Im Rahmen dieser Dissertationsschrift gelang es erstmals 3d-Metallionen über ein 2,2′-Bipyrimidinradikalanion zu verbrücken und zu isolieren. Der für sich betrachtet instabile Radikalbrückenligand wurde hierbei in situ durch Reduktion mit Cobaltocen generiert und durch Koordination stabilisiert. Es konnte neben verschiedenen Referenzverbindungen eine Reihe von vier unter Luftausschluss stabilen homodimetallischen Verbindungen mit dem [{M\(^\text{II}\)(L-N\(_\text{4}\)Me\(_\text{2}\))}\(_\text{2}\)(μ-bpym\(^\text{●}\))]\(^\text{3+}\)-Komplexkation (mit M = Zn (\(\textbf{2}\)), Ni (\(\textbf{6}\)), Co (\(\textbf{8}\)) und Fe (\(\textbf{12}\)) synthetisiert, vollständig charakterisiert und miteinander verglichen werden. Durch Gegenüberstellung der strukturellen Parameter des verbrückend koordinierten 2,2′-Bipyrimidinradikalanions in den zweikernigen Verbindungen wurden für dieses charakteristische Bindungslängenbereiche festgestellt. Weiterhin wurden IR- und UV/Vis-spektroskopisch typische Banden des verbrückend koordinierten 2,2′-Bipyrimidinradikalanions gefunden. Durch cyclovoltammetrische und NMR-spektroskopische Untersuchungen wurde der Reaktionspfad zu den dinuklearen Verbindungen aufgeklärt. An \(\textbf{2}\) wurden die intrinsischen ESR-spektroskopischen Eigenschaften der 2,2′-Bipyrimidinradikalanion-Brücke untersucht. Die Elektronendichte des Radikals in \(\textbf{2}\) ist hauptsächlich auf dem Brückenliganden verortet und es liegt ein S = 1/2 System vor. SQUID-magnetometrische Messungen an \(\textbf{6}\) zeigen eine starke ferromagnetische Kopplung zwischen den Nickelionen und der Radikalbrücke, welche zu einem S = 5/2 Spingrundzustand führt. Der S = 5/2 Zustand wurde mittels X-Band-ESR-Spektroskopie bestätigt. Durch Hochfeld-ESR-Spektroskopie wurde ebenfalls die ferromagnetische Kopplung bestätigt und die Nullfeldaufspaltung der Nickelionen in \(\textbf{6}\) eindeutig als schwach negativ bestimmt. Röntgenkristallographische Untersuchungen an \(\textbf{8}\) zeigen bei D\(_\text{2h}\)-Symmetrie einen über einen weiten Temperaturbereich stabilen low-spin/high-spin Zustand der beiden Cobaltionen. Dies alleine ist für Cobaltionen nach bisherigem Kenntnisstand einzigartig. \(\textbf{8}\) ist zudem die erste Verbindung, in welcher diese Begebenheiten mit einem direkt an die Metallzentren koordinierten Radikalbrückenliganden kombiniert vorliegen. Der low-spin/high-spin Zustand wurde weiterhin durch EXAFS- und XANES-Messungen verifiziert. Mit der Verbindung [{Co(L-N\(_\text{4}\)Me\(_\text{2}\))}\(_\text{2}\)(μ-Ph\(_\text{2}\)bpym\(^\text{●}\))](ClO\(_\text{4}\))\(_\text{3}\) (\(\textbf{10}\)) wurde eine weitere radikalverbrückte Verbindung synthetisiert, in der beide Cobaltionen bei identischer Koordinationsumgebung über einen weiten Temperaturbereich in unterschiedlichem Spinzustand vorliegen. SQUID-magnetometrische Untersuchungen an \(\textbf{8}\) und \(\textbf{10}\) zeigen, dass in beiden Verbindungen die low-spin Cobaltionen moderat ferro-, die high-spin Cobaltionen stark antiferromagnetisch mit der jeweiligen Radikalbrücke koppeln, was in beiden Fällen zu einem S = 3/2 Grundzustand führt. Der S = 3/2 Grundzustand wurde ebenfalls durch X-Band-ESR-Spektroskopie bestätigt. In \(\textbf{8}\) und \(\textbf{10}\) konnte jeweils ein Spincrossover des low-spin Cobaltions zum high-spin Zustand festgestellt werden. Dieser wurde mittels XRD-Analytik und SQUID-Magnetometrie für beide Verbindungen und für \(\textbf{8}\) zusätzlich durch EXAFS-Messungen, XANES-Messungen und temperaturabhängige IR-Spektroskopie nachgewiesen. Die Spincrossovereigenschaften sind zusammen mit den anderen vorgenannten Eigenschaften dieser neuen zweikernigen Cobaltverbindungsklasse ein weiteres Alleinstellungsmerkmal. Die einkernigen Referenzverbindungen [Co(L-N\(_\text{4}\)Me\(_\text{2}\))(bpym)](ClO\(_\text{4}\))\(_\text{2}\) (\(\textbf{9a}\)) und [Co(L-N\(_\text{4}\)Me\(_\text{2}\))(Ph\(_\text{2}\)bpym)](ClO\(_\text{4}\))\(_\text{2}\) ∙ MeCN (\(\textbf{11}\)) zeigen jeweils ebenfalls Spincrossovereigenschaften, was mittels SQUID-Magnetometrie und im Fall von \(\textbf{11}\) zusätzlich durch XRD-Analytik und temperaturabhängige IR-Spektroskopie nachgewiesen wurde. In \(\textbf{12}\) liegen beide Eisenionen im low-spin Zustand vor. Dies wurde röntgenkristallographisch und mittels Mößbauer-Spektroskopie bestätigt. X-Band-ESR-spektroskopisch wird ein Signal einer S = 1/2 Spezies gefunden, welches durch das brückenligandzentrierte Radikal hervorgerufen wird.

Wird Rotwein im Holzfass gelagert, kommt es meist zu einer Intensivierung und Stabilisierung der Weinfarbe. Ursache ist der durch die Fassdauben diffundierende Sauerstoff, der Ethanol zu Acetaldehyd oxidiert. Dieses bildet Ethylidenbrücken zwischen Anthocyanen und Flavanolen, wodurch intensiv violett gefärbte Pigmente entstehen. Bisher wurden nur die dimeren ethyliden-verbrückten Anthocyan-Flavanol Addukte umfassend erforscht, die jedoch im Wein nicht stabil sind und zu Folgeprodukten reagieren. Deren Struktur ist bisher wenig erforscht. Ein Ziel dieser Arbeit bestand daher darin, die Reaktionsprodukte der ethyliden-verbrückten Anthocyan-Flavanol Dimere im Rotwein zu untersuchen. Dabei wurden erstmals Polyphenoladdukte mit bis zu drei Ethylidenbrücken massenspektrometrisch nachgewiesen. Dies zeigt, dass Weinpigmente durch die Bildung mehrerer Ethylidenbrücken polymerisieren können. Es wurden außerdem mehrere Pigmente gefunden, bei denen ein Anthocyan über zwei Ethylidenbrücken mit anderen Polyphenolen verbunden war. Dies widerlegt die bisherige Annahme, dass sich Anthocyane nur in terminalen Positionen eines polymeren Pigments befinden können. Durch die Quantifizierung ethyliden-verbrückter Di- und Trimere mittels Massenspektrometer wurde deutlich, dass diese Pigmente in höheren Konzentrationen im Rotwein vorliegen als bisher publiziert. Es zeigte sich außerdem, dass bis zu 50 % der durch den Sauerstoff bewirkten Abnahme von Anthocyanen und Flavanolen auf die Bildung ethyliden-verbrückter Di- und Trimere, sowie Vitisin B zurückführen lassen. Heute werden in der Weinbereitung häufig Edelstahltanks eingesetzt, bei denen es, anders als in Holzfässern, kaum zu Sauerstoffeinträgen kommt. Eine Farbstabilisierung kann somit nicht stattfinden. Dem Rotwein können stattdessen durch das Verfahren der Mikrooxygenierung geringe Mengen Sauerstoff kontrolliert zugesetzt werden. Bei manchen Weinen führt dies jedoch zu einer verringerten Farbintensität statt zu einer Farbvertiefung. Anhand