Kaiserslautern - Fachbereich Chemie
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Die vorliegende Arbeit thematisiert die rutheniumkatalysierte Oxidation von
(Fettsäure)alkoholen zu den in die korrespondierenden Carbonylverbindungen.
Fettsäurealdehyde sind von großem wissenschaftlichem und wirtschaftlichem Interesse, da
sie wertvolle Start- und Zwischenprodukte für viele Zweige der chemischen Industrie
darstellen. Der Einsatz von rutheniumhaltigen Verbindungen als Katalysatoren zeichnet sich
durch eine hohe Flexibilität und Anpassbarkeit der gewünschten Reaktivität, sowie durch ein
breitgefächertes Anwendungsgebiet aus. Die Oxidationsreaktionen im Rahmen dieser Arbeit
erfolgten sowohl homogen- als auch heterogenkatalytisch unter Verwendung verschiedener
rutheniumhaltiger Katalysatoren und Oxidationsmittel. Der homogenkatalytische Einsatz von
simplem RuCl3 ∙ (H2O)x führte mit tert-Butylhydroperoxid als Sauerstoffquelle zur Entwicklung
eines umweltfreundlichen und unter milden Bedingungen operierenden Systems für die
Oxidation sekundärer Alkohole, während Fettsäurealkohole unter Einsatz von Trimethylamin-
N-oxid als Oxidationsmittel in die korrespondierenden Aldehyde überführt werden konnten.
Die Heterogenisierung von RuCl3 ∙ (H2O)x erfolgte auf harnstofffunktionalisierten Kieselgelen,
welche auch als Trägermaterial für Rutheniumnanopartikel eingesetzt wurden. Diese
Kieselgelderivate wurden durch Kopplung von (3-Isocyanatopropyl)trialkoxysilylverbindungen
mit primären und sekundären Aminen und anschließendem Postgrafting der
resultierenden Silanprecursoren hergestellt. Für einen Teil der Materialien erfolgte zusätzlich
eine Desaktivierung der Silanolgruppen auf der Materialoberfläche durch Austausch der
Hydroxygruppen gegen Trimethylsilyloxyeinheiten. Die heterogenkatalytische Oxidation von
Alkoholen – sowohl mit RuCl3 ∙ (H2O)x als auch mit Rutheniumnanopartikeln - erfolgte
ebenfalls unter Verwendung von Trimethylamin-N-oxid als Sauerstoffquelle und zeigt
Potential für zukünftige Untersuchungen zur Wiederverwendbarkeit der Katalysatormaterialien.
Neben RuCl3 ∙ (H2O)x und Rutheniumnanopartikeln wurde auch ein
rutheniumhaltiges Polyoxometallat für die Oxidation von sekundären und primären Alkoholen
unter Verwendung von tert-Butylhydroperoxid bzw. Trimethylamin-N-oxid eingesetzt, wobei
die für RuCl3 ∙ (H2O)x optimierten Reaktionsbedingungen erneut angewandt wurden.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden neuartige tetraamidomakrozyklische Liganden mit verschiedenen Strukturmotiven entlang mehrstufiger Syntheserouten analysenrein dargestellt. Zum einen wurden als neuartige Grundstrukturen 1,8‑Diaminonaphthalin sowie 2-Aminobenzylamin in das tetraamidomakrozyklische Ringsystem eingebaut, wodurch sich Makrozyklen mit 14 Ringatomen ergaben. Zum anderen wurde das gegenüberliegende Ligandenrückgrat durch Variation der Substituenten am α‑Kohlenstoffatom von Malonsäurederivaten verändert. Bei bereits literaturbekannten Liganden mit einer Größe von 13 Ringatomen konnte durch Variation einiger Reaktionsparameter eine Optimierung der Ausbeuten im Cyclisierungsschritt erfolgen. Im Anschluss daran wurden alle erhaltenen Liganden zu Eisen(III)komplexen mit axialen Wasserliganden mit Kaliumgegenionen umgesetzt. Eine Kristallisation vieler Eisen(III)komplexe wurde durch Ionenaustausch erreicht, wobei in den meisten Fällen reproduzierbar, zusätzlich zum Ionenaustausch, ein Ligandenaustausch des axialen Liganden zu Chlorid beobachtet wurde. Die Charakterisierung aller erhaltenen paramagnetischen Eisen(III)komplexe erfolgte mittels verschiedener analytischer Methoden. