fixiert wurden. Dadurch konnte die Analyse für die Nanopartikel angepasst werden. Die Ausrichtung ist vermutlich auf eine Mischung aus Spannungs- und Entspannungskräften zurückzuführen. Im letzten Teil der Arbeit wurden schaltbare Fluoreszenzproteine einseitig und doppelseitig an Membranen von Nerven- und HeLa-Zellen befestigt und somit wiederum eine gezielte Orientierung der Emitter zur Membranoberfläche erzwungen. In Abhängigkeit der einseitigen und doppelseitigen Verankerung weisen die Proteine eine unterschiedliche Beweglichkeit auf. Dies wurde genutzt um basierend auf der hochauflösende Mikroskopiemethode SPoD/ExPAN (engl. Superresolution by Polarisation Demodulation/ Excitation Polarisation Angle Narrowing, Hochauflösung durch Polarisationsmodulation/Anregungspolarisationswinkel Schmälerung) einen neuen Aufbau für photoschaltbare Proteine zu etablieren und den Einfluss der einfachen und doppelten Verankerung auf die Auflösung darzustellen. Es konnte letztlich eine Polarisationswinkelverschmälerung bei der doppelten Verankerung aufgezeigt werden. Insgesamt konnte die oktroyierte Ausrichtung verschiedener Farbstoffe charakterisiert und die Vorteile, die damit einhergehen unterstrichen werden., The thesis consists of three parts corresponding to the categories of fluorophores studied. Organic dyes have been aligned in a polymer matrix by mechanical stretching. The structure of the molecules is decisive for the alignment in the polymer used. First, based on the observed measurements and depended from the structures of the molecules a prediction parameter for the alignment ability for every molecule was introduced. This parameter was used to find a molecule that absorbs and emits in the red-orange spectral range and can be aligned. With their help, a two-pigment luminescent solar concentrator (LSC) can be made according to a well-known principle. In this principle a lot of randomly oriented dyes collect light and transfer the energy to a few aligned dyes via Förster resonance energy transfer (FRET). These acceptors then emit to the edge of the polymer matrix. A highefficiency photovoltaic (PV) cell can be attached to this edge, converting the emitted light into energy. As a result, light can be collected over a large area and converted over a small area. In addition, diffuse light can also be used. The LSC system developed here emits for a PV cell based on the AlGaAs band gap. The orientation was characterized over the full angular distribution using 3D polarization microscopy and macroscopically using polarization-dependent fluorescence spectroscopy and goniophotometry. The energy transfer rates were investigated using pump-probe spectroscopy. Among other things, it was determined how long the energy remains in the entire donor molecules (donor pool) and how quickly the transfer from the donor pool to an aligned acceptor molecule takes place. In the second part, nanoplatelets in fibres were researched using the stable jet electrospinning (SJES) method to generate the fibres. Counter intuitive the inorganic fluorophores line up along the fibre direction, as the investigations have shown. Analysis was performed microscopically using 3D polarization microscopy and macroscopically using goniophotometry and polarization-dependent fluorescence spectroscopy. Due to the radiation pattern, which differs significantly from the donut-shaped radiation pattern of organic molecules, an additional sample, with nanoparticles fixed flat on a surface, was also investigated. This allowed the analysis to be adapted for nanoparticles. The alignment is likely due to a mix of tension and relaxation forces. In the last part of the thesis, switchable fluorescent proteins were single and double tagged to the membranes of nerve and HeLa cells. Therefore, they have different degrees of mobility. This was used to establish a new microscopy setup for photoswitchable proteins based on the high-resolution microscopy method SPoD/ExPAN (Superresolution by Polarization Demodulation/Excitation Polarization Angle Narrowing) and to show the influence of the single and double tagged cells on the resolution of the imaging. In fact, an significant narrowing could be shown with the double tagged samples. Overall, the forced orientation of various dyes could be characterized and the associated advantages underlined.

In der vorliegenden Arbeit sollten die flüchtigen organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOCs) von Algen und Bakterien untersucht werden. Die Ergebnisse sollten zeigen, ob mit empfindlichen Verfahren auch Organismen untersucht werden können, die nur in geringen Mengen VOCs bilden. Die Projekte sollen zum besseren Verständnis der Produktion von VOCs und von chemischen Signalen in marinen Mikroorganismen beitragen. Die Untersuchung des Dinoflagellaten Prorocentrum cordatum als xenische (CCMP 1529) und axenische (CCMP 1329) Variante zeigte 52 Verbindungen für die axenische Alge, in der Co-Kultur mit Bakterien wurden nur 16 Verbindungen nachgewiesen. CCMP 1329 produzierte zum größten Teil Apocarotinoide, aber auch aromatische Verbindungen, ungesättigte Alkohole und Aldehyde sowie Lactone. Die xenische Alge produzierte dahingegen nur Apocarotinoide und aromatische Verbindung und ein Lacton. Die begleitenden Bakterien der xenischen Alge beeinflussen die VOC-Zusammensetzung weitgehend, sodass Veränderungen in der Physiologie und der Emission von Verbindungen bei der Alge auftreten. Im Rahmen der synthetischen Arbeiten wurden einige unbekannte Strukturen auf diese Weise bestätigt und neue Naturstoffe entdeckt. Die Alge Chromera velia wurde als xenische (CCAP 1602/1) und axenische (CCMP 2878) Variante analysiert, sowie die mit dieser Alge assoziierten Bakterien, um den Einfluss der Bakterien auf die VOC-Zusammensetzung von CCAP 1602/1 zu untersuchen. Die axenische Alge emittierte 66 Verbindungen, die xenische Alge nur 31. CCAP 1602/1 produzierte Apocarotinoide, Aromaten, Ketone, ungesättigte Aldehyde und Alkohole, ein Lacton, sowie stickstoff- und schwefelhaltige Verbindungen; bei CCMP 2878 kamen zusätzlich Säuren, Alkohole, Alkene und eine deutlich höhere Anzahl ungesättigter Ketone vor. Von besonderem Interesse ist die Strukturaufklärung der unbekannten Verbindung f aus beiden Varianten. Einige Verbindungen wurden synthetisch identifiziert und bestätigt (Abbildung 1). Auch bei dieser Alge scheinen die Bakterien keinen bemerkenswerten Beitrag durch die Produktion eigener flüchtiger Verbindungen zum volatilen Bouquet des xenischen VOC-Profils zu leisten. Die VOC-Bouquets der untersuchten Bakterien zeigten die für Bakterien typischen Ketone und Aromaten, aber auch schwefel- und stickstoffhaltige Verbindungen wurden gelegentlich in den Extrakten gefunden. Die Analyse der Outer Membrane Vesicles (OMVs) von Dinoroseobacter shibae ergab (Z)-Dodec-5-ensäure und (Z)-Dodec-5-enal, deren Strukturen synthetisch aufgeklärt wurden (Abbildung 1). Die Säure ist aus anderen Bakterien als Lipidbestandteil bekannt, der Aldehyd ist bisher noch nicht als bakterieller Naturstoff in der Literatur beschrieben worden. Für beide Verbindungen konnte eine Quorum Sensing hemmende Wirkung nachgewiesen werden. Roseovarius tolerans EL-164 wurde in Bezug auf die AHL- und NAME-Konzentrationen untersucht und diese durch den Einsatz eines deuterierten internen Standards mit der Isotopenverdünnungsanalyse quantifiziert. Für die AHL-Konzentration wurde zu Beginn der exponentiellen Phase eine hohe Konzentration festgestellt, die NAMEs zeigten einen entgegengesetzten Trend und sind erst bei späteren Wachstumszeitpunkten angestiegen und anschließend in der stationären Phase akkumuliert. Da die biologische Funktion der NAMEs nach wie vor unbekannt ist, sollte diese in zukünftigen Studien durch geeignete Analysen, wie z.B. durch eine Isotopenverdünnungsanalyse von Nichtproduzenten bei NAME-induzierenden Kultivierungsbedingungen oder die Betrachtung von LuxR solos als Rezeptoren der NAMEs, aufgeklärt werden., In the present work, the volatile organic compounds (VOCs) of algae and bacteria were investigated. The results should show whether sensitive methods can also be used to investigate organisms that only produce VOCs in small quantities. The projects should contribute to a better understanding of the production of VOCs and of chemical signals in marine microorganisms. The investigation of the dinoflagellate Prorocentrum cordatum as a xenic (CCMP 1529) and axenic (CCMP 1329) strain showed 52 compounds for the axenic alga, in the co-culture with bacteria only 16 compounds were detected. CCMP 1329 produced mostly apocarotenoids, but also aromatic compounds, unsaturated alcohols and aldehydes as well as lactones. The xenic alga, on the other hand, produced only apocarotenoids and aromatic compounds and one lactone. The associated bacteria of the xenic alga largely influence the VOC composition, so that changes in physiology and emission of compounds occur in the alga. By the help of synthetic work, some unknown structures were confirmed in this way and new natural compounds were discovered. The xenic (CCAP 1602/1) and axenic (CCMP 2878) strains of the alga Chromera velia were analysed, as well as the bacteria associated with this alga, in order to investigate the influence of the bacteria on the VOC composition of CCAP 1602/1. The axenic alga emitted 66 compounds, the xenic alga only 31. CCAP 1602/1 produced apocarotenoids, aromatic compounds, ketones, unsaturated aldehydes and alcohols, one lactone and nitrogen- and sulphur-containing compounds; additionally, CCMP 2878 released acids, alcohols, alkenes and a significantly higher number of unsaturated ketones. Of particular interest is the structural elucidation of the unknown compound f from both strains. Some compounds were synthetically identified and confirmed (Figure 1). The bacteria do not seem to contribute remarkably to the volatile bouquet of the xenic VOC profile by producing their own volatile compounds. The VOC bouquets of the investigated bacteria showed typical bacterial VOCs such as ketones and aromatic compounds, but also sulphur- and nitrogen-containing compounds were occasionally found in the extracts. Analysis of the Outer Membrane Vesicles (OMVs) of Dinoroseobacter shibae revealed (Z)-dodec-5-enoic acid and (Z)-dodec-5-enal. Their structures were elucidated synthetically (Figure 1). The acid is known from other bacteria as a lipid component, the aldehyde has not yet been described as a natural bacterial compound in the literature. A quorum sensing inhibitory effect was demonstrated for both compounds. The AHL and NAME concentrations of Roseovarius tolerans EL-164 were studied by quantification with the isotope dilution analysis using a deuterated internal standard. The AHL concentration was found to be high at the beginning of the exponential phase, the NAMEs showed an opposite trend and only increased at later growth stages and subsequently accumulated in the stationary phase. As the biological function of the NAMEs remains unknown, future studies should focus on its elucidation by appropriate analyses, such as isotope dilution analysis of non-producers by NAME-inducing cultivation conditions or consideration of LuxR solos as receptors of the NAMEs.