der insgesamt 21 im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Weine zeigte sich, dass Sauerstoff nur dann zu einer intensiveren Weinfarbe führt, wenn das Verhältnis von Tanninen zu Anthocyanen (TAV) unter einem Wert von 3 lag. Die Zunahme der Farbintensität war außerdem negativ mit den spektralphotometrisch zu bestimmenden kleinen (SPP) und großen polymeren Pigmenten (LPP) korreliert, sodass Sauerstoff nur bei geringen Konzentrationen dieser Pigmente zu höheren Farbintensitäten führte. Zudem wurde während der Mikrooxygenierung keine weitere Intensivierung der Weinfarbe erzielt, wenn der Gehalt der LPP den der SPP überstieg. Da LPP aufgrund ihrer Molekülgröße auch eine geringere Löslichkeit aufweisen, sollte ihre übermäßige Bildung vermieden werden. Die Bestimmung von TAV, SPP und LPP erlaubt es somit, die Wirkung von Sauerstoff auf die Weinfarbe vor der Anwendung der Mikrooxygenierung einschätzen und den Sauerstoffzusatz zu beenden, wenn aufgrund der analytischen Daten eine weitere Steigerung der Farbintensität nicht zu erwarten ist. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde untersucht, wie sich die Mikrooxygenierung auf die Lagerfähigkeit der Rotweine auswirkt, da Sauerstoff zu einer beschleunigten Reifung führen kann. Dabei zeigte sich, dass die Farbe des mikrooxygenierten Weines auch nach einer 12-monatigen Flaschenlagerung noch stabiler war als in der entsprechenden Kontrollvariante und der Effekt damit nachhaltig. In Geruch und Geschmack unterschied sich der mikrooxygenierte Wein hingegen nicht von der Kontrolle. Mikrooxygenierte Weine sind damit ebenso lagerfähig, wie ohne Sauerstoffzugabe erzeugte Weine.

In der Bevölkerung steigt mit zunehmendem Alter die Inzidenz chronischer Erkrankungen. Eine häufig diskutierte Ursache chronischer Erkrankungen ist oxidativer Stress. Dieser entsteht im Körper, wenn es zu einem Ungleichgewicht zwischen der Bildung und Inaktivierung von sogenannten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) kommt. Diesem Ungleichgewicht können endogene Faktoren (z.B. körpereigenes Glutathion (GSH)) und exogene Antioxidantien (z.B. Flavonoide) entgegenwirken. Epidemiologische Daten zeigen, dass eine Ernährung mit einem hohen Anteil an Flavonoiden präventive Eigenschaften zeigt und mit einem inversen Effekt bezüglich des Risikos chronischer Krankheiten korreliert. Beerenfrüchte (vor allem Wildheidelbeeren) stellen eine wichtige Quelle an diesen Flavonoiden dar. Für die Wildheidelbeere werden neben anderen Polyphenolen hauptsächlich die Anthocyane für deren Wirkung verantwortlich gemacht. Vor allem antioxidative und antiinflammatorische Eigenschaften von Anthocyanen werden derzeit diskutiert. Der Nachteil von Anthocyanen im Vergleich zu anderen Polyphenolen resultiert allerdings aus deren geringen Bioverfügbarkeit. In vielen Studien lag die Bioverfügbarkeit von verzehrten Anthocyanen im Urin meist unter 1%. Ein Grund für die geringe Aufnahme von Anthocyanen ist deren limitierende Stabilität. Im Darm, welcher als Hauptresorptionsort für Anthocyane gilt, liegt ein Milieu von pH 6-8 vor. Unter diesen pH-Bedingungen sind die Strukturen der Anthocyane nur begrenzt stabil. Daraus begründete sich in der Vergangenheit unter anderem das