Structural transformations related to organic solid-state reactions: correlation studies of NMR and X-ray analysis

Eine zielgerichtete Steuerung und Durchführung von organischen Festkörperreaktionen wird unter anderem durch genaue Kenntnis von Packungseffekten ermöglicht. Im Rahmen dieser Arbeit konnte durch den kombinierten Einsatz von Einkristallröntgenanalyse und hochauf-lösender Festkörper-NMR an ausgewählten Beispielen ein tieferes Verständnis und Einblicke in die Reaktionsmechanismen von organischen Festkörperreaktionen auf molekularer Ebene gewonnen werden. So konnten bei der topotaktischen [2+2] Photodimerisierung von Zimt-säure Intermediate isoliert und strukturell charakterisiert werden. Insbesondere anhand statischer Deuteronen- und 13C-CPMAS NMR Spektren konnten eindeutig dynamische Wasserstoffbrücken nachgewiesen werden, die transient die Zentrosymmetrie des Reaktions-produkts aufheben. Ein weiterer Nachweis gelang daraufhin mittels Hochtemperatur-Röntgen-untersuchung, sodass der scheinbare Widerspruch von NMR- und Röntgenuntersuchungen gelöst werden konnte. Eine Veresterung der Zimtsäure entfernt diese Wasserstoffbrücken und erhält somit die Zentrosymmetrie des Photodimers. Weiterhin werden Ansätze zur Strukturkontrolle in Festkörpern basierend auf der molekularen Erkennung des Hydroxyl-Pyridin (OH-N) Heterosynthon in Co-Kristallen beschrieben, wobei vor allem die Stabilität des Synthons in Gegenwart funktioneller Gruppen mit Möglichkeit zu kompetetiver Wasserstoffbrückenbildung festgestellt wurde. Durch Erweiterung dieses Ansatzes wurde die molekulare Spezifität des Hydroxyl-Pyridin (OH-N) Heterosynthons bei gleichzeitiger Co-Kristallisation mit mehreren Komponenten erfolgreich aufgezeigt. Am Beispiel der Co-Kristallisation von trans--1,2-bis(4-pyridyl)ethylen (bpe) mit Resorcinol (res) in Gegenwart von trans-1,2-bis(4-pyridyl)ethan (bpet) konnten Zwischenprodukte der Fest-körperreaktionen und neuartige Polymorphe isoliert werden, wobei eine lückenlose Aufklärung des Reaktionswegs mittels Röntgenanalyse gelang. Dabei zeigte sich, dass das Templat Resorcinol aus den Zielverbindungen entfernbar ist. Ferner gelang die Durchführung einer seltenen, nicht-idealen Einkristall-Einkristall-Umlagerung von trans--1,2-bis(4-pyridyl)ethylen (bpe) mit Resorcinol (res). In allen Fällen konnten die Fragen zur Struktur und Dynamik der untersuchten Verbindungen nur durch gemeinsame Nutzung von Röntgenanalyse und NMR-Spektroskopie bei vergleichbaren Temperaturen eindeutig und umfassend geklärt werden.

Imaging and modeling of pore scale processes in porous media using X-ray computed tomography and lattice Boltzmann solver

In der Erdöl– und Gasindustrie sind bildgebende Verfahren und Simulationen auf der Porenskala im Begriff Routineanwendungen zu werden. Ihr weiteres Potential lässt sich im Umweltbereich anwenden, wie z.B. für den Transport und Verbleib von Schadstoffen im Untergrund, die Speicherung von Kohlendioxid und dem natürlichen Abbau von Schadstoffen in Böden. Mit der Röntgen-Computertomografie (XCT) steht ein zerstörungsfreies 3D bildgebendes Verfahren zur Verfügung, das auch häufig für die Untersuchung der internen Struktur geologischer Proben herangezogen wird. Das erste Ziel dieser Dissertation war die Implementierung einer Bildverarbeitungstechnik, die die Strahlenaufhärtung der Röntgen-Computertomografie beseitigt und den Segmentierungsprozess dessen Daten vereinfacht. Das zweite Ziel dieser Arbeit untersuchte die kombinierten Effekte von Porenraumcharakteristika, Porentortuosität, sowie die Strömungssimulation und Transportmodellierung in Porenräumen mit der Gitter-Boltzmann-Methode. In einer zylindrischen geologischen Probe war die Position jeder Phase auf Grundlage der Beobachtung durch das Vorhandensein der Strahlenaufhärtung in den rekonstruierten Bildern, das eine radiale Funktion vom Probenrand zum Zentrum darstellt, extrahierbar und die unterschiedlichen Phasen ließen sich automatisch segmentieren. Weiterhin wurden Strahlungsaufhärtungeffekte von beliebig geformten Objekten durch einen Oberflächenanpassungsalgorithmus korrigiert. Die Methode der „least square support vector machine” (LSSVM) ist durch einen modularen Aufbau charakterisiert und ist sehr gut für die Erkennung und Klassifizierung von Mustern geeignet. Aus diesem Grund wurde die Methode der LSSVM als pixelbasierte Klassifikationsmethode implementiert. Dieser Algorithmus ist in der Lage komplexe geologische Proben korrekt zu klassifizieren, benötigt für den Fall aber längere Rechenzeiten, so dass mehrdimensionale Trainingsdatensätze verwendet werden müssen. Die Dynamik von den unmischbaren Phasen Luft und Wasser wird durch eine Kombination von Porenmorphologie und Gitter Boltzmann Methode für Drainage und Imbibition Prozessen in 3D Datensätzen von Böden, die durch synchrotron-basierte XCT gewonnen wurden, untersucht. Obwohl die Porenmorphologie eine einfache Methode ist Kugeln in den verfügbaren Porenraum einzupassen, kann sie dennoch die komplexe kapillare Hysterese als eine Funktion der Wassersättigung erklären. Eine Hysterese ist für den Kapillardruck und die hydraulische Leitfähigkeit beobachtet worden, welche durch die hauptsächlich verbundenen Porennetzwerke und der verfügbaren Porenraumgrößenverteilung verursacht sind. Die hydraulische Konduktivität ist eine Funktion des Wassersättigungslevels und wird mit einer makroskopischen Berechnung empirischer Modelle verglichen. Die Daten stimmen vor allem für hohe Wassersättigungen gut überein. Um die Gegenwart von Krankheitserregern im Grundwasser und Abwässern vorhersagen zu können, wurde in einem Bodenaggregat der Einfluss von Korngröße, Porengeometrie und Fluidflussgeschwindigkeit z.B. mit dem Mikroorganismus Escherichia coli studiert. Die asymmetrischen und langschweifigen Durchbruchskurven, besonders bei höheren Wassersättigungen, wurden durch dispersiven Transport aufgrund des verbundenen Porennetzwerks und durch die Heterogenität des Strömungsfeldes verursacht. Es wurde beobachtet, dass die biokolloidale Verweilzeit eine Funktion des Druckgradienten als auch der Kolloidgröße ist. Unsere Modellierungsergebnisse stimmen sehr gut mit den bereits veröffentlichten Daten überein.

