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CAMPHOR: A GOOD MODEL FOR ILLUSTRATING NMR TECHNIQUES. The use of Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy to establish the three-dimensional structures of molecules is an important component of modern Chemistry courses. The combination of techniques that can be used for this purpose is conveniently illustrated by their application to the camphor molecule. This paper presents applications of several techniques used in NMR spectral interpretation in an increasing order of complexity. The result of individual experiments is illustrated in order to familiarize the user with the way connectivity through bonds and through space is established from 1D/2D-NMR spectra and molecular stereochemistry is determined from different NMR experiments
Die Arbeit beschreibt die Synthese, Charakterisierung und Anwendung von meso- und mikroporösen Hochleistungspolymeren. Im ersten Teil wird die Synthese von mesoporösen Polybenzimidazol (PBI) auf der Basis einer Templatierungsmethode vorgestellt. Auf der Grundlage kommerzieller Monomere und Silikatnanopartikel sowie eines neuen Vernetzers wurde ein Polymer-Silikat-Hybridmaterial aufgebaut. Das Herauslösen des Silikats mit Ammoniumhydrogendifluorid führt zu mesoporösen Polybenzimidazolen mit spherischen Poren von 9 bis 11 nm Durchmesser. Die Abhängigkeit der beobachteten Porosität vom Massenverhältnis Silikat zu Polymer wurde ebenso untersucht wie die Abhängigkeit der Porosität vom Vernetzergehalt. Die Porosität vollvernetzter Proben zeigt eine lineare Abhängigkeit vom Verhältnis Silikat zu Polymer bis zu einem Grenzwert von 1. Wird der Grenzwert überschritten, ist teilweiser Porenkollaps zu beobachten. Die Abhängigkeit der Porosität vom Vernetzergehalt bei festem Silikatgehalt ist nichtlinear. Oberhalb einer kritischen Vernetzerkonzentration wird eine komplette Replikation der Nanopartikel gefunden. Ist die Vernetzerkonzentration dagegen kleiner als der kritische Wert, so ist der völlige Kollaps einiger Poren bei Stabilität der verbleibenden Poren zu beobachten. Ein komplett unporöses PBI resultiert bei Abwesenheit des Vernetzers. Die mesoporösen PBI-Netzwerke konnten kontrolliert mit Phosphorsäure beladen werden. Die erhaltenen Addukte wurden auf ihre Protonenleitfähigkeit untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die Nutzung der vordefinierten Morphologie im Vergleich zu einem unstrukturierten PBI in höheren Leitfähigkeiten resultiert. Durch die vernetzte Struktur war des Weiteren genügend mechanische Stabilität gegeben, um die Addukte reversibel und bei sehr guten Leitfähigkeiten bis zu Temperaturen von 190°C bei 0% relativer Feuchtigkeit zu untersuchen. Dies ist für unstrukturierte Phosphorsäure/PBI - Addukte aus linearem PBI nicht möglich. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Synthese intrinsisch mikroporöser Polyamide und Polyimide vorgestellt. Das Konzept intrinsisch mikroporöser Polymere konnte damit auf weitere Polymerklassen ausgeweitet werden. Als zentrales, strukturinduzierendes Motiv wurde 9,9'-Spirobifluoren gewählt. Dieses Molekül ist leicht und vielfältig zu di- bzw. tetrafunktionellen Monomeren modifizierbar. Dabei wurden bestehende Synthesevorschriften modifiziert bzw. neue Vorschriften entwickelt. Ein erster Schwerpunkt innerhalb des Kapitels lag in der Synthese und Charakterisierung von löslichen, intrinsisch mikroporösen, aromatischen Polyamid und Polyimid. Es konnte gezeigt werden, dass das Beobachten von Mikroporosität stark von der molekularen Architektur und der Verarbeitung der Polymere abhängig ist. Die Charakterisierung der Porosität erfolgte unter Nutzung von Stickstoffsorption, Kleinwinkelröntgenstreuung und Molecular Modeling. Es konnte gezeigt werden, dass die Proben stark vom Umgebungsdruck abhängigen Deformationen unterliegen. Die starke Quellung der Proben während des Sorptionsvorgangs konnte durch Anwendung des "dual sorption" Modells, also dem Auftreten von Porenfüllung und dadurch induzierter Henry-Sorption, erklärt werden. Der zweite Schwerpunkt des Kapitels beschreibt die Synthese und Charakterisierung mikroporöser Polyamid- und Polyimidnetzwerke. Während Polyimidnetzwerke auf Spirobifluorenbasis ausgeprägte Mikroporosität und spezifische Oberflächen von ca. 1100 m²/g aufwiesen, war die Situation für entsprechende Polyamidnetzwerke abweichend. Mittels Stickstoffsorption konnte keine Mikroporosität nachgewiesen werden, jedoch konnte mittels SAXS eine innere Grenzfläche von ca. 300 m²/g nachgewiesen werden. Durch die in dieser Arbeit gezeigten Experimente kann die Grenze zwischen Polymeren mit hohem freien Volumen und mikroporösen Polymeren somit etwas genauer gezogen werden. ausgeprägte Mikroporosität kann nur in extrem steifen Strukturen nachgewiesen werden. Die Kombination der Konzepte "Mesoporosität durch Templatierung" und "Mikroporosität durch strukturierte Monomere" hatte ein hierarchisch strukturiertes Polybenzimidazol zum Ergebnis. Die Präsenz einer Strukturierung im molekularen Maßstab konnte SAXS bewiesen werden. Das so strukturierte Polybenzimidazol zeichnete sich durch eine höhere Protonenleitfähigkeit im Vergleich zu einem rein mesoporösen PBI aus. Der letzte Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der Entwicklung einer neuen Synthesemethode zur Herstellung von Polybenzimidazol. Es konnte gezeigt werden, dass lineares PBI in einer eutektischen Salzschmelze aus Lithium- und Kaliumchlorid synthetisiert werden kann. Die Umsetzung der spirobifluorenbasierten Monomere zu löslichem oder vernetztem PBI ist in der Salzschmelze möglich.
