Strukturaufklärung und Reaktionsmonitoring katalytischer und photochromer Systeme mittels NMR

Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Strukturaufklärung und der Reaktionsverfolgung verschiedener organischer Moleküle und Reaktionen. Hierbei werden klassische und neuartige Methoden der NMR-Spektroskopie entwickelt und eingesetzt.

Neben der klassischen - auf im Arbeitskreis Thiele etablierten Methoden beruhenden - Strukturaufklärung eines Triazols wurden für die Untersuchungen von drei Reaktionstypen Modellsysteme betrachtet: Zum einen die übergangsmetallkatalysierte Ringschlußmetathese mit verschiedenen Grubbs-Hoveyda-Katalysatoren, deren Mechanismus anhand von Umsatz-Zeit-Kurven kinetisch betrachtet wurde. Zum anderen die lichtinduzierte reversible Umwandlung eines Azobenzolderivates und dessen im Wässrigen einsetzende Zersetzungsreaktion. Zu guter Letzt wurde das photochemische Gleichgewicht eines Spiropyran/Merocyanin-Systems untersucht, Anteile der jeweiligen Form bestimmt und unterschiedliche Einflüsse wie Bestrahlungswellenlänge, Temperatur und Lösungsmittel auf das Gleichgewicht identifiziert.

Die Analyse der erwähnten Modellsysteme mit verschiedenen NMR-Methoden ermöglichte den Erhalt von neuen Erkenntnissen über die Modellsysteme und darüber hinaus auch Hinweise und Trends über das Verhalten anderer auf den Modellsystemen beruhender Katalysatoren oder photochromer Materialien. Die erhaltenen Ergebnisse befähigen zu einem rationalen Katalysatordesign und der Messung von – formal – komplexeren Materialien, die photochrome Gruppen beinhalten.

This thesis deals with the structure elucidation and reaction monitoring of various organic compounds and reactions. Therefore classic and novel methods for NMR spectroscopy are developed and employed.

In addition to the classic structure elucidation of a triazole, for which established methods developed in the group of Prof Thiele were used, model systems of three different reaction types were investigated. First, the transition metal catalyzed ring closing metathesis (RCM). Here the RCM mechanism was studied kinetically using conversion time plots of different Grubbs Hoveyda type catalysts. As second reaction, the light-induced reversible conversion of an azobenzene derivative and its decomposition in aqueous solution was investigated. As third and last point, the photochemical equilibrium of a spiropyran/merocyanine system was studied, the amounts of the respective forms were determined and a variety of effects (temperature, solvent and illumination wavelength) on the equilibrium were identified.

The examination of the above-mentioned model systems with diverse NMR methods enabled new findings on the model systems and insights into the potential behavior of other catalysts and photochromic compounds derived from these model systems. The observed results allow a more rational design of catalysts and the investigation of more complex materials containing photochromic units.