The performativity of nonviolent protest in South Asia (1918 - 1948)

This study seeks to address a gap in the study of nonviolent action. The gap relates to the question of how nonviolence is performed, as opposed to the meaning or impact of nonviolent politics. The dissertation approaches the history of nonviolent protest in South Asia through the lens of performance studies. Such a shift allows for concepts such as performativity and theatricality to be tested in terms of their applicability and relevance to contemporary political and philosophical questions. It also allows for a different perspective on the historiography of nonviolent protest. Using concepts, modes of analysis and tropes of thinking from the emerging field of performance studies, the dissertation analyses two different cases of nonviolent protest, asking how politics is performatively constituted. The first two sections of this study set out the parameters of the key terms of the dissertation: nonviolence and performativity, by tracing their genealogies and legacies as terms. These histories are then located as an intersection in the founding of the nonviolent. The case studies at the analytical core of the dissertation are: fasting as a method in Gandhi's political arsenal, and the army of nonviolent soldiers in the North-West Frontier Province, known as the Khudai Khidmatgar. The study begins with an overview of current theorisations of nonviolence. The approach to the subject is through an investigation of commonly held misconceptions about nonviolent action, such as its supposed passivity, the absence of violence, its ineffectiveness and its spiritual basis. This section addresses the lacunae within existing theories of nonviolence and points to possible fertile spaces for further exploration. Section 3 offers an overview of the different shades of the concept of performativity, asking how it is used in various contexts and how these different nuances can be viewed in relation to each other. The dissertation explores how a theory of performativity may be correlated to the theorisation of nonviolence. The correlations are established in four boundary areas: action/inaction, violence/absence of violence, the actor/opponent and the body/spirit. These boundary areas allow for a theorising of nonviolent action as a performative process. The first case study is Gandhi's use of the fast as a method of nonviolent protest. Using a close reading of his own writings, speeches and letters, as well as a reading of responses to his fast in British newspapers and within India, the dissertation asks what made fasting into Gandhi's most favoured mode of protest and political action. The study reconstructs his unique praxis of the fast from a performative perspective, demonstrating how display and ostentation are vital to the political economy of the fast. It also unveils the cultural context and historical reservoir of body practices, which Gandhi drew from and adapted into 'weapons' of political action. The relationship of Gandhian nonviolence to the body forms a crucial part of the analysis. The second case study is the nonviolent army of the Pashtuns, Khudai Khidmatgar (KK), literally Servants of God. This anti-imperialist movement in the North-West Frontier Province of what is today the border between Pakistan and Afghanistan existed between 1929 and 1948. The movement adopted the organisational form of an army. It conducted protest activities against colonial rule, as well as social reform activities for the Pashtuns. This group was connected to the Congress party of Gandhi, but the dissertation argues that their conceptualisation and praxis of nonviolence emerged from a very different tradition and worldview. Following a brief introduction to the socio-political background of this Pashtun movement, the dissertation explores the activities that this nonviolent army engaged in, looking at their unique understanding of the militancy of an unarmed force, and their mode of combat and confrontation. Of particular interest to the analysis is the way the KK re-combined and mixed what appear to be contradictory ideologies and acts. In doing so, they reframed cultural and historical stereotypes of the Pashtuns as a martial race, juxtaposing the institutional form of the army with a nonviolent praxis based on Islamic principles and social reform. The example of the Khudai Khidmatgar is used to explore the idea that nonviolence is not the opposite of violent conflict, but in fact a dialectical engagement and response to violence. Section 5, in conclusion, returns to the boundary areas of nonviolence: action, violence, the opponent and the body, and re-visits these areas on a comparative note, bringing together elements from Gandhi's fasts and the practices of the KK. The similarities and differences in the two examples are assessed and contextualised in relation to the guiding question of this study, namely the question of the performativity of nonviolent action.