Both the stoichiometry and complex stability constants of crown ether complexes with metal ions have been determined by examining gradual changes in their diffusional behavior in nonaqueous solution. Diffusion coefficients, D, were evaluated by pulsed field gradient (PFG) NMR titration experiments whilst complex stability constants were determined by nonlinear curve-fitting procedures, D versus csol., which also allow the treatment of multiple complexation equilibria (1:1 to 1:2 stoichiometries). Differences in the diffusion coefficients of the various free crown ethers with respect to their metal ion complexes indicate great sensitivity to both conformational changes and changes in molecular size upon complexation.
An investigation of the conformational landscape of 1,3-dithian-2-yl bearing porphyrins and the rotational behavior of the dithianyl substituents in meso position was carried out by variable-temperature (VT) NMR spectroscopy. Additionally, theoretical results for alternative conformations and energy barriers were obtained by molecular modeling. The study revealed different NH trans tautomers with regard to the orientation of the dithianyl ligands for the free base porphyrins 1-3. Relatively ruffled porphyrin core conformations were established for the transition states of the dithianyl rotation, resulting in a lower rotational energy barrier for the nickel(II) complex 4 compared to that of the free base systems. The data obtained and the first depiction of a rotational transition state for the rotation of bulky meso-alkyl substituents illustrate the close structural interplay between meso-alkyl substituents and the macrocycle conformation in porphyrins.
Klassischerweise haben Salze, beispielsweise Kochsalz, Schmelzpunkte von einigen hundert Grad Celsius und mehr. Ionische Flüssigkeiten sind dagegen Salze, deren Schmelzpunkt zum Teil weit unter der Raumtemperatur liegt. Sie sind daher bei Raumtemperatur flüssig. Obwohl ionische Flüssigkeiten seit 1914 bekannt sind, hatten sie bis vor 15 Jahren keinerlei Bedeutung. Heute jedoch werden ionische Flüssigkeiten aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften, wie hohe Leitfähigkeit oder hohe Temperaturstabilität, unter anderem zur Papierverarbeitung oder in flexiblen Solarzellen eingesetzt. Die Antrittsvorlesung wird sich insbesondere mit der Herstellung anorganischer Partikel befassen und zeigen, wie ionische Flüssigkeiten zur Herstellung neuer Materialien für verschiedene Anwendungen genutzt werden können.
Multinuclear dynamic NMR spectroscopy of 3,5-bis(trifluoromethylsulfonyl)-1,3,5-oxadiazinane (3) revealed the existence of two conformers with differently oriented CF3 groups with respect to the ring, and two dynamic processes: ring inversion and restricted rotation about the N-S bond. Two transition states connecting the two conformers and corresponding to clockwise and counterclockwise rotations about the N-S bond were found; the calculated activation barriers of about 12 kcal/mol are in excellent agreement with those measured experimentally for the related molecule 1,3,5-tris(trifluoromethylsulfonyl)-1,3,5-triazinane (1). X-ray analysis proved the existence of the symmetric isomer of 3, which is the minor isomer in solutions but the only one in the crystal due to packing effects. The normal Perlin effect (JCHax < JCHeq)observed for 2(6)-CH2 in 3, whereas the reversed Perlin effect was found for the 4-CH2 group in 3 as well as for all CH2 groups in 1 both experimentally and theoretically. The latter effect in compounds 1, 3, and 1- (methylsulfonyl)-3,5-bis(trifluoromethylsulfonyl)-1,3,5-triazinane (2) can be considered as a genuine reverse Perlin effect since larger values of 1JCH are observed for longer C-H bonds.