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass alle neuartigen makrozyklischen Liganden mit 14 Ringatomen bei unterschiedlichen verwendeten Reaktionsbedingungen keine Cobalt(III)komplexe ausbildeten. Zusätzlich wurde im Rahmen dieser Arbeit erstmalig die Komplexierung des 4d-Metalls Molybdän in der Oxidationsstufe +V durch einen tetraamidomakrozyklischen Liganden beobachtet, was durch röntgenkristallographische Messungen belegt wurde. Die dargestellten Eisen(III)komplexe kamen schließlich bei der selektiven Oxidation von Cyclohexen zur Untersuchung ihrer homogenkatalytischen Aktivität zum Einsatz. Hierbei fanden verschiedene Aktivierungsmethoden Anwendung. Die Variation einiger Reaktionsparameter resultierte in guten Ausbeuten sowie hohen Selektivitäten bei der katalytischen Anwendung. Auch konnten Struktur- und Reaktivitätsbeziehungen der verschiedenen Komplexe abgeleitet werden. Abschließend erfolgten erste Versuche zur katalytischen Oxidation von Cumol.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Zink-Dipicolylamin-haltige Goldnanopartikeln zur Erkennung von anorganischen bzw. organischen Anionen synthetisiert. Im ersten Teil wurden funktionalisierte Goldnanopartikel entwickelt, mit denen anorganische Salze, insbesondere Natriumdiphosphat und Natriumtriphosphat, in einem Wasser/Methanol Gemisch nachgewiesen werden können. Dazu wurden gemischt-funktionalisierte Goldnanopartikel hergestellt, auf deren Oberfläche Triethylenglykol-haltige Liganden zur besseren Solubilisierung und funktionelle Zink-Dipicolylamin-haltige Liganden zum Anionennachweis immobilisiert wurden. Nach Zugabe von Natriumhydrogenphosphat, Natriumdiphosphat oder Natriumtriphosphat zu den Goldnanopartikellösungen kam es ab einer charakteristischen Salzkonzentration zu einer Aggregation der Nanopartikel. Dies steht im Einklang mit der Vorstellung, dass nach Zugabe des Analytsalzes aufgrund multivalenter und kooperativer Effekte, abrupt sehr große unlösliche Agglomerate ausgebildet werden. Die initial gebildeten Nanopartikelaggregate lösten sich bei weiterer Erhöhung der Salzkonzentration wieder auf, was wahrscheinlich auf den Übergang von 2:1 Komplexen zu 1:1 Komplexen zwischen den entsprechenden Anionen und den Erkennungseinheiten zurückzuführen ist. Die jeweiligen Grenzkonzentrationen sind zudem nicht nur für die Art des Anions spezifisch, sondern hängen auch von dem Anteil der auf der Goldnanopartikeloberfläche gebundenen Zink-Dipicolylamin Komplexen ab. Dabei führt ein geringerer Funktionalisierungsgrad zu einer höheren Empfindlichkeit der Goldnanopartikelsonden. Die grundsätzliche Eignung von mit Zink-Dipicolylamin Komplexen funktionalisierten Goldnanopartikeln wurde somit für den optischen Nachweis anorganischer Phosphate belegt. Im Rahmen des zweiten Teils der Arbeit wurde untersucht, ob sich Goldnanopartikel mit oberflächengebundenen Dipicolylamin-Zink Komplexen auch als optische Sonden zum Nachweis von Nukleotiden eignen. Die Bindungsstudien zeigten, dass die Nanopartikel auch in Gegenwart von Nukleotiden aggregieren, wobei die Empfindlichkeit für ATP im Vergleich zu ADP und AMP am größten war. Durch Zugabe von Natriumdiphosphat oder Natriumtriphosphat zu den ATP-haltigen Goldnanopartikellösungen konnte die Selektivität der Goldnanopartikellösungen umgekehrt werden, wodurch ein vielversprechendes Konzept zum selektiven AMP-Nachweis entwickelt wurde. Dieser AMP-Nachweis stellt einen vielversprechenden Ausgangspunkt für weitere Entwicklungen dar.