Many plant species are pollinated by butterflies. These insects are primarily attracted by visual flower cues, however, butterflies are also known to respond to flower scents and some butterfly-pollinated plants are strongly scented. One of such plants is the butterfly bush, Buddleja davidii, which is a magnet for butterflies. It is widespread in its native region in Asia and famous for its success in invasive spreading in regions throughout the world. Due to its attractiveness to butterflies and its beautiful and conspicuous inflorescences, it also is an important ornamental, found in many gardens. Here, we elucidated the signaling between the butterfly bush and one of its abundant visitors, the peacock butterfly (Aglais io), using chemical and behavioral approaches. We found that olfactory cues are more attractive than visual cues, and that feeding behavior is only elicited by olfactory cues, most effectively by 4-oxoisophorone and oxoisophorone epoxide. The latter compound was not known to elicit behavioral responses in pollinators before this study. The relative importance of olfactory cues was higher in our study than previously observed in any butterfly pollination system. The identified attractants might contribute to the widespread occurrence of the butterfly bush in its native region in Asia and its success in invasive spreading in regions throughout the world.

We describe the first electrochemical activation of D–A cyclopropanes and D–A cyclobutanes leading after C(sp3)−C(sp3) cleavage to the formation of highly reactive radical cations. This concept is utilized to formally insert molecular oxygen after direct or DDQ-assisted anodic oxidation of the strained carbocycles, delivering β- and γ-hydroxy ketones and 1,2-dioxanes electrocatalytically. Furthermore, insights into the mechanism of the oxidative process, obtained experimentally and by additional quantum-chemical calculations are presented. The synthetic potential of the reaction products is demonstrated by diverse derivatizations.

Driven by the great potential of solar energy conversion this study comprises the evaluation and comparison of two different design approaches for the improvement of copper based photosensitizers. In particular, the distinction between the effects of a covalently linked and a directly fused naphthalimide unit was assessed. For this purpose, the two heteroleptic Cu(I) complexes CuNIphen (NIphen = 5-(1,8-naphthalimide)-1,10-phenanthroline) and Cubiipo (biipo = 16H-benzo-[4′,5′]-isoquinolino-[2′,1′,:1,2]-imidazo-[4,5-f]-[1,10]-phenanthroline-16-one) were prepared and compared with the novel unsubstituted reference compound Cuphen (phen = 1,10-phenanthroline). Beside a comprehensive structural characterization, including two-dimensional nuclear magnetic resonance spectroscopy and X-ray analysis, a combination of electrochemistry, steady-state and time-resolved spectroscopy was used to determine the electrochemical and photophysical properties in detail. The nature of the excited states was further examined by (time-dependent) density functional theory (TD-DFT) calculations. It was found that CuNIphen exhibits a greatly enhanced absorption in the visible and a strong dependency of the excited state lifetimes on the chosen solvent. For example, the lifetime of CuNIphen extends from 0.37 µs in CH2Cl2 to 19.24 µs in MeCN, while it decreases from 128.39 to 2.6 µs in Cubiipo. Furthermore, CuNIphen has an exceptional photostability, allowing for an efficient and repetitive production of singlet oxygen with quantum yields of about 32%.

Clostridioides difficile (previously Clostridium difficile) causes life-threatening gut infections. The central metabolism of the bacterium is strongly influencing toxin production and consequently the infection progress. In this context, the composition and potential origin of the volatile metabolome was investigated, showing a large number of sulfur-containing volatile metabolites. Gas chromatography/mass spectrometry (GC/MS)-based headspace analyses of growing C. difficile 630Δerm cultures identified 105 mainly sulfur-containing compounds responsible of the typical C. difficile odor. Major components were identified to be 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-1-propanethiol, 2-methyl-1-butanethiol, 4-methyl-1-pentanethiol, and as well as their disulfides. Structurally identified were 64 sulfur containing volatiles. In order to determine their biosynthetic origin, the concentrations of the sulfur-containing amino acids methionine and cysteine were varied in the growth medium. The changes observed in the volatile metabolome profile indicated that cysteine plays an essential role in the formation of the sulfur-containing volatiles. We propose that disulfides are derived from cysteine via formation of cystathionine analogs, which lead to corresponding thiols. These thiols may then be oxidized to disulfides. Moreover, methionine may contribute to the formation of short-chain disulfides through integration of methanethiol into the disulfide biosynthesis. In summary, the causative agents of the typical C. difficile odor were identified and first hypotheses for their biosynthesis were proposed.

In the title compound, C22H20N2O2, both six-membered rings of the fused heterocyclic system display envelope conformations; the two carbon atoms bearing the methyl groups and the naphthyl substituent both lie outside the planes of the other atoms of each ring. In the crystal, the amino group forms hydrogen bonds of the types N—H...O=C and N—H...N[triple-bond]C, leading to the formation of a double layer structure propagating parallel to the bc plane. Weak C—H...O and C—H...π interactions may reinforce the layers.

We devised a low-cost mobile electronic nose (e-nose) system using a quartz crystal microbalance (QCM) sensor array functionalized with various polymer-based thin active films (i.e., polyacrylonitrile, poly(vinylidene fluoride), poly(vinyl pyrrolidone), and poly(vinyl acetate)). It works based on the gravimetric detection principle, where the additional mass of the adsorbed molecules on the polymer surface can induce QCM resonance frequency shifts. To collect and process the obtained sensing data sets, a multichannel data acquisition (DAQ) circuitry was developed and calibrated using a function generator resulting in a device frequency resolution of 0.5 Hz. Four prepared QCM sensors demonstrated various sensitivity levels with high reproducibility and consistency under exposure to seven different volatile organic compounds (VOCs). Moreover, two types of machine learning algorithms (i.e., linear discriminant analysis and support vector machine models) were employed to differentiate and classify those tested analytes, in which classification accuracies of up to 98 and 99% could be obtained, respectively. This high-performance e-nose system is expected to be used as a versatile sensing platform for performing reliable qualitative and quantitative analyses in complex gaseous mixtures containing numerous VOCs for early disease diagnosis and environmental quality monitoring.

In the title compound, C32H29BrN2O10S3, the benzothiazole and thiophene ring systems subtend an interplanar angle of 7.43 (12)°. The NH2 group forms intramolecular hydrogen bonds to Nthiazole and Ocarbonyl. The Sgalactose—Cthiophene bond is short [1.759 (2) Å]. The molecules are connected to form ribbons parallel to the b axis by two `weak' hydrogen bonds and a short Namino...Sgalactose contact.

The title compound, C15H13NO2S, was synthesized efficiently in the solid state by exploiting pepsin catalysis. The ring systems are nearly coplanar [interplanar angle of 5.38 (2)°] with an associated intramolecular S...O=C short contact of 2.7082 (4) Å. The packing involves C—H...O, C—H...π and π–π contacts.

In the title compound, C16H9NO2S, the interplanar angle is 6.47 (6)°. An intramolecular S...O=C contact of 2.727 (2) Å is observed. The packing is determined by several types of weak interaction (`weak' hydrogen bonds, S...S contacts and π–π stacking).