Forschungsziel, Anthocyane aus Heidelbeerextrakt (HBE) mit Hilfe verschiedener Verkapselungstechniken während der Darmpassage zu stabilisieren und gezielt am Wirkort freizusetzten (DFG/AiF-Cluster 1, 2008-2011). Die effektivsten Verkapselungstechniken basierten dabei auf Molkenprotein- und Pektinbasis. In vitro konnten durch die Verkapselung im Vergleich zum unverkapselten Extrakt höhere Anthocyankonzentrationen im (simulierten) Dünndarmmilieu erreicht werden. Außerdem zeigte sich in vitro keine Verringerung der biologischen Aktivität (ROS, DNA-Strangbrüche, GSH) durch die Verkapselung. Ziel war es, die bisherigen in vitro Ergebnisse zur biologischen Aktivität des HBE (unverkapselt und verkapselt) und der Bioverfügbarkeit der Anthocyane aus dem HBE bzw. Kapselmaterial auf die in vivo Situation zu übertragen und zu verifizieren. Die zentralen Fragen waren, in welchem Ausmaß Anthocyane aus HBE, die Bioaktivität beeinflussen können, unverändert in den Dickdarm gelangen, welche Rolle Prozesse der Dickdarmmikrobiota spielen und inwieweit dies durch Stabilisierungs-(Verkapselungs-)Techniken moduliert werden kann. Der Lösungsweg für diese Fragestellungen wurde durch eine humane Pilotstudie an Probanden realisiert. Welchen Einfluss der Darm bezüglich der Bioaktivität und Bioverfügbarkeit von HBE besitzt, kann anhand von Probanden mit intaktem Gastrointestinaltrakt (GIT) nur limitierend erfasst werden. Aus diesem Grund wurde die Studie zum einen mit Probanden, die ein Stoma am terminalen Ileum besitzen und zum anderen analog mit Kontrollprobanden mit intaktem Kolon durchgeführt. Die Pilotstudie wurde 2011 am Universitätsklinikum Würzburg durchgeführt und unterteilte sich in zwei Abschnitte. Dabei erfolgte während Teil I die Verabreichung von Heidelbeerextrakt (HBE) und während Teil II die Verabreichung von HBE-beladenen Molkeproteinkapseln (hergestellt durch U. Kulozik, TU München) und HBE-beladenen Citruspektinkapseln (hergestellt durch K. Schwarz, Univ. Kiel), jeweils mit äquimolaren Anthocyankonzentrationen. Durchgeführt wurde die Pilotstudie mit Probanden mit intaktem Gastrointestinaltrakt (mit Kolon) und Ileostomaprobanden (ohne Kolon). Während der Studie wurden von allen Probanden Blut- und Urinproben und von den Ileostomieprobanden zusätzlich Ileostomabeutel gesammelt. Durch den Vergleich der beiden Probandengruppen konnte somit erfasst werden, welchen Einfluss der Dickdarm auf die Bioverfügbarkeit und biologische Aktivität besitzt und inwieweit im Dickdarm gebildete Metabolite für biologische Wirkungen verantwortlich sind. Nach Heidelbeerextraktverzehr ergaben sich bei Probanden mit intaktem GIT im Vergleich zu Ileostomaprobanden höhere Gehalte an Anthocyanen (Urin 44% und Plasma 79%) und Abbauprodukten (Urin 75% und Plasma 100%). Durch Molkeproteinverkapselung (MPK) und Citruspektinverkapselung (CPK) wurden im Vergleich zum HBE die Gehalte in Dünndarmflüssigkeiten, Urin und Plasma der Probanden moduliert. Die Ausscheidungsmengen über den Urin zeigen, dass die Molkeproteinverkapselung die systemische Konzentration und die Kurzzeitbioverfügbarkeit der Anthocyane erhöhen kann. Nach Citruspektinverkapselung erfolgte eine Modulation und Stabilisierung der intestinalen Anthocyankonzentrationen lokalisiert