Die Palladium-Katalyse bietet dem Chemiker eine Vielzahl an Möglichkeiten für etwaige Kupplungs- und Additionsreaktionen. Die Bandbreite an bereits etablierten Methoden zur Anwendung der Palladium-Katalyse im Feld der Decarboxylierungen ermöglicht die Nutzung von ubiquitär vorkommenden Carbonsäuren als Arylquelle für anschließende Additionsreaktionen. Selbst enantioselektive Multikomponentenreaktionen sind bereits publiziert worden. Der erste Teil dieser Arbeit legt den Fokus auf die Etablierung einer Methode zur Synthese von Mandelsäure-Derivaten auf Basis einer Palladium-katalysierten decarboxylierenden Additionsreaktion von Arylcarbonsäuren an Glyoxylsäureester, welche als Bausteine in zahlreichen biologisch aktiven Substanzen enthalten sind. Im zweiten und dritten Teil der Arbeit wurde der Schwerpunkt auf die Entwicklung einer Methode zur enantioselektiven Synthese von α-Arylglycinen gelegt, deren Vorkommen als Strukturmotiv oder direkter Baustein in pharmakologischen Wirkstoffen von großer Bedeutung sind. Dabei wurden für diese Multikomponentenreaktion zunächst die Arylboronsäuren und im Anschluss Aryltrifluoroborate als Arylquellen untersucht.
Zeitaufgelöste FTIR- und Lumineszenzspektroskopie an Organometallkomplexen und deren Reaktionen
(2023)
In dieser Arbeit wurden mittels Lumineszenzspektroskopie und Step-scan-FTIR-Spektroskopie die Leuchteigenschaften sowie die elektronisch angeregten Zustände von Organometallkomplexen im Temperaturbereich von 5 - 290 K untersucht, welche für die Eignung als organische Leuchtdioden (OLEDs) und Photokatalysatoren bzw. -sensibilisatoren relevant sind. Für ein besseres Verständnis der Reaktivität verschiedener Organometallkomplexe wurden die Reaktionen mittels zeitaufgelöster FTIR-Spektroskopie verfolgt. Der Vergleich mit quantenchemischen Rechnungen unterstützt die Charakterisierung der elektronisch angeregten Zustände, Reaktionsprodukte oder Intermediate. Die untersuchten Komplexe erreichen die gewünschten Eigenschaften ohne Seltenerdmetalle und enthalten stattdessen häufiger vorkommende Metalle wie Kupfer. Daher wurde der Einfluss von Metall-, Halogenid- und Ligandvariationen auf die Leuchteigenschaften und die dafür verantwortlichen elektronisch angeregten Zustände zweikerniger und vierkerniger Kupfer- und Silberkomplexe, die sich potentiell für die Anwendung als OLEDs eignen, untersucht. Auch der elektronisch angeregte Zustand eines weiteren Kupferkomplexes mit interessanten Lumineszenzeigenschaften wurde charakterisiert. Ebenfalls wurden die photophysikalischen Eigenschaften eines Kupfer-Photosensibilisators sowie seine Fähigkeit zum Energieübertrag untersucht. Im Bereich der Reaktivitäten wurden die photochemische Reaktion und ihre ungewöhnliche, dunkle Rückreaktion von Carbonyl-haltigen Chrom-, Molybdän- und Wolframkomplexen verfolgt und der Reaktionsmechanismus aufgeklärt. Auch die thermische Reaktion eines Kupferkomplexes, die sich je nach Lösungsmittel unterscheidet wurde untersucht und mögliche Produkte identifiziert. Die erlangten Erkenntnisse über den Einfluss verschiedener Ligandmodifikationen, Halogenid- oder Metallzentren auf die gewünschten Eigenschaften der Organometallkomplexe und das Verständnis für die Reaktivität tragen zu der Entwicklung verbesserter Systeme bei, welche ohne Seltenerdelemente gute Eigenschaften für die Verwendung als Leuchtdioden, Katalysatoren oder Photosensibilisatoren aufweisen.