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die anodische Oxidation von Glycerin untersucht und mit der kathodischen Reduktion von Wasser zu Wasserstoff verbunden. Zunächst wurde anhand dieser Stoffsysteme die Eignung der Elektrosynthese zur Stromnetzstabilisierung durch Simulation von Stromschwankungen geprüft. Es stellte sich heraus, dass die Reaktionen nur eine kurze Anlauf- und Aktivierungszeit benötigen und somit eine hochdynamische Anpassung an die Stromfluktuationen ermöglichen. Gleichzeitig haben die Fluktuationen keine erkennbaren Auswirkungen auf die anodische und kathodische Reaktion hinsichtlich der Reaktionsperformance, so dass das verwendete Stoffsystem ideal für die Regelleistungsarten geeignet ist. Im Anschluss sollten mögliche Überspannungseffekte der Oxidation von Glycerin mithilfe von Ultraschall und Strompulsen minimiert werden, um die Reaktionsfähigkeit zu verbessern. Die Ergebnisse zeigten, dass der Stofftransport und die Oberflächenreaktion an Platin nicht inhibiert sind, da die angewandten Techniken zu keiner Verbesserung hinsichtlich der Reaktionskennzahlen führten. Entsprechend bestimmt möglicherweise die Durchtrittsüberspannung maßgeblich die kinetischen Vorgänge der ablaufenden Reaktion. Des Weiteren wurden in dieser Arbeit verschiedene Ansätze der direkten und indirekten Elektrooxida-tion von Glycerin für die maßgeschneiderte Synthese von höherwertigen Produkten untersucht und verglichen. Für die direkte Elektrooxidation wurden mono- und bimetallische Katalysatoren als Elektrodenmaterialien eingesetzt. Bei den bimetallischen Katalysatoren wurde der monometallische Katalysator durch Verwendung eines weiteren Metalls modifiziert. Dabei lassen sich zwei Arten der Modifikationen unterschieden: Katalysatormodifikation durch Zweitkatalysatoren oder durch Promoter. Für die indirekte Elektrooxidation wurden Halogenide als anorganische und Nitroxide als organische Mediatoren verwendet. Die Wahl der bevorzugten Reaktionsmethode hängt dabei stark vom primären Reaktionsziel bzw. der bevorzugten Performancekennzahl ab, darunter eine hohe Reaktionsrate, das gewünschte Oxidationsprodukt und der Umfang der C-C-Bindungsspaltung. Dementsprechend wird mithilfe der Untersuchung ein Methodenkatalog für die elektrochemische Oxidation von Alkoholen bzw. Polyalkoholen bereitgestellt. Darüber hinaus wurden Möglichkeiten zur Optimierung der anodischen Umwandlung durch gezielte Variation der Reaktionsparameter aufgezeigt und die Herstellungsprozesse verbessert., In this work, the anodic oxidation of glycerol was investigated and combined with the cathodic reduction of water to hydrogen, focusing on the conversion of glycerol. First, the suitability of electrosynthesis for power grid stabilization was examined based on the material systems by simulating the current fluctuations. It turned out that the reactions require only a short start-up and activation time and thus enable a highly dynamic adaptation to the current fluctuations. The fluctuations have no discernible effect on the anodic and cathodic reaction in terms of reaction performance, making the used material system ideally suited for the control power system. Subsequently, possible overpotential effects of the oxidation of glycerol should be minimized by using ultrasound and current pulses to improve the reactivity. The results showed that mass transfer and surface reaction on platinum are not inhibited, since the applied techniques did not lead to any improvement regarding reaction performance. Accordingly, the activation overpotential may significantly determine the kinetic processes of the reaction taking place. Furthermore, this study investigated and compared different approaches of direct and indirect electrooxidation of glycerol for tailored synthesis of value-added products. For direct electrooxidation, mono- and bimetallic catalysts were used as electrode materials. In the case of bimetallic catalysts, the surface of the monometallic catalyst was modified by using an additional metal. In principle, two types of catalyst modification can be distinguished: modification by second catalysts or by promoters. For indirect electrooxidation, halide ions were used as inorganic mediators and nitroxyl compounds as organic mediators. The choice of the preferred oxidation methods depends on the primary reaction target or desired reaction performance indicator, including a high reaction rate, desired oxidation product, and the degree of C-C bond cleavage. Accordingly, the study provides a toolbox of methods for the electrochemical oxidation of alcohols and polyalcohols. In addition, possibilities for optimizing the anodic conversion by specific variation of the reaction parameters were identified and the production processes were improved.

Four eco-friendly, cost-effective, and fast stability-indicating UV-VIS spectrophotometric methods were validated for cefotaxime sodium (CFX) determination either in the presence of its acidic or alkaline degradation products. The applied methods used multivariate chemometry, namely, classical least square (CLS), principal component regression (PCR), partial least square (PLS), and genetic algorithm-partial least square (GA-PLS), to resolve the analytes’ spectral overlap. The spectral zone for the studied mixtures was within the range from 220 to 320 nm at a 1 nm interval. The selected region showed severe overlap in the UV spectra of cefotaxime sodium and its acidic or alkaline degradation products. Seventeen mixtures were used for the models’ construction, and eight were used as an external validation set. For the PLS and GA-PLS models, a number of latent factors were determined as a pre-step before the modelsʹ construction and found to be three for the (CFX/acidic degradants) mixture and two for the (CFX/alkaline degradants) mixture. For GA-PLS, spectral points were minimized to around 45% of the PLS models. The root mean square errors of prediction were found to be (0.19, 0.29, 0.47, and 0.20) for the (CFX/acidic degradants) mixture and (0.21, 0.21, 0.21, and 0.22) for the (CFX/alkaline degradants) mixture for CLS, PCR, PLS, and GA-PLS, respectively, indicating the excellent accuracy and precision of the developed models. The linear concentration range was studied within 12–20 μg mL–1 for CFX in both mixtures. The validity of the developed models was also judged using other different calculated tools such as root mean square error of cross validation, percentage recoveries, standard deviations, and correlation coefficients, which indicated excellent results. The developed methods were also applied to the determination of cefotaxime sodium in marketed vials, with satisfactory results. The results were statistically compared to the reported method, revealing no significant differences. Furthermore, the greenness profiles of the proposed methods were assessed using the GAPI and AGREE metrics.

Löslichkeit ist eine wichtige Stoffeigenschaft, etwa in der Pharmazie. Viele potentielle Arzneiwirkstoffe gelten als schlecht wasserlöslich, was ihre Bioverfügbarkeit einschränkt. Weiterhin ist die Kenntnis geeigneter Lösungsmittel Voraussetzung für die Strukturaufklärung und die Aufbereitung von Komponenten. Molekulare Simulationen erlauben einen detaillierten Einblick in das Systemverhalten, ermöglichen Vorhersagen von thermophysikalischen Stoffeigenschaften und können das computergestützte Wirkstoffdesign unterstützen. Allerdings ist die Berechnung von relativen Löslichkeiten anhand von freien Solvatisierungsenthalpien sehr rechenaufwendig, sodass weit verbreitete molekulare Modelle zur Beschreibung von wirkstoffähnlichen Molekülen nicht explizit hinsichtlich freier Solvatisierungsenthalpien parametrisiert worden sind. Eines der wissenschaftlichen Ziele der Arbeit ist die Entwicklung von Methoden, um den erforderlichen Rechenaufwand für die Simulation von freien Solvatisierungsenthalpien zu reduzieren, gleichzeitig jedoch statistisch belastbare Ergebnisse zu erzeugen. Weiterhin wird in einer umfangreichen Studie die Kompatibilität der IPolQ-Mod-Methode zur Berechnung von Partialladungen für die implizite Darstellung von Polarisationseffekten in Kombination mit dem General AMBER Force Field (GAFF) evaluiert. In detaillierten Analysen wird aufgezeigt, dass die Genauigkeit in der Beschreibung von freien Solvatisierungsenthalpien mit GAFF und Standard- beziehungsweise IPolQ-Mod-Partialladungen zwar vergleichbar ist, sich aber jeweils stoffgruppenspezifische Diskrepanzen ausbilden. Für GAFF mit IPolQ-Mod-Partialladungen wird ein umfangreiches Fitting von Lennard-Jones-Parametern für 21 Atomtypen durchgeführt, in dem 357 freie Solvatisierungsenthalpien und 384 Systeme zur Darstellung von Reinstoffdichten einbezogen werden. Zur Parameteranpassung wird der Downhill-Simplex-Algorithmus mit integriertem thermodynamischen Kreislaufansatz implementiert. Für die Validierung der optimierten Parameter werden 100 freie Solvatisierungsenthalpien, 237 relative Löslichkeiten und 100 Dichten binärer Gemische betrachtet, deren Ergebnisse ausführlich diskutiert werden. Unter der Berücksichtigung aller Fitting- und Validierungsdatensätze ergibt sich für die Beschreibung von freien Solvatisierungsenthalpien beziehungsweise relativen Löslichkeiten mit dem optimierten GAFF/IPolQ-Mod+LJ-Fit-Modell eine Reduzierung der Wurzel der mittleren quadratischen Fehlersumme (engl. Root Mean Square Deviation, RMSD) von 42 % - 44 % gegenüber dem Standard-GAFF, während der RMSD-Wert für die Beschreibung der binären Gemischdichten um ca. 37 % reduziert werden kann., Solubility is an important substance property, for example in pharmaceutics. Many potential active pharmaceutical ingredients are considered to be poorly water soluble which limits their bioavailability. Furthermore, the knowledge of suitable solvents is a prerequisite for structure elucidation and the preparation of compounds. Molecular simulations allow for a detailed insight into a system’s behavior, the prediction of thermophysical properties and can support the computer-aided drug design. Yet, the calculation of relative solubilities based on solvation free energies is computationally demanding, so that widely used molecular models for the description of drug-like molecules have not been explicitly parameterized with regards to solvation free energies. One of the scientific goals of this work is the development of methods to reduce the computational effort required for the simulation of solvation free energies while simultaneously generating statistically robust results. Furthermore, the compatibility of the IPolQ-Mod method for the calculation of partial charges to implicitly account for polarization effects in combination with the General AMBER Force Field (GAFF) is evaluated in an extensive study. Detailed analyses show that the description of solvation free energies with GAFF and standard or IPolQ-Mod partial charges is comparable, although individual discrepancies specific to groups of substances are prominent. For GAFF with IPolQ-Mod partial charges, an extensive fitting of Lennard-Jones parameters for 21 atom types is carried out, involving 357 solvation free energies and 384 systems for the representation of pure substance densities. To conduct the parameter fitting, the downhill simplex algorithm with integrated thermodynamic cycle approach is implemented. The validation of the optimized parameters includes 100 solvation free energies, 237 relative solubilities and 100 densities of binary mixtures whose results are discussed in detail. Considering all fitting and validation data sets, the Root Mean Square Deviation (RMSD) value for the description of solvation free energies respectively relative solubilities with the optimized GAFF/IPolQ-Mod+LJ-Fit model is reduced by 42 % - 44 % compared to the standard GAFF, while the RMSD value for the description of densities of binary mixtures can be reduced by approximately 37 %.