am Ende des Dünndarms. Die Erfassung der DNA-Schäden zeigte eine tendenzielle Abnahme der DNA-Strangbrüche in den Blutzellen beider Probandengruppen während der Studie nach unverkapseltem HBE-Verzehr. Die stärksten Effekte der Reduzierung oxidativer DNA-Schäden (mit FPG-Behandlung) wurden nach Verzehr des citruspektinverkapselten Extraktes (CPK) in beiden Probandengruppen detektiert. Nach MPK-Verzehr konnten hingegen nur geringe Effekte beobachtet werden. Der GSH-Status der Probanden wurde innerhalb der Studie nicht beeinflusst. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Verkapselung von Anthocyanen deren Bioverfügbarkeit im Vergleich zu nichtverkapselten Anthocyanen modulieren kann, wobei die Bioverfügbarkeit der Anthocyane im Allgemeinen während dieser Studie sehr gering war. Weiterhin wurden Effekte zur antioxidativen Wirksamkeit der verwendeten Extraktsysteme beobachtet. Der Dünndarmmetabolit Phloroglucinolaldehyd wurde als potentielle Wirkkomponente identifiziert (Forschungsstelle II, Wien). Die vorliegenden Ergebnisse werden anhand der Betrachtung der DNA-Schädigung und der ermittelten Plasmakonzentrationen aber nicht vollständig erklärt. Weitere Anthocyanmetabolite, die im Rahmen dieser Arbeit nicht untersucht wurden, können für die Wirkung des Extraktes verantwortlich sein.

1,3-Diynes are frequently found as an important structural motif in natural products, pharmaceuticals and bioactive compounds, electronic and optical materials and supramolecular molecules. Copper and palladium complexes are widely used to prepare 1,3-diynes by homocoupling of terminal alkynes; albeit the potential of nickel complexes towards the same is essentially unexplored. Although a detailed study on the reported nickel-acetylene chemistry has not been carried out, a generalized mechanism featuring a nickel(II)/nickel(0) catalytic cycle has been proposed. In the present work, a detailed mechanistic aspect of the nickel-mediated homocoupling reaction of terminal alkynes is investigated through the isolation and/or characterization of key intermediates from both the stoichiometric and the catalytic reactions. A nickel(II) complex [Ni(L-N4Me2)(MeCN)2](ClO4)2 (1) containing a tetradentate N,N′-dimethyl-2,11-diaza[3.3](2,6)pyridinophane (L-N4Me2) as ligand was used as catalyst for homocoupling of terminal alkynes by employing oxygen as oxidant at room temperature. A series of dinuclear nickel(I) complexes bridged by a 1,3-diyne ligand have been isolated from stoichiometric reaction between [Ni(L-N4Me2)(MeCN)2](ClO4)2 (1) and lithium acetylides. The dinuclear nickel(I)-diyne complexes [{Ni(L-N4Me2)}2(RC4R)](ClO4)2 (2) were well characterized by X-ray crystal structures, various spectroscopic methods, SQUID and DFT calculation. The complexes not only represent as a key intermediate in aforesaid catalytic reaction, but also describe the first structurally characterized dinuclear nickel(I)-diyne complexes. In addition, radical trapping and low temperature UV-Vis-NIR experiments in the formation of the dinuclear nickel(I)-diyne confirm that the reactions occurring during the reduction of nickel(II) to nickel(I) and C-C bond formation of 1,3-diyne follow non-radical concerted mechanism. Furthermore, spectroscopic