Die Regulation des Glucosestoffwechsels und damit einhergehend die Aufrechterhaltung der
Glucosehomöostase sind essenzielle Prozesse des menschlichen Körpers zur
Energiegewinnung. Ein dauerhaft erhöhter Blutglucosespiegel ist pathologisch und gilt als
Symptom der Krankheit Diabetes mellitus. Seine steigende Inzidenz sowie Prävalenz weltweit
[Magliano und Boyko, 2021], zeigen die Notwendigkeit der Suche nach Medikamenten auf,
wobei Pflanzenextrakten eine tragende Rolle zukommen kann [Alam et al., 2022]. Die Nutzung
von Nebenprodukten greift zusätzlich den Nachhaltigkeitsaspekt auf, was Biertreber (BSG) als
Ausgangsmaterial entsprechender Untersuchungen interessant macht. Mit über 39 Millionen
Tonnen weltweit pro Jahr stellt er das Hauptnebenprodukt der Bierindustrie dar und wird
bislang vordergründig als Futtermittel verwendet [Mussatto, 2014]. Aktuelle Studien zeigten
seinen Nutzen zur Erhöhung des Nährwertes von Lebensmitteln auf [Sahin et al., 2021; Pratap
Singh et al., 2020]. Zudem wurden bioaktive Inhaltsstoffe wie Flavonoide oder
Hydroxyzimtsäuren (HCA) aus BSG extrahiert, wobei letztere Bestandteil der Arabinoxylane
sind [Stefanello et al., 2018]. Neben antioxidativen Wirkungen sind HCA als Inhibitoren einiger
Enzyme des Glucosestoffwechsels beschrieben. Ferula- (FA) und Kaffeesäure (CA) erwiesen
sich als potente α-Glucosidase-Inhibitoren in vitro [Adisakwattana et al., 2009], FA zeigte
zudem einen starken Einfluss auf Enzyme des Glykogenstoffwechsels [Narasimhan et al.,
2015a; Narasimhan et al., 2015b]. Mittels verschiedener Methoden wie Fest-Flüssig-
Extraktion (SLE) oder alkalischer Hydrolysen wurden verschiedene Extraktgruppen (HA, HE, A)
aus drei BSG-Chargen (BSG 1–3) hergestellt, charakterisiert und in vitro auf ihren Einfluss
gegenüber α-Glucosidase, α-Amylase, Dipeptidylpeptidase IV und Glykogenphosphorylase α
(GPα) untersucht. Die Extrakte aus alkalischer Hydrolyse (HE) wiesen einen deutlich höheren
Gesamtphenol (TPC)- und Gesamtflavonoidgehalt (TFC) auf als die A- (SLE) und HA-Extrakte
(SLE aus Rückstand der alkalischen Hydrolyse). Potente Inhibition wurde v.a. durch die
A-Extrakte gegenüber α-Glucosidase und GPα beobachtet. Eine Korrelation der Inhibition mit
dem TPC und TFC konnte nicht festgestellt werden. HPLC-ESI-MS/MS- Experimente zeigten
zudem die deutlichen Unterschiede der Extraktgruppen, wobei HCA-Derivate als
Leitsubstanzen der HE- und HA-Extrakte und Hordatine als Hauptkomponenten der A-Extrakte
nachgewiesen wurden. Die Hordatin- wie auch HCA-Gehalte wurden semiquantitativ
bestimmt, wobei letztere signifikant geringer in HA- als HE-Extrakten war. Sowohl die FA-
Dehydrodimere (DiFA) als auch Hordatine waren kommerziell nicht erhältlich, weshalb sie aus
BSG isoliert wurden. In beiden Isolierungen wurden Fraktionen erhalten (37 F-Fraktionen aus