A capillary zone electrophoresis method was developed for the determination of NiII(3-OMe-salophene), a substance with anticancer activity in vitro. A fused silica capillary (56 cm × 100 µm) was used for this purpose. The method was optimized in terms of parameters affecting the electrophoretic conditions in order to optimize separation efficiency and total time of migration. The analysis was best performed using an operating buffer of 50 mM borate, adjusted to pH 9.3, mixed with acetonitrile (50%, v/v) as organic modifier. Injections were performed hydrodynamically by applying a pressure of 50 mbar for 8 s, and a 30 kV separation voltage was selected at 25 °C. Detection was carried out at 250 nm using diode array detector (DAD). The method allowed the separation of NiII(3-OMe-salophene) from four other structurally related impurities in a total migration time (tm) of 8 min. Peak identification was achieved using the standard reference of individual impurities. The purity of the migrated NiII(3-OMe-salophene) was confirmed by Ultra-violet (UV) scan overlay depending on DAD. The linear ranges for the determination of NiII(3-OMe-salophene) was 400–20,000 ng mL−1 with limit of detection (LOD) of 120 ng mL−1. Acceptable intra-day and inter-day precisions were achieved (%relative standard deviation (RSD) results were less than 0.76% and 0.30%, respectively). The proposed method was assessed for greenness and compared to reported methodologies to prove superiority.

The growing number of pathogenic bacteria, resistant to commonly used antibiotics, lead to a serious threat to global health systems. Especially, Gram-negative pathogens provide big challenges in drug development due to the effective permeation barrier provided by their complex cell envelope. As a result, many potential drugs displaying an antibacterial activity against Gram-positive bacteria remain inactive against Gram-negative bacteria, although their biological targets are generally present. A smart approach to tackle this issue is based on the conjugation of antibiotics to siderophores to form siderophore-drug conjugates. Siderophores are small molecule iron chelators, possessing an active uptake mechanism over the cell envelope of Gram-negative bacteria and thereby acting as carrier for the translocation of antimicrobial drugs across the bacterial cell envelope. In the context of this work, (AcO)EntKL 147, which is an artificial analogue of the naturally occurring tris-catechol siderophore enterobactin 10, was synthesized via total synthesis and utilized for the formation of siderophore-cargo and siderophore-drug conjugates. In growth recovery assays under iron-limiting conditions, it was demonstrated that (AcO)EntKL 147 and a series of corresponding cargo-conjugates is capable to mediate iron-uptake into the cells of the Gram-negative bacteria Escherichia coli and Pseudomonas aeruginosa. These findings were further substantiated by fluorescent labeling experiments followed by confocal fluorescence microscopy with bacterial cultures of E. coli and P. aeruginosa utilizing siderophore-dye conjugates based on (AcO)EntKL 147. In a next step, it was shown that (AcO)EntKL 147 can also function as carrier in a siderophore-drug conjugate to either activate the antibacterial activity of the attached antibiotic against the Gram-negative bacteria E. coli or P. aeruginosa, respectively, or to enhance the activity compared to the parent drug. In the course of this work a total of 14 siderophore-drug conjugates based on (AcO)EntKL 147 were synthesized while six of them provided a significant antimicrobial activity against E. coli and/or P. aeruginosa and four of them exhibited an increased activity against at least one of the tested strains compared to parent antibiotic or enabled a turn-on in antimicrobial activity. Even if these results are preliminary as the total biological evaluation about the efficacy of the drug conjugates has not been finished yet, the gained information further encourages for closer investigation on enterobactin-drug conjugates based on (AcO)EntKL 147. A second subproject dealt with the semi-synthetic modification of the antituberculous agent griselimycin (GM) 329 in order to improve its activity against different mycobacteria and its pharmacokinetic properties. Therefore, the side chain of GM 329 was cleaved under acidic conditions to generate the cyclopeptide A 330 which was utilized as building block for the formation of GM-derivatives with modified side chains. By biological evaluation of the synthesized compounds, several structural motives improving the antimicrobial activity, the pharmacokinetic properties and significantly reducing a known off-target toxicity were identified. However, griselimycin 329 shows a reduced metabolic stability as well as a reduced antibacterial activity against different mycobacteria compared to its derivatives methylgriselimycin 470 and cyclohexylgriselimycin 471. Therefore, beneficial side chains found in the course of this work should be incorporated in the corresponding methylgriselimycin and cyclohexylgriselimycin derivatives via total synthesis. The total synthesis of these compounds was not part of this work but was conducted by my colleague Dr. Elmira Ghabraie. Consequently, the data obtained through this study provided a basis for the development of novel methyl- and cyclohexylgriselimycin derivatives which are potentially integrated in improved drug regimen against tuberculosis. A third subproject covered the modification of the antifungal polyene macrolide amphotericin B 540 to enable the formation of antifungal antibody conjugates. Accordingly, the amphotericin-B-derivatives AMP-PEG4-N3 544 and AMP Lys PEG4 N3 545 were synthesized. Following biological evaluation revealed that AMP-PEG4-N3 544 has lost its antifungal properties while the evaluation of AMP Lys PEG4 N3 545 is still pending. If AMP Lys PEG4 N3 545 maintains the biological activity of amphotericin B 540, it will be used as precursor for an antifungal antibody conjugate., Die wachsende Zahl pathogener Bakterien, die gegen gängige Antibiotika resistent sind, stellt eine ernste Bedrohung für die globalen Gesundheitssysteme dar. Vor allem Gram-negative Pathogene stellen aufgrund der wirksamen Permeationsbarriere, die durch ihre komplexe Zellhülle gebildet wird, eine große Herausforderung für die Wirkstoffentwicklung dar. Diese hat zur Folge, dass viele potenzielle Wirkstoffe, die eine antibakterielle Wirkung gegen Gram-positive Bakterien aufweisen, gegen Gram-negative Bakterien inaktiv bleiben, obwohl ihre biologischen Zielstrukturen im Allgemeinen vorhanden sind. Ein intelligenter Ansatz zur Lösung dieses Problems basiert auf der Konjugation von Antibiotika mit Siderophoren, um Siderophor-Wirkstoff-Konjugate zu bilden. Siderophore sind niedermolekulare Eisen-Chelatoren, die einen aktiven Aufnahmemechanismus über die Zellhülle von Gram-negativen Bakterien besitzen und dadurch als Transportmolekül (Carrier) für die Translokation von antimikrobiellen Wirkstoffen in Bakterienzellen fungieren können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde (AcO)EntKL 147, ein artifizielles Analogon des natürlich vorkommenden Triscatechol-Siderophors Enterobactin 10, mittels Totalsynthese hergestellt und für die Bildung von Siderophor-Cargo- und Siderophor-Wirkstoff-Konjugaten verwendet. Durch biologische Evaluation mittels Wachstum-Wiederherstellungs-Experimenten in Eisen-limitiertem Medium konnte gezeigt werden, dass (AcO)EntKL 147 und eine Reihe von abgeleiteten Cargo-Konjugaten die Eisenaufnahme in die Zellen der Gram-negativen Bakterien Escherichia coli und Pseudomonas aeruginosa vermitteln können. Diese Ergebnisse wurden durch Fluoreszenzmarkierungsexperimente mit anschließender konfokaler Fluoreszenzmikroskopie an Bakterienkulturen von E. coli und P. aeruginosa unter Verwendung von Siderophor-Farbstoff-Konjugaten auf Basis von (AcO)EntKL 147 weiter untermauert. In einem nächsten Schritt wurde gezeigt, dass (AcO)EntKL 147 auch als Carrier in einem Siderophor-Wirkstoff-Konjugat fungieren kann, um entweder die antibakterielle Aktivität des angehängten Antibiotikums gegen die Gram-negativen Bakterien E. coli bzw. P. aeruginosa zu aktivieren oder die Aktivität im Vergleich zum Ausgangsstoff zu erhöhen. Dafür wurden insgesamt 14 Siderophor-Wirkstoff-Konjugate auf Basis von (AcO)EntKL 147 synthetisiert, von denen sechs eine signifikante antimikrobielle Aktivität gegen E. coli und/oder P. aeruginosa aufwiesen und vier eine erhöhte Aktivität gegen mindestens einen der getesteten Stämme im Vergleich zum Ausgangsstoff zeigten oder einen Turn-on der antimikrobiellen Aktivität ermöglichten. Auch wenn es sich hierbei um vorläufige Ergebnisse handelt, da die vollständige biologische Bewertung der Wirksamkeit der Wirkstoffkonjugate noch nicht abgeschlossen ist, ermutigen die gewonnenen Informationen zu einer genaueren Untersuchung von Enterobactin-Wirkstoff-Konjugaten auf Basis von (AcO)EntKL 147. Ein zweites Teilprojekt befasste sich mit der semi-synthetischen Derivatisierung des Antituberkulosemittels Griselimycin (GM) 329, um dessen Aktivität gegen verschiedene Mykobakterien sowie seine pharmakokinetischen Eigenschaften zu verbessern. Dafür wurde die Seitenkette von GM 329 unter sauren Bedingungen abgespalten, um das Cyclopeptid A 330 zu erzeugen, welches als Baustein für die Bildung von GM-Derivaten mit modifizierten Seitenketten verwendet wurde. Durch biologische Evaluation der hergestellten Verbindungen konnten mehrere Strukturmotive identifiziert werden, welche die antimikrobielle Aktivität und die pharmakokinetischen Eigenschaften verbessern und eine bekannte Off-Target-Toxizität deutlich verringern. Allerdings weist GM 329 im Vergleich zu seinen Derivaten Methylgriselimycin (MGM) 470 und Cyclohexylgriselimycin (CGM) 471 eine geringere metabolische Stabilität sowie eine geringere antibakterielle Aktivität gegen verschiedene Mykobakterien auf. Daher sollten die im Rahmen dieser Arbeit gefundenen vorteilhaften Seitenketten über eine Totalsynthese in die entsprechenden MGM- und CGM-Derivate eingebaut werden. Die Totalsynthese dieser Verbindungen war nicht Teil dieser Arbeit, sondern wurde von meiner Kollegin Dr. Elmira Ghabraie durchgeführt. Die im Rahmen dieser Studie gewonnenen Daten bilden somit die Grundlage für die Entwicklung neuer MGM und CGM-Derivate, die in eine verbesserte Therapie gegen Tuberkulose integriert werden könnten. Ein drittes Teilprojekt befasste sich mit der Modifizierung des antimykotischen Polyenmakrolids Amphotericin B 540, um die Bildung von antimykotischen Antikörperkonjugaten zu ermöglichen. Dementsprechend wurden die Amphotericin-B-Derivate AMP-PEG4-N3 544 und AMP-Lys-PEG4-N3 545 synthetisiert. Die anschließende biologische Bewertung ergab, dass AMP-PEG4-N3 544 seine antimykotischen Eigenschaften verloren hat, während die Evaluation von AMP-Lys-PEG4-N3 545 noch aussteht. Wenn AMP-Lys-PEG4-N3 545 über die biologische Aktivität von Amphotericin B 540 verfügt, wird es als Vorläufer für ein antimykotisches Antikörperkonjugat verwendet werden.

