TY  - THES
A1  - Grotz, Michael
T1  - Synthese und Charakterisierung abiotischer Foldamere und ihrer Bausteine für die Nutzung in biologischen Systemen
T1  - Synthesis and characterization of abiotic foldamers and their components for use in biological systems
N2  - Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Synthese, Charakterisierung und Untersuchung von Foldameren und ihren Untereinheiten im Rahmen des FOLDAPPI-Projekts (Foldamers against Protein-Protein Interaction). Des Weiteren wurden neuartig substituierte Chinoline dargestellt, um sie im Rahmen des SFB 630 auf ihre Hemmwirkung gegen Leishmanien und Trypanosomen zu untersuchen.
Im ersten Projekt wurde ein neuartiges Monomer entwickelt, welches die Wasserlöslichkeit der Foldamere verbessern sollte. Zu diesem Zweck wurde eine zusätzliche, hoch polare Seitenkette in den Chinolingrundkörper eingeführt. Dieses modifizierte Monomer konnte erfolgreich synthetisiert werden. Um die Verbesserung der Wasserlöslichkeit gegenüber dem zuvor verwendeten Monomer zu testen, wurde erfolgreich ein Tetramer daraus aufgebaut. Das entschützte Tetramer konnte jedoch aufgrund seiner hohen Polarität nicht ausreichend gereinigt werden, um die abschließenden Löslichkeitsuntersuchungen durchzuführen. Um dieses Problem zu umgehen, wurde von der Umsetzung in Lösung auf Reaktionen an der Festphase gewechselt, was die Reinigung der Produkte wesentlich erleichtern sollte. Dabei wurde eine vom Arbeitskreis von I. Huc neu entwickelte mikrowellengestützte Methode verwendet. Das Referenzmolekül mit den bisher verwendeten Seitenketten konnte so ohne Probleme synthetisiert und seine Löslichkeit in Wasser bestimmt werden. Beim neu entwickelten Monomer kam es allerdings beim Aufbau des Tetrameres zu einer Zersetzungsreaktion, weshalb das abschließende Ziel nicht erreicht werden konnte.
Im zweiten Projekt wurden zwei Ziele angestrebt: Zunächst sollte ein Weg gefunden werden, die Einführung der Seitenketten an den Chinolinen erst an der festen Phase vorzunehmen, wodurch viele Syntheseschritte bei der Vorbereitung der Monomere gespart werden könnten. Zusätzlich sollte eine neue Kupplungsreaktion entwickelt werden, wodurch der Entschützungsschritt des zu kuppelnden Amins an der Festphase eingespart werden kann. Dadurch würde vor allem bei großen Foldameren das Harz geschont und die Gefahr einer Degenerierung wesentlich verringert. Für die Kupplungsreaktion vorgesehen war ein azidfunktionalisiertes Monomer, das mittels Staudinger-Reaktion verknüpft werden sollte. Das entsprechende Monomer konnte erfolgreich synthetisiert werden. Auch das erste Ziel, die Einführung der Seitenkette an der Festphase, konnte erfolgreich durchgeführt werden. Leider war die Verwirklichung beider Ziele über die gleiche Syntheseroute nicht ohne weiteres möglich. Da das Monomer ohne die Seitenkette deutlich hydrophiler wurde, wäre eine Trocknungsmethode bei erhöhter Temperatur von Vorteil gewesen, um gebundenes Wasser vollständig zu entfernen. Da das Monomer allerdings auch eine Azidfunktion trägt und sich bei 130 °C explosionsartig zersetzt, war dies nicht möglich. Allerdings genügen bereits geringe Spuren von Feuchtigkeit, um die Staudinger-Reaktion zu beeinträchtigten. Deshalb konnte das zweite Projektziel nicht verwirklicht werden.
Im dritten Projekt wurde die Herstellung einer großen Foldamer-Bibliothek für die Untersuchung der Bindungsaffinität gegenüber IL-4 angestrebt. Sie sollte aus 48 Hexameren bestehen, wobei an drei Monomeren die Seitenketten variiert werden sollten, um ein breites Spektum an verschiedenen Kombinationen von Wechselwirkungen abzudecken. Dazu wurden zunächst vier verschiedene Monomere synthetisiert, welche eine aromatisch, eine unpolare, eine anionische bzw. eine kationische Seitenkette enthielten. Für die Kupplung der Foldamere wurde eine an die Synthese von Aminosäuresequenzen angelehnte Methode entwickelt und erfolgreich angewandt. So konnten alle 48 Foldamere erfolgreich synthetisiert und 46 von ihnen in ausreichenden Mengen für die Untersuchung an IL-4 gereinigt werden. Leider liegen für diese Bibliothek bisher keine abschließenden Ergebnisse über die Inhibitionseigenschaften gegenüber IL-4 vor. Strukturell sehr ähnliche Foldamere zeigten jedoch in ersten Experimenten eine Inhibition von IL-4 was eine Wirksamkeit der neu erstellten Bibliothek vermuten lässt.