DiFA-Isolierung, zehn H-Fraktionen aus Hordatin-Isolierung), welche charakterisiert und im
α-Glucosidase- und GPα-Inhibitionsassay untersucht wurden. Zwei H-Fraktionen hemmten
α-Glucosidase und deuteten auf Hordatin-Glykoside oder den Präkursor p-Coumaroylagmatin
als möglichen Inhibitor hin. Zahlreiche F-Fraktionen hemmten GPα, wobei trimere
Ferulasäurederivate als Inhibitoren postuliert wurden. Eindeutige Rückschlüsse auf die
inhibierenden Komponenten der Extrakte waren aufgrund der geringen Ausbeuten und damit
kleinen Stichprobenzahl sowie den semiquantitativen Bestimmungen schwierig. Zudem
rückten Oxylipine als Inhaltsstoffe fast aller Extrakte sowie der F-Fraktionen in den Fokus. Ein
GPα- und α-Glucosidase-hemmendes Potential von BSG-Extrakten bzw. isolierter
Phytochemikalien konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit nachgewiesen werden.
Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit konnte erfolgreich eine Reihe an radikal- (n = 3) und bptz0-verbrückten (n = 4) homodinuklearen Metallkomplexen (20 Verbindungen) der Form [{M(L-N4R2)}2(bptz)](X)n mit dem verbrückenden redoxaktiven bptz-Liganden (bptz = 3,6-Di(2-pyridyl)-1,2,4,5-tetrazin), dem terminalen L-N4R2-Liganden (L-N4R2 = 2,11-Diaza[3.3](2,6)pyridinophan, R = Me oder tBu), unterschiedlichen Gegenionen (X = PF6-, ClO4-, AsF6-, OTf-) und den 3d-Metallionen Fe2+, Co2+, Co3+, Ni2+, Cu2+ und Zn2+ sowie Ru2+ als einzigem Vertreter der 4d-Metalle realisiert werden. Die generierten Komplexe wurden dabei röntgenkristallographisch, elementaranalytisch, ESI-massenspektrometrisch, elektrochemisch, mit Hilfe eines SQUID-Magnetometers, UV/Vis-, IR-, NMR- und ESR-spektroskopisch charakterisiert. Die Fe-haltigen Spezies wurden zudem mittels der Mößbauer-Spektroskopie untersucht. Im Zuge dieser Analysen konnte der Einfluss des Oxida-tionszustandes des Brückenliganden und der Metallionen auf die Komplexeigenschaften ergründet werden.
Das wichtigste Resultat dieser Dissertation war die Synthese schaltbarer Fe2+-SCO-Verbindungen. Im Zuge der Untersuchung der Reihe an radikalverbrückten homodinuklearen Übergangsmetallkomplexen stellte sich heraus, dass dessen Vertreter mit dem Komplexkation [{Fe(L-N4tBu2)}2(bptz)]3+ und den Gegenionen PF6-, ClO4-, AsF6-, OTf- SCO-Charakteristika aufwiesen. Diese konnten durch die reversible Elektronenaufnahme des Brückenliganden ein- und ausgeschaltet werden. Der jeweils sukzessiv erfolgende, graduelle, zweifache SCO-Prozess konnte erfolgreich mittels röntgenkristallographischer, NMR-, UV/Vis- und Mößbauer-spektroskopischer Analyse sowie durch ein SQUID-Magnetometer verfolgt werden. Dabei wurde eine antiferromagnetische Kopplung zwischen dem HS-Fe2+-Zentrum und dem organischen Radikal detektiert. Die Verwendung verschiedener Gegenionen und Lösungsmittel ermöglichte die Adressierung unterschiedlicher magnetischer Grundzustände und Spinübergangstemperaturen.