The application of spectrally unique, controllable, bright and water-soluble fluorescent dyes is inevitable for advanced analysis techniques in modern cellular biology. Multiparameter flow cytometry is a powerful tool for the characterization of mixed cell populations in life sciences. The cell populations are typically discriminated using fluorescent reagents, e.g. antibody-fluorophore conjugates which specifically detect cellular markers. The number of parameters which can be studied simultaneously strongly depends on the availability of reagents which can be differentiated by their spectral properties. In the present thesis, new series of water-soluble fluorescent polymer dyes were developed. The polymer dyes can be excited by a violet (405 nm) or ultra violet (355 nm) laser, that are commonly applied in flow cytometers while the individual dyes are differentiated by their unique emission spectra in respective detection filters. For these studies, polyethylene glycol substituted fluorene- and binaphthyl-based π conjugated polymers were synthesized. These polymers can be used either as fluorescent dyes on their own, or in combination with covalently bound small-molecule dyes to generate tandem dye constructs, based on Förster resonance energy transfer (FRET). In the latter case, excitation of the polymers (energy donors) is followed by excitation energy transfer towards the small-molecule dyes (energy acceptors) which show fluorescence at longer wavelength. Depending on the nature of the energy acceptor, the fluorescence emission can be tuned to exploit the full visible spectrum for multiparameter flow cytometric analysis, while having high energy transfer efficiencies (>90 %). While polyfluorene dyes were best suited for the violet laser, chiral binaphthyl-based polymers incorporating phenylene bandgap modifying units were characterized for their photophysical properties, revealing them as good dye candidates for the UV laser. Additionally, the enantiomerically pure polymers were analyzed by circular dichroism (CD) and circular polarized luminescence (CPL) spectroscopy to show their chiroptical behavior. Bioconjugation to recombinant antibodies for cell staining and subsequent analysis in flow cytometry, indicate the great potential of fluorene- and binaphthyl-based polymers as fluorescent dyes for immunofluorescence applications., Die Anwendung spektral einzigartiger, kontrollierbarer, heller und wasserlöslicher Fluoreszenzfarbstoffe ist für fortgeschrittene Analysetechniken in der modernen Zellbiologie unumgänglich. Die Multiparameter-Durchflusszytometrie ist ein leistungsfähiges Instrument für die Charakterisierung gemischter Zellpopulationen in den Biowissenschaften. Die Zellpopulationen werden in der Regel mit fluoreszierenden Reagenzien unterschieden, z. B. mit Antikörper-Fluorophor-Konjugaten, die spezifisch zelluläre Marker erkennen. Die Anzahl der Parameter, die gleichzeitig untersucht werden können, hängt stark von der Verfügbarkeit von Reagenzien ab, die sich durch ihre spektralen Eigenschaften unterscheiden lassen. In der vorliegenden Arbeit wurden neue Serien von wasserlöslichen fluoreszierenden Polymerfarbstoffen entwickelt. Die Polymerfarbstoffe können durch einen violetten (405 nm) oder ultravioletten (355 nm) Laser angeregt werden, die üblicherweise in Durchflusszytometern verwendet werden, während die einzelnen Farbstoffe durch ihre einzigartigen Emissionsspektren in entsprechenden Detektionsfiltern unterschieden werden. Für diese Studien wurden mit Polyethylenglykol substituierte fluoren- und binaphthylbasierte π-konjugierte Polymere synthetisiert. Diese Polymere können entweder als eigenständige Fluoreszenzfarbstoffe oder in Kombination mit kovalent gebundenen niedermolekularen Farbstoffen zur Erzeugung von Tandem-Farbstoffkonstrukten auf der Grundlage des Förster-Resonanz-Energie-Transfers (FRET) verwendet werden. Im letzteren Fall folgt auf die Anregung der Polymere (Energiedonor) eine Übertragung der Anregungsenergie auf die niedermolekularen Farbstoffe (Energieakzeptor), die eine Fluoreszenz bei längerer Wellenlänge zeigen. Je nach Art des Energieakzeptors kann die Fluoreszenzemission so eingestellt werden, dass das gesamte sichtbare Spektrum für die Durchflusszytometrie mit mehreren Parametern ausgenutzt wird, wobei gleichzeitig eine hohe Energietransfereffizienz (>90 %) erreicht wird. Während sich Polyfluoren-Farbstoffe am besten für den violetten Laser eignen, wurden chirale Polymere auf Binaphthyl-Basis, die Phenylen-Bandlücken-modifizierende Einheiten enthalten, hinsichtlich ihrer photophysikalischen Eigenschaften charakterisiert, was sie als gute Farbstoffkandidaten für den UV-Laser ausweist. Zusätzlich wurden die enantiomerenreinen Polymere mittels Zirkulardichroismus (CD) und zirkular polarisierter Lumineszenz (CPL) analysiert, um ihr chiroptisches Verhalten zu zeigen. Die Biokonjugation an rekombinante Antikörper zur Zellfärbung und die anschließende Analyse in der Durchflusszytometrie zeigen das große Potenzial von Fluoren- und Binaphthyl-basierten Polymeren als Fluoreszenzfarbstoffe für Immunfluoreszenzanwendungen.

Jahrbuch der Braunschweigischen Wissenschaftlichen Gesellschaft, vol. 2021Jahrbuch 2021 der Braunschweigischen Wissenschaftlichen Gesellschaft, vol. 2021, p. 66

(E)-5-(Methoxyimino)-1,3,4,5-tetrahydro-2H-benzo[b]azepin-2-one was prepared by a condensation reaction from 3,4-dihydro-1H-benzo[b]azepin-2,5-dione and O-methylhydroxylamine. The configuration at the C=N double bond was determined by X-ray crystallography.

Im ersten Abschnitt dieser Arbeit wird die Synthese von den vollständig substituierten 10-Azacorrolen mit unterschiedlicher N-Arylsubstitution in der 10-Position sowie deren metallierten Derivate beschrieben. Das isolierte Nebenprodukt Kupfer-10-Oxacorrol wird zum Vergleich in die Studie aufgenommen. Übergangsmetallkomplexe können erfolgreich für die zweiwertigen Ionen von Kupfer, Nickel, Palladium, Platin und Kobalt sowie für die dreiwertigen Ionen von Eisen und Mangan isoliert und charakterisiert werden. Der zweite Teil beschäftigt sich mit der Charakterisierung der 10-Arylazacorrole. Dabei zeigen die röntgenkristallografischen Untersuchungen für die fünffachkoordinierten Eisen- und Mangan-Verbindungen eine unerwartete makrocyclische Konformation, bei der der Phenylring in der 10-Position zusammen mit dem Heteroatom aus der mittleren Gerüstebene stark auslenkt. Die Vorzugskonformation für die übrigen 10-Azacorrole ist generell mit einem Sattel zu bezeichnen. Die konformativen Eigenschaften hängen dabei sehr von Packungseffekten und Cokristallisaten ab. Spektroskopische Untersuchungen zeigen eine große Ähnlichkeit zwischen dem Arylaza-System und dem Oxa-System. Elektro- und spektroelektrochemische Untersuchungen belegen sehr niedrige Oxidationspotentiale, insbesondere für die 10-Arylaza-Derivate, die möglicherweise zur reversiblen Bildung stabiler Liganden-Radikal-Kationen führen. Für Verbindungen der schweren Homologen der Gruppe 10 wird die Bildung derselben Radikalspezies auch durch einfache Titration mit Säure in Luft erreicht. Kobaltderivate weisen eine weitere Besonderheit auf. Diese sind äußerst hydrolyseempfindlich, wobei jeweils ein Austausch der Arylaza gegen eine Oxafunktionalität beobachtet wird, die aller Wahrscheinlichkeit nach auf eine O2-Aktivierung durch das Kobaltion initiiert wird., The first section of this work describes the synthesis of the fully substituted 10-azacorroles with different N-aryl substitution in the 10-position and their metalated derivatives. The isolated byproduct copper-10-oxacorrol is included in the study for comparison. Transition metal complexes can be successfully isolated and characterized for the divalent ions of copper, nickel, palladium, platinum and cobalt and for the trivalent ions of iron and manganese. The second part deals with the characterization of 10-arylazacorrole. The X-ray crystallographic investigations for the five-coordinate iron and manganese compounds show an unexpected macrocyclic conformation, in which the phenyl ring in the 10 position together with the heteroatom deflects strongly from the middle framework level. The preferred conformation for the remaining 10-azacorroles is generally designated with a saddle. The conformative properties are dependend on packing effects and cocrystallizates. Spectroscopic studies show a great similarity between the Arylaza system and the Oxa system. Electro- and spectroelectrochemical studies show very low oxidation potentials, especially for the 10-arylaza derivatives, which may lead to the reversible formation of stable ligand radical cations. For compounds of the heavy homologues of group 10, the formation of the same radical species is also achieved by simple titration with acid in air. Cobalt derivatives have another special feature. These are extremely sensitive to hydrolysis, whereby an exchange of the arylaza for an oxa functionality is observed, which in all probability indicates an O2-activation by the cobalt ion.