Das vierte Projekt wurde im Rahmen des SFB 630 durchgeführt. Hierzu wurden einige der ursprünglich für andere Projekte hergestellten Foldamere ausgewählt, teilweise entschützt bzw. an der Nitrogruppe reduziert und anschließend auf Ihre Aktivität gegen Leishmanien und Trypanosomen getestet. Es zeigte sich, dass das verwendete Substitutionsmuster, in den gestesteten Konzentrationen nicht gegen Leishmanien und Trypanosomen wirksam ist. Es eignet sich also nicht für die Erstellung einer neuen Leitstruktur gegen diese beiden Erreger. Allerdings trat im untersuchten Konzentrationsbereich auch keine Zytotoxizität auf, was eine interessante Information für die Verwendung der Foldamere und ihrer Bausteine in biologischen Systemen darstellt.
N2  - The present work deals with the synthesis, characterization and testing of foldamers and their sub-units within the FOLDAPPI-project (foldamer against protein-protein interaction). Furthermore, novel substituted quinolines were constructed to be tested in the SFB 630 for their inhibitory activity against Leishmania and Trypanosoma.
Within the first project, a novel monomer was developed, in order to improve the water-solubility of the foldamers. For this purpose, an additional, highly polar side chain was introduced into the quinoline core-structure. This modified monomer was successfully synthesized. To test the improvement in water solubility compared to the previously used monomers, a tetramer was successfully constructed. However, the deprotected tetramer could not be sufficiently purified due to its high polarity; thus the final solubility studies could not be performed. In order to avoid this problem, the reaction-path was changed from reactions in solution to the solid phase, which should facilitate the purification of the products significantly. Here, a newly developed (group of I. Huc) microwave-assisted method was used. The reference molecule having the previously used side chains was synthesized without any problems and its solubility in water could be determined. The newly developed monomer, however, shows a decomposition reaction when forming the tetramere. Hence the final goal could not be achieved.
In the second project, two objectives were pursued: first, it was aimed to find a method to introduce the side chains of the quinolines on solid phase, which could save many synthetic steps in the preparation of the monomers. Additionally, a new coupling reaction should be developed in order to save the deprotection-step of the amine at the coupling on solid phase. As a result, especially for large foldamers, this would substantially reduce the risk of degeneration of the resin. For this coupling-reaction the azid-funtionalized monomer should be linked via a Staudingerreaction. The corresponding monomer was successfully synthesized. Also the first goal, the introduction of the side chain on the solid phase was successfully performed. Unfortunately, the achievement of both goals on the same synthetic route was not readily available. The monomer having no side chain is much more hydrophilic, a method of drying at an elevated temperature would be beneficial, in order to remove bound water. However, since the monomer also carries an azide, it would explosively decomposes at 130 °C, so this was not possible. However, even small traces of moisture would affect the Staudinger-Reaction. Therefore, the second objective of the project could not be realized.
In the third project, the preparation of a large foldamer library, for analysis of the binding affinity for IL-4 was performed. It should consist of 48 hexamers, wherein three monomers on the side chains should be varied to accommodate a wide variety of interactions. For this purpose, four different monomers were synthesized, which contained an aromatic, a polar, an anionic or a cationic sidechain. Similar to the synthesis of amino acid sequences a method has been developed and successfully applied for the coupling of the foldamers. Thus all 48 foldamers were successfully synthesized and 46 of them could be purified in sufficient quantities for the study on IL-4. However, no results on the inhibitory properties compared to IL -4 were known currently. Since structurally very similar foldamers have shown inhibition of IL -4, the newly created library is likely to be active.
The fourth project was carried out within the framework of the SFB 630. Therefore some of the foldamers originally produced for other projects were selected, partially deprotected or reduced at the nitro group and then tested for their activity against Leishmania and Trypanosoma. These compounds were not effective against Leishmania and Trypanosoma which might be due to the substitution pattern of the quinolines. However, in the investigated concentration range, no cytotoxicity occurred, which is an interesting piece of information for the use of foldamers and their components in biological systems.
KW  - Foldamere
KW  - Interleukin
KW  - Foldamers
KW  - Foldamer
KW  - abiotische
Y1  - 2013
UR  - https://opus.bibliothek.uni-wuerzburg.de/frontdoor/index/index/docId/9648
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bvb:20-opus-96486
ER  -