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung
von Titan-, Zirconium- und Hafniumkomplexen, die mit sperrigen
Alkylcyclopentadienylliganden koordinieren. Hierbei wurden vorrangig
tert-butylsubstituierte Cp-Derivate verwendet aber auch die in der vierten
Nebengruppe weniger etablierten Isopropylcyclopentadienylliganden eingesetzt.
UV-Vis-spektroskopische Untersuchungen verdeutlichten Korrelationen der
Absorptionsmaxima und Intensitäten mit dem Substitutionsmuster am Cp-Liganden,
der Übergangsmetallart sowie der sonstigen koordinierenden Liganden.
Unter Durchführen von Substitutionsreaktionen konnten 2,6-Diisopropylphenolato-,
2,6-Di-tert-butylphenolato- und 3,5-Dimethylpyrazolidokomplexe hergestellt werden.
Verbindungen mit bidentaten Liganden konnten durch Verwenden von Natriumacetat,
Kaliumpivalat und Lithiumbenzoat synthetisiert werden. Säure-Base-Reaktionen
ausgehend von Cp''TiBr2N(TMS)2 ermöglichten das Einführen monodentater Liganden
wie Pyrrolidin, Piperidin und tert-Butylamin. Die Etablierung bidentater Liganden wie
N,N'-Diisopropyl-o-phenylendiamin und N,N'-Dimethylethylendiamin war über den
"constrained geometry complex" ansa-Cp'(Me2SitBuN-κN)TiCl2 realisierbar.
Im Zuge der Reduktion von Cp''TiBr3 mit Mangan entstand neben dem dominierend
ausgebildeten [Cp''TiBr(µ-Br)]2 in geringen Mengen [(Cp''TiBr2)2(µ-O)] durch nahezu
unvermeidliche Hydroxidkontaminationen des Reduktionsmittels. Die Umsetzung von
[RCpTiBr(µ-Br)]2 mit dem TEMPO-Radikal ermöglichte bei eng definierten
Reaktionsbedingungen die Herstellung von Cp''TiBr2(TEMPO), Cp''TiBr(TEMPO)2
sowie Cp'''TiBr2(TEMPO), deren homolytische Ti–O-Bindungsdissoziationstendenz
durch quantitative ESR-Experimente bei Raumtemperatur bestimmt wurde. Unter
Einsatz des TEMPO-Liganden konnten bei Raumtemperatur Cp''ZrCl2(TEMPO),
Cp''ZrCl(TEMPO)2 und Cp''HfCl(TEMPO)2 hergestellt und röntgenkristallographisch
untersucht werden. Folgereaktionen zu neuen Titan(III)-Komplexen ermöglichte die
Verbindungsklasse der Carbonsäureamide in Form von N,N-Dimethylisobutyramid,
N,N-Dimethylacetamid, 1,3-Dimethylimidazolidinon, Tetramethylharnstoff und
Acetamid, die unter Koordination zwitterionische Strukturen ausbilden. Alle
synthetisierten Komplexe wurden nach Möglichkeit mittels CHNS-Elementaranalyse,
Röntgenstrukturanalyse, Schmelzpunktbestimmung, NMR-, IR-, UV-Vis- und
ESR-Spektroskopie sowie SQUID-Magnetometrie charakterisiert.