Auf der Grundlage des Prinzips der Lichtsammlung mittels einer farbstoffdotierten Polymerfolie, welche zufällig orientierte Donormoleküle und ausgerichtete Akzeptormoleküle aufweist, wurde ein neuer LSC hergestellt, der deutlich mehr Energie aus der Sonnenstrahlung umwandeln kann als bisher bekannte Systeme. Dabei wird durch die zufällig orientierten Donormoleküle einfallendes Sonnenlicht aus jedem Einfallswinkel absorbiert. Nach einem FRET von den Donormolekülen auf die Akzeptormoleküle emittieren Letztere in einem für die TIR günstigem Winkel, sodass das Emissionslicht in der Polymermatrix eingeschlossen ist und auf die seitlich am LSC befestigte PV-Zelle gelenkt wird. Der LSC ermöglicht neben der Nutzung von direktem Sonnenlicht auch die effiziente Nutzung von diffusem Licht. Um ein passendes Farbstoffsystem für einen solchen LSC ausfindig zu machen, wurde ein umfangreiches Farbstoffscreening durchgeführt. Dabei wurden die in der Polymermatrix eingebetteten Farbstoffe mittels Anisotropiemessungen auf ihre Ausrichtung im Polymer in Folge einer mechanischen Verstreckung untersucht. Aus den erhaltenen Ergebnissen konnte eine Relation zwischen der Ausrichtbarkeit von Farbstoffen in der Polymermatrix und ihrer Molekülstruktur aufgestellt werden. Diese Erkenntnis soll in Zukunft dabei helfen potentielle Farbstoffsysteme in einer LSC-Anwendung mittels Molekülstruktur vorab zu erkennen. In dem Rahmen wurde ein neues Farbstoffsystem gefunden, welches Licht in einem Bereich absorbiert, in dem das Solarspektrum sein Intensitätsmaximum besitzt, sodass ein Vielfaches an Energie der Sonnenstrahlung im Vergleich zu anderen Systemen genutzt werden kann. Es liegt ein Donorüberschuss vor um eine möglichst vollständige Lichtsammlung durch die Donormoleküle zu erreichen und dennoch die Reabsorptionsverluste gering zu halten. Die Ergebnisse der Einzelmolekül-Mikroskopie, der Anisotropiemessungen und der winkelabhängingen Absolutleistungsmessung zeigen eine eindeutige Ausrichtung der Übergangsdipolmomente der Akzeptormoleküle. Des Weiteren wurde das System mittels Ultrakurzzeitspektroskopie analysiert. Außerdem wurden polarisationsabhängige Pump-Probe-Messungen durchgeführt, aus denen unterschiedliche Kinetikverläufe hervorgehen. Je nach Polarisation des Pump-Strahls können einzelne Energietransferprozesse übersprungen werden, was einen schnelleren Kinetikverlauf mit steilerem Anstieg zur Folge hat., Based on the principle of light harvesting with dye-doped polymer foils, which contain randomly oriented donor molecules and aligned acceptor molecules, a new so called LSC is manufactured, which can convert much more energy from the solar radiation than other known analogous systems. Incident sunlight from every angle is absorbed due to the randomly oriented donor molecules. After the FRET process from a donor molecule on an acceptor molecule is completed, the acceptor molecules emit in an angle, which is advantageous for the TIR, so that the emission light is trapped in the polymer matrix and is directed to the photovoltaic cell at the side of the LSC. In addition to the use of direct light the LSC also enables the efficient use of diffuse light. An extensive dye screening is performed to find a suitable dye system. Therefore, the embedded dyes are examined for their alignment in the polymer as a result of mechanical stretching with fluorescence anisotropy measurements. The results lead to a relation between the alignability of dyes in a polymer matrix and their molecular structure. This knowledge should help in the future to predict potential dye systems for LSC applications based on their molecular structure. A new dye system has been found, which absorbs light in a region, where the solar spectrum has its maximum intensity, so that a multiple amount of energy of the solar radiation can be used compared to other systems. The concentration of both dyes are variated until the best total concentration as well as the best concentration ratio is known. An excess of donor molecules leads to a complete light harvesting and also minimized reabsorption losses. The results of the single-molecule fluorescence polarization microscopy, the fluorescence anisotropy and the angle-dependent absolute power measurements show a clear alignment of the acceptor transition dipole moments. The system is further analysed by using ultrafast time-resolved pump-probe spectroscopy. Moreover, polarized pump-probe measurements are performed, which are showing different kinetics. Some steps of the energy transfer process can be skipped dependent on the polarization of the pump beam, so that a faster kinetic with a steep increase is obtained.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Synthese und Aktivitätsuntersuchung potentieller Zytostatika basierend auf neuen Metallkomplexklassen mit Gold(I) als Zentralatom und verschiedenen Bindungspartnern. Basierend auf Arbeiten von Dr. Riccardo Rubbiani, Andreas Meyer und Vincent Andermark aus dem Arbeitskreis Ott wird eine Ligandenkombination aus Alkinen und N-heterozyklischen Carbenen (NHC) hergestellt. Die Synthese der NHC-Au(I)-Alkine kann erfolgreich erschlossen werden, wobei 17 neue Komplexe hergestellt werden, die verschiedene Reste an den NHC- und Alkin-Liganden aufweisen. Betrachtet man die in dieser Arbeit gesammelten biologischen Daten für die NHC-Au(I)-Alkine, können diese als neue potentielle Wirkstoffklasse unter den antiproliferativen Substanzen eingestuft werden. Auffällig ist, dass nicht alle getesteten Komplexe Aktivitäten im gleichen Bereich aufweisen, sondern deutliche Unterschiede in der Wachstumsinhibition von Krebszellen und der Inhibition der Thioredoxinreduktase (TrxR) beobachtet werden können. Diese unterschiedlichen Aktivitäten ermöglichen eine gute Ableitung von Strukturwirkungs-beziehungen. Zusammenfassend zeigt sich für die NHC-Au(I)-Alkine, dass die ethylierten 5Methoxybenzimidazol-NHCs die potentesten Komplexe stellen. Auf der Alkinseite ist das Methoxyalkin ebenfalls der aktivste Ligand. Für die Inhibition der TrxR scheint jedoch die Substitution an 5-Position nicht optimal zu sein. Enthält ein Komplex einen Fluorrest, ist die Aufnahme in die Zelle erhöht. Hierbei ist irrelevant wo sich der Fluorrest befindet. Für alle Komplexe ist zudem ersichtlich, dass sie innerhalb von einer Stunde in die Zellen aufgenommen werden. Einige Komplexe erreichen Aktivitäten im Bereich von Referenzsubstanzen wie z.B. Auranofin. Zusätzlich wird eine Auswahl von Phosphan-Au(I)-Alkinen im Hinblick auf Synthese, Löslichkeit und biologische Aktivität verglichen. Zwei Vertreter werden zur Löslichkeitsverbesserung in Lipidnanocarrier eingeschleust und das Verhalten in der Zellkultur untersucht. Das Lösen der Komplexe in Nanoemulsionen ist möglich und beeinflusst die Zellaufnahme der Komplexe. Ein auf der NHC-Au(I)-Alkin-Synthese basierender Syntheseweg ermöglicht für kleine Phosphan-Au(I)-Alkine höhere Ausbeuten. Mit kleinen Veränderungen der Alkinliganden und deren Position lassen sich aktive Komplexe herstellen, die alle ähnliche Aktivitäten im mmolaren Bereich aufweisen., The present work describes the synthesis and biological evaluation of a new metal complex class including gold(I) and different ligands. Based on work by Dr. Riccardo Rubbiani, Andreas Meyer and Vincent Andermark from the Ott group alkynes and N-heterocyclic carbenes (NHC) were chosen as coordination partners for gold(I). The synthesis of the new NHC-Au(I)-alkynes was successfully developed and 17 new complexes were synthesized. The complexes differ in rests of the NHC-nitrogen and 5-position as well as in 4-position of the alkyne. Taking a look at the collected biological data for the NHC-Au(I)-alkynes of this work, this new class of complexes can be classified as a potent group with antiproliferative effects. Not all complexes show the same range of activity when looking at the growth inhibition for different cancer cells and the inhibition of thioredoxin reductase (TrxR). These activities allow a better derivation of structure activity relationships. In summary NHC-Au(I)-alkynes with ethylated nitrogen and methoxybenzimadazole as NHC-body are the most potent complexes of this group. On the alkyne side, the methoxy rest emerged as the most active complexes. In contrast the inhibition of the TrxR is lower if the 5-postion of the NHC is substituted. Introducing a fluorine rest increases the cellular uptake. All NHC-Au(I)-alkines are taken up to the cells within one hour. The new complexes show activities in the same range as different references. This is a very good outcome for a new class of metal complexes. Additionally, a selection of some phosphane-Au(I)-alkynes is compared with regard to their synthesis, solubility and biological activity. Two representatives are chosen to improve the solubility by infiltration into nanoemulsions. The behavior of these combinations in the cell culture is investigated. The infiltration to nanoemulsions is successful and the combination affects the cellular uptake into the cancer cells. A synthesis based on the NHC-Au(I)-alkynes makes it possible to get higher yields for small phosphane-Au(I)-alkynes. By changing the alkyne ligands and their position new active complexes were synthesized, they all show a similar activity.