investigation on the reactivity of the dinuclear nickel(I)-diyne complex towards molecular oxygen confirmed the formation of a mononuclear nickel(I)-diyne species [Ni(L-N4Me2)(RC4R)]+ (4) and a mononuclear nickel(III)-peroxo species [Ni(L-N4Me2)(O2)]+ (5) which were converted to free 1,3-diyne and an unstable dinuclear nickel(II) species [{Ni(L-N4Me2)}2(O2)]2+ (6). A mononuclear nickel(I)-alkyne complex [Ni(L-N4Me2)(PhC2Ph)](ClO4).MeOH (3) and the mononuclear nickel(III)-peroxo species [Ni(L-N4Me2)(O2)]+ (5) were isolated/generated and characterized to confirm the formulation of aforementioned mononuclear nickel(I)-diyne and mononuclear nickel(III)-peroxo species. Spectroscopic experiments on the catalytic reaction mixture also confirm the presence of aforesaid intermediates. Results of both stoichiometric and catalytic reactions suggested an intriguing mechanism involving nickel(II)/nickel(I)/nickel(III) oxidation states in contrast to the reported nickel(II)/nickel(0) catalytic cycle. These findings are expected to open a new paradigm towards nickel-catalyzed organic transformations.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst ein modulares, breit anwendbares Syntheseprotokoll zur Darstellung gemischter NHC-Phosphanliganden etabliert, das Zugang für zahlreiche PC- und PCP-Imidazoliumsalze gewährte. Modifikationen der Ligandstruktur, beispielsweise durch Salzmetathese oder Oxidation der Phosphanfunktion, konnten erfolgreich umgesetzt werden. In der Folge wurde der Versuch unternommen, mehrere Metalle der Gruppen IX – XI an die entsprechenden PC- und PCP-Systeme unter Bildung multimetallischer Komplexe zu koordinieren. Dafür kamen verschiedene Methoden zur Generierung von NHC-Komplexen zum Einsatz: Neben der eingängig bekannten Reaktion von mit externer Base deprotonierten Carbenen mit den jeweiligen Metallvorstufen auch Umsetzungen von Ag(I)- und Cu(I)-NHC-Komplexen als Transmetallierungsagentien oder Nickelocen als Precursor mit Cp- als interner Base. Hierbei wurden zahlreiche monometallische Verbindungen erhalten, bei denen der NHC-Phosphanligand chelatisierend an das jeweilige Zentralmetall bindet. Die Resultate dieser Experimente führten zu der Idee, neben der P,C-Bindungseinheit des Liganden eine weitere Donorstelle in die Struktur der Imidazoliumsalze zu integrieren. Diese sollte insbesondere härtere, polarisierte Übergangsmetallionen koordinieren können. Zur Umsetzung dieses Vorhabens wurden ausgehend von einem Pyridinyl-, Phenanthrolin- und Amino-N,N-diacetat-Substitutionsmuster drei neuartige gemischte NHC-Phosphanliganden entwickelt. Abschließend wurde die Reaktion von alkyl- und arylfunktionalisierten PC-Imida-zoliumsalzen mit dem trimeren Metallcarbonylen der Elemente Eisen und Ruthenium untersucht. Während bei der Eisen(0)-Verbindung die Bildung eines Chelatkomplexes mit dem Eisenzentrum in der Oxidationsstufe 0 beobachtbar war, konnte bei dem korrespondierenden Ru(0)-Precursor ausschließlich oxidative Addition des Liganden an das Ruthenium festgestellt werden. In Gegenwart einer Base ist es möglich, auch im Fall von Ru3(CO)12 einen Ru(0)-Komplex darzustellen, der nachfolgend durch Umsetzung mit Methyliodid zu einer Ruthenium(II)-Verbindung oxidiert werden konnte.