Trotz der beträchtlichen Fortschritte in der organischen Synthese in den letzten Jahrzehnten ist der rasche und selektive Aufbau von Molekülen mit mehreren stereogenen Zentren nach wie vor eine große Herausforderung für jeden Chemiker. Insbesondere für pharmazeutische Anwendungen ist die präzise Kontrolle der absoluten und relativen Konfiguration von entscheidender Bedeutung, da die biologischen Eigenschaften von Arzneimitteln unmittelbar davon abhängig sind. Aus diesem Grund besteht ein dringender Bedarf, effiziente Methoden für die Darstellung von strukturell komplexen Molekülen, wie bspw. 1,3-Diamino-2-olen oder Tetrahydrochinolinen, zu entwickeln (Schema I). Eine retrosynthetische Betrachtung dieser Motive ergab, dass 2-Oxyenamide nützliche Bausteine für dieses Vorhaben sind. In diesem Zusammenhang lassen sich die Ziele dieser Dissertation in zwei wesentliche Teile gliedern. Zunächst wurden geeignete Methoden zur Herstellung von 2-Oxyenamiden ausgehend von leicht zugänglichen Startmaterialien untersucht und etabliert (Teil I). Anschließend wurden, im zweiten Teil dieser Arbeit, 2-Oxyenamide für die stereodivergente Synthese von 1,3-Diamino-2-olen und die stereoselektive Darstellung von Tetrahydrochinolinen verwendet (Teil II).
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es eine lokale Version des Programmpakets BLOCK um eine Methode, die es ermöglichen die Nullfeldaufspaltung mehrkerniger Metallkomplexe mit offenen d- und f-Schalen zu berechnen, zu erweitern. Dazu wurde der bereits existierende CASOCI-Ansatz, bei dem der Spin-Bahn-Operator innerhalb der Konfigurationswechselwirkung (CI) berücksichtigt wird, auf die Dichtematrix Renormierungsgruppe (DMRG) übertragen.
Die implementierte Methode ist dabei unabhängig vom gewählten Spin-Bahn-Operator, sofern es sich um einen effektiven Einelektronenoperator handelt, da der Algorithmus lediglich die entsprechenden Integrale lokalisierter aktiver Orbitale verarbeitet. Durch die Spin-Bahn-Wechselwirkung existieren neben den rein reellen Ein- und Zweielektronenintegralen auch komplexe Spin-Bahn-Integrale, weshalb die reelle Algebra des Algorithmus zu einer komplexen erweitert werden musste. Die zusätzlichen Einelektronenintegrale des Spin-Bahn-Operators erforderten zudem eine Erweiterung des Einelektronenoperators innerhalb des DMRG-Algorithmus.
Des Weiteren wurden Teile des Programms, die sich für die gewünschten Anwendungen als ineffizient erwiesen, überarbeitet. Darunter fielen eine komplette Aufhebung der Spinadaptierung sowie die lineare Algebra der Diagonalisierung nach Davidson.
Zusätzlich dazu konnte neben der Größenkonsistenz auch das polynomiale Wachstum der neuen Methode überprüft werden. Der Nachweis der Größenkonsistenz erfolgte dabei mithilfe eines einfachen Spin-Hamilton-Operators zur Interpretation der erhaltenen Ergebnisse. Genauere Untersuchungen zum variationellen Verhalten ermöglichten zudem die Bestimmung verschiedener Konvergenzkriterien mit deren Hilfe eine DMRG-Rechnung automatisch zur Nullfeldaufspaltung einer analogen CI-Rechnung mit dem CASOCI-Ansatz konvergiert.
Mit dem im Rahmen dieser Arbeit implementierten CASOCI-Ansatz für die DMRG-Methode ist es nun möglich, basierend auf den Spin-Bahn-Integralen skalarrelativistischer lokalisierter Orbitale des aktiven Raums, Spin-Bahn-Korrelationsrechnungen für mehrkerniger Metallkomplexe durchzuführen. Da die DMRG-Methode lediglich ein polynomiales Wachstum mit der Größe des aktiven Raums aufweist, können auch aktive Räume beschrieben werden, die aufgrund des exponentiellen Wachstums für herkömmliche CI-Methoden nicht mehr zugänglich sind.