In the title compound, {[Au(C26H24P2S2)][AuBr2]}n, the gold(I) centres of the cation are coordinated by the P=S groups of the disulfide ligands to form a chain polymer parallel to the c axis. Both independent gold atoms lie on the same twofold axis, and the midpoint of the H2C-CH2 bond lies on an inversion centre. The anions flank the polymeric chain; they are connected to it by short aurophilic interactions and C-H...Br contacts, and to each other by Br...Br contacts.

Arynes and donor–acceptor (D–A) cyclopropanes are two classes of strained systems having the potential for numerous applications in organic synthesis. The last two decades have witnessed a renaissance of interest in the chemistry of these species primarily because of the mild and robust methods for their generation or activation. Commonly, arynes as easily polarizable systems result in 1,2‐disubstitution, whereas D‐A cyclopropanes as polarized systems lead to 1,3‐bisfunctionalization thereby showing striking similarities. Transformations with 1,2‐ and 1,3‐dipoles afford cyclic structures. With arynes, emerging four‐membered rings as intermediates might react further, whereas the analogous five‐membered rings obtained from D–A cyclopropanes are most often the final products. However, there are a few cases where these intermediates behave surprisingly differently. This Minireview highlights the parallels in reactivity between arynes and D–A cyclopropanes thereby shedding light on the neglected similarities of these two reactive species., Two sides of the same coin? Arynes and donor–acceptor cyclopropanes show striking similarities in their reactivity. This Minireview highlights analogous insertion and annulation reactions of these two strained species.

In this work, the structuring of iron oxide nanoparticles via spray-drying (SD) of aqueous suspensions is investigated, leading to micrometer-sized aggregates with saturation magnetization comparable to that of the individual nanoparticles. Interestingly, the superparamagnetic behavior is retained despite the multicore structure. Modification of the aggregates via the addition of silica nanoparticles to the suspension allows for control of the resulting magnetization by adjusting the iron oxide content. Moreover, the morphology of the produced aggregates is gradually shifted from irregular inflated-like shapes in case of pure iron oxide aggregates to reach spherical structures when bringing the silica content to only 20%. The aggregates with different magnetization can be effectively separated in a simple column with an attached permanent magnet. Functionalization of pure iron oxide aggregates with a previously coupled ligand holding a nitrilotriacetic acid (NTA)-like moiety and subsequent loading with Ni2+ ions leads to the ability to bind 6-histidine (His6)-tagged target proteins via chelation complexes for magnetic separation. The application of the presented system for the purification of recombinant protein A in multiple cycles is shown. The recyclability of the separation system in combination with the high degree of magnetic separation is promising for future applications in the field of preparative in situ protein purification.

A 1,3‐aminothiolation was realized by reacting 2‐substituted cyclopropane 1,1‐dicarboxylates with sulfonamides and N‐(arylthio)succinimides. Under Sn(OTf)2 catalysis the transformation proceeded smoothly to the corresponding ring‐opened products bearing the sulfonamide in the 1‐position next to the donor and the arylthio residue in the 3‐position next to the acceptor. The procedure was extended to the corresponding selenium analogues by employing N‐(phenylseleno)succinimides as an electrophilic selenium source.

We computationally investigate the mechanism of the reduction half-cycle of the selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia. We compare both Fe- and Cu-exchanged zeolite catalysts and aim at exploring all accessible reaction pathways. From our calculations, a comprehensive picture emerges that unifies several previous mechanistic proposals. We find that both for Fe and for Cu catalysts different reaction pathways are feasible but some of the possible reaction pathways differ in these two cases. Our computational results provide a basis for the interpretation of in situ spectroscopic investigations that can possibly distinguish the different mechanistic pathways.

The alkaline methanol electrooxidation reaction (MOR) in alkaline direct methanol fuel cells is still very little understood with regard to its electrochemical behavior. Theoretically, when using a rotating disk (RDE) as working electrode, the limiting current from an electrochemical reaction increases with the rotation rate as described by Levich. Contrary to this principle, the current resulting from the alkaline MOR does not increase, but decreases with rotation rate. In this work, we investigate the reason for this phenomenon using the method described by Nash and modified by Belman to quantify formaldehyde, a reaction intermediate of the alkaline methanol electrooxidation. The amount of formaldehyde is in direct relation to the rotation rate, proving that the current density loss can originate from an intensified removal of formaldehyde into the bulk solution. We analyse the influence of the electrolyte and methanol concentration on the formation of formaldehyde in order to investigate which conditions support the complete oxidation pathway and suppress the incomplete oxidation to formaldehyde. The concentration ratio as well as the absolute concentrations are of great importance for the pathways taking place. A low electrolyte concentration leads to an increase of the formaldehyde but decreasing the methanol concentration results in an absence of formaldehyde in the bulk solution. Keywords: Methanol electrooxidation, Alkaline electrolyte, Formaldehyde, Nash method, Chronoamperometric measurement

The first (3+3)-annulation process of donor-acceptor cyclopropanes using synergistic catalysis is reported. The Rh2 (OAc)4 -catalyzed decomposition of diazo carbonyl compounds generated carbonyl ylides in situ. These 1,3-dipoles were converted with donor-acceptor cyclopropanes, activated by Lewis acid catalysis, to afford multiply substituted pyran scaffolds in high yield and diastereoselectivity. Extensive optimization studies enabled access to 9-oxabicyclo[3.3.1]nonan-2-one and 10-oxabicyclo[4.3.1]decen-2-ol cores, exploiting solvent effects on intermediate reactivity.

PorphyStruct, a new digital tool for the analysis of non‐planar distortion modes of different porphyrinoids, and its application to corrole structures is reported. The program makes use of the normal‐coordinate structure decomposition technique (NSD) and employs sets of normal modes equivalent to those established for porphyrins in order to describe the out‐of‐plane dislocation pattern of perimeter atoms from corroles, norcorroles, porphycenes and other porphyrinoids quantitatively and in analogy to the established terminology. A comparative study of 17 porphyrin structures shows very similar results to the original NSD analysis and no systematic error. Application to corroles is successful and reveals the necessity to implement an extended basis of normal modes for a large share of experimental structures. The results frequently show the concomitant occurence of several modes but remain interpretable. For group XI metal corroles the phenomenon of supersaddling was unravelled, allowing for more in‐depths discussions of structure‐function correlations., Supersaddled copper corroles are a result of structural investigations towards non‐planar distortion modes of porphyrinoids performed by the new digital tool PorphyStruct. The program introduces the technique of normal‐mode structural decomposition (NSD) to porphyrinoids like the corroles, and while retaining the terminology of the NSD method, it is flexible with respect to the size and shape of the macrocycle perimeter.

Wichtiges Lernziel in den Naturwissenschaften sind Denk- und Arbeitsweisen der Erkenntnisgewinnung. Diese Denk- und Arbeitsweisen gilt es im naturwissenschaftlichen Unterricht gezielt zu adressieren, damit Schulerinnen und Schuler eine naturwissenschaftliche Grundbildung erlangen konnen. Im Prozess der Erkenntnisgewinnung nimmt das Experimentieren als eine Denk- und Arbeitsweise eine wichtige Rolle ein, da anhand der aus einem Experiment gewonnenen Daten neue Erkenntnisse generiert werden konnen. Um anhand der gewonnenen Daten eindeutige Aussagen treffen zu konnen, muss die Variablenkontrollstrategie bereits bei der Planung des Experiments angewendet werden. Schulerinnen und Schuler haben jedoch Schwierigkeiten die Strategie anzuwenden und benotigen bei der Planung von Experimenten Unterstutzung. Eine mogliche Unterstutzungsmasnahme stellen lernbegleitende Ruckmeldungen dar. Im Hinblick auf die Wirkung von Ruckmeldeformen auf das Planen von Experimenten liegen widerspruchliche Befunde vor. Ziel des vorliegenden Beitrags ist daher die Entwicklung und Evaluation von Ruckmeldeformen als Unterstutzungsmasnahme zur Forderung der Anwendung der Variablenkontrollstrategie beim Planen von Experimenten. Die Masnahme wurde anhand einer Interventionsstudie im Fach Chemie evaluiert. Dabei wurden losungsprozessbezogene Ruckmeldungen, lernstandbezogene Ruckmeldungen und die Selbsteinschatzung als Ruckmeldung kontrastiert. Die Ruckmeldeformen unterscheiden sich hinsichtlich der Informationen zum Lernziel, zum Lernstand und zu den nachsten Lernschritten. Die Ergebnisse aus der Interventionsstudie belegen, dass die Ruckmeldeform, die Informationen zum Lernziel, zum Lernstand und zu nachsten Lernschritten liefert, zum hochsten Lernertrag fuhrt. In der Diskussion des Beitrags werden die Befunde in den derzeitigen Forschungsstand eingeordnet und Perspektiven fur weitere Forschung aufgezeigt.

The N-substituents lie on opposite sides of the pyrazole ring. Inter­molecular hydrogen bonds from the amino group to an S=O group and to the oxo substituent lead to a layer structure., In the title compound, C14H17N3O5S, the five-membered ring is essentially planar. The substituents at the nitro­gen atoms subtend a C—N—N—S torsion angle of −95.52 (6)°. The amino group forms an intra­molecular hydrogen bond to a sulfonyl oxygen atom; two inter­molecular hydrogen bonds from the amino group, to the other S=O group and to the oxo substituent, form a layer structure parallel to the ab plane. The structure determination confirms that the title compound is N- rather than O-alkyl­ated.

The structure of KHBEt3 is polymeric, involving chains linked by K—H—K motifs via the hydridic hydrogen., In the title compound, formally K+·C6H16B−, the contact sphere of potassium consists of eleven hydrogen atoms from three different anions, assuming an arbitrary cut-off of 3 Å. The shortest inter­action, 2.53 (2) Å, involves the hydridic hydrogen H01, which fulfils a bridging function in the formation of chains of KHBEt3 units parallel to the a axis [K1—H01i 2.71 (2) Å, K1—H01—K1ii 126.7 (9)°, operators x∓1/2, −y + , −z + 1].

3d transition metal catalysis has been actively pursued in recent years, since these metals constitute attractive alternatives to precious metals of the 4d and 5d block. As a result, the development and implementation of catalysts based on inexpensive, earth abundant and low toxic 3d metals have thrived, and important progress has been made. The lower oxophilicity and presumed greater functional-group tolerance of late transition metals relative to early transition metals make them promising candidates for hydrogenation and polymerization catalysts. As a part of this endeavor, a novel synthetic methodology for the preparation of Co(II) and Ni(II) bis(alkyl) complexes was established. Subsequent ligand exchange reactions with strong  donors such N-heterocyclic carbenes or bidentate phosphines allowed the isolation of three- and four-coordinate Co(II) species, whereas in the case of Ni(II) only the four-coordinate species were obtained. Furthermore, the trigonal-planar complex [(ItBu2)Co(CH2SiMe3)2] exhibited good catalytic activity under mild reaction conditions in homogeneous olefin and alkyne hydrogenations featuring superior activity to four-coordinate derivatives which were reported in the literature. Distinguishing between homogeneous and heterogeneous catalysis is non-trivial, consequently independent and complementary methods were applied, such as reaction progress analysis and qualitative kinetic poisoning reactions. A different approach was taken in the development of Ni(II) pre-catalysts for olefin polymerization reactions. Cationic systems stabilized by bulky monodentate phosphines, either with pendant substituents at the phosphorus atom (TTMPP) or with large 1-adamantyl substituents (Ad3P) were synthesized, since these phosphines provide sufficient axial steric bulk to effectively prevent chain transfer reactions. Two organometallic systems were also successfully implemented in the polymerization of ethylene and norbornene. However, the insolubility of the isolated polymers in all commonly employed solvents rendered subsequent characterization by spectroscopic methods unfeasible. Nevertheless, the polyethylene polymers were analyzed by differential scanning calorimetry (DSC), which suggested the formation of linear low-density polyethylene., Das Gebiet der 3d-Übergangsmetallkatalyse wurde in den letzten Jahren konsequent weiterentwickelt, da diese Metalle attraktive Alternativen zu den Edelmetallen des 4d- und 5d-Blocks darstellen. Folglich fokussierte man sich auf die Entwicklung und Einführung von Katalysatoren auf Basis der in der Erdkruste reichlich vorhandenen und nur wenig toxischen 3d-Metalle. Die geringere Oxophilie und die größere funktionelle Gruppentoleranz machen zudem späte Übergangsmetalle im Vergleich zu den frühen Übergangsmetallen zu verlockenden Kandidaten für Hydrierungs- und Polymerisationskatalysatoren. Als Teil dieser Arbeiten wurde eine neuartige Synthese zur Herstellung von Co(II)- und Ni(II)-Bis(alkyl)-Komplexen entwickelt. Mittels Ligandenaustauschreaktionen mit starken Donoren wie N−heterozyklische Carbenen und zweizähnigen Phosphanen konnten drei- und vierfachkoordinierte Co(II)-Spezies isoliert werden, während im Falle von Ni(II) nur die vierfachkoordinierten Analoga erhalten werden konnten. Darüber hinaus zeigte der trigonal-planare Komplex [(ItBu2)Co(CH2SiMe3)2] unter milden Reaktionsbedingungen gute katalytische Aktivität in der homogenen Olefin- und Alkin-Hydrierung. Gleichzeitig übertreffen diese Verbindungen die literaturbekannten vierfachkoordinierten Kobalt-Verbindungen in ihrer katalytischen Aktivität. Die Unterscheidung zwischen homogener und heterogener Katalyse ist nicht immer eindeutig, weshalb es unabhängiger und komplementärer Methoden, wie z.B. einer Reaktionsverlaufsanalyse und qualitativer kinetischer Vergiftungsreaktionen, bedufte. Ein anderer Zugang wurde bei der Entwicklung von Ni(II)-Präkatalysatoren für die Olefinpolymerisation gewählt. Hier wurden kationische Systeme synthetisiert, die durch sperrige einzähnige Phosphane stabilisiert wurden. Dabei wurde auf Phosphane wie TTMPP oder Ad3P zurückgegriffen, die durch ihren hohen sterischen Anspruch Kettenübertragungsreaktionen wirksam unterdrücken können. So konnten zwei Systeme erfolgreich in der Polymerisation von Ethylen und Norbornen eingesetzt werden. Die Unlöslichkeit der isolierten Polymere in allen üblichen Lösungsmitteln verhinderte jedoch eine nachträgliche Charakterisierung durch spektroskopische Methoden. Dennoch wurden die erhaltenen Polyethylen-Polymere mittels Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) analysiert, wobei die Bildung von linearem Polyethylen niedriger Dichte nachgewiesen wurde.

In der Dissertation "Chemometrische Untersuchung flüchtiger Verbindungen mariner Salinispora Bakterien" wurden Metabolitenprofile flüchtiger organischer Verbindungen aus Bakterien untersucht. Mittels verschiedener analytische Verfahren (GC/MS, GC/DD-FTIR und HRMS) wurden Strukturvorschläge für unbekannte Verbindungen abgeleitet, um diese anschließend durch Synthese zu beweisen. Insgesamt wurden zwei Projekte bearbeitet, die im Folgenden kurz zusammengefasst werden. Es wurden Gasphasenextrakte von neun Salinispora-Spezies (S. arenicola, S. tropica, S. pacifica, S. fenicalii, S. cortesiana, S. mooreana, S. oceanensis, S. goodfellowii und S. vitiensis) gaschromatographisch und massenspektrometrisch untersucht. Die bekannten Verbindungen wurden in Bezug auf Herkunft und Funktion diskutiert. Für ausgewählte unbekannte Verbindungen wurden Strukturvorschläge erarbeitet und mehrere durch Synthesen bewiesen. Dabei konnten erstmals Sulfinamide bakteriellen Ursprung beschrieben werden. Die Zusammensetzungen der flüchtigen Komponenten wurden für die einzelnen Spezies tabellarisch erfasst und anschließend mittels einer Hauptkomponentenanalyse mit anschließender linearer Diskriminanzanalyse statistisch ausgewertet. Dadurch konnte ein Modell entwickelt werden, welches in der Lage ist, zwischen den wenig differenzierten Arten anhand der Duftprofile zu unterscheiden. Im Zuge dessen wurde auch eigens eine GC/MS Datenbank für Salinispora-Bakterien erstellt. In einer Reihe von Kommunikationsexperimenten wurden die Auswirkungen volatiler Verbindungen anderer Bakterien auf das Wachstum von Salinispora-Bakterien untersucht. In verschiedenen Dualkulturen konnte sowohl ein wachstumsfördernder, wie auch -hemmeder Effekt beobachtet werden. Die Metabolitenprofile aus Einzelkulturen wurden mit denen aus Dualkulturen verglichen. Anhand von ausgewählten, charakteristischen Verbindungen wurde der wachstumsverändernde Einfluss diskutiert., In the dissertation "Chemometric Analysis of volatile compounds from marine Salinispora" metabolic profiles of volatile organic compounds from bacteria were analyzed. Different analytical procedures (GC/MS, GC/DD-FTIR and HRMS) have been employed to deduce structural proposals of unknown compounds, which were to be proven in subsequent synthesis. There were two projects in total, which are summarized in the following paragraphs. Headspace extracts of nine different species of Salinispora (S. arenicola, S. tropica, S. pacifica, S. fenicalii, S. cortesiana, S. mooreana, S. oceanensis, S. goodfellowii, and S. vitiensis) have been analyzed by gas chromatography and mass spectrometry. Contends of these extracts have been summarized and grouped. Known compounds were assessed by origin and function. Selected unknown compounds were evaluated and structural proposals proven by synthesis. For the first time sulfinamides were described by bacterial offspring. Composition of the headspace extracts of the different Salinispora species were analyzed by principal component analysis and subsequent linear discriminant analysis. The resulting model was able to distinguish between even low sophisticated species by means of bacterial volatiles. In course of this a GC/MS database specific for Salinispora metabolites was created. The effects of volatiles from other bacteria on Salinispora growth was examined by communication experiments. Growth promoting and inhibiting effects were observed in dual cultures. Metabolic profiles from single cultures were compared to the ones obtained from dual cultures by analyzing production of selected characteristic compounds. The influence of these compounds was assessed.