@phdthesis{WaagHiersch2017,
  author    = {Waag-Hiersch, Luisa},
  title     = {„iClick"-Reaktionen von Ru- und Rh-Azid-Komplexen mit elektronenarmen Alkinen: Regioselektivit{\"a}t, Stabilit{\"a}t und Kinetik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-146286},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2017},
  abstract  = {Die regioselektive Funktionalisierung von Bio(makro)molek{\"u}len erfordert Reaktionen, die mit einem biologischen System weder interagieren noch interferieren. Bestimmte funktionelle Gruppen, wie Azide oder Alkine, sind unter physiologischen Bedingungen inert, kommen nicht in der Natur vor, lassen sich selektiv miteinander verkn{\"u}pfen und sind nicht-toxisch gegen{\"u}ber Zellen und Organismen. F{\"u}r die Einf{\"u}hrung metallbasierter Funktionalit{\"a}ten in solche Zielstrukturen stellen Click-Reaktionen daher einen schnellen Zugang dar, wobei Reaktionen, die ohne Zusatz von Katalysator und bei Raumtemperatur ablaufen von besonderem Interesse sind. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher die „iClick"-Reaktion von Ruthenium-Azid-Komplexen der allgemeinen Formel [Ru(N3)(aren)(N-N)]+ mit bidentaten Stickstoffliganden sowie Rhodium-Azid-Komplexen der allgemeinen Formel [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]+ mit unterschiedlich substituierten 2,2'-Bipyridin-Coliganden (R = OCH3, H, COOCH3) gegen{\"u}ber elektronenarmen Alkinen zu untersuchen. R{\"o}ntgenstrukturanalysen der resultierenden Triazolat-Komplexe sollten den Koordinationsmodus best{\"a}tigten, da die Produkte der Click-Reaktionen prinzipiell als zwei verschiedene Regioisomere auftreten k{\"o}nnen. Die [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]CF3SO3-Komplexe mit 2,2'-Bipyridin (bpy), dem elektronenziehenden Ligand 4,4'-Bis(methoxycarbonyl)-2,2′-bipyridin (bpyCOOCH3,COOCH3) sowie dem elektronenschiebenden Ligand 4,4'-Dimethoxy-2,2'-bipyridin (bpyOCH3,OCH3) wurden aus den entsprechenden Rhodium-Chlorido-Komplexen durch F{\"a}llung des Halogenids mit Silbertrifluormethansulfonat und anschließender Umsetzung mit Natriumazid hergestellt. In L{\"o}sung waren diese Verbindungen jedoch nur begrenzt stabil, wobei der Komplex mit bpyOCH3,OCH3 am wenigsten empfindlich war, w{\"a}hrend [Rh(Cp*)(N3)(bpyCOOCH3,COOCH3)]CF3SO3 aufgrund der sehr schnellen Zersetzung nicht isoliert werden konnte. Die „iClick"-Reaktion der Rhodium-Azid-Komplexe mit 4,4,4-Trifluorobut-2-ins{\"a}ureethylester ergab dann aber die stabilen Triazolat-Komplexe [Rh(Cp*)(triazolatCF3,COOEt)(bpyR,R)]CF3SO3 in sehr guter Ausbeute. Die Ruthenium-Azid-Komplexe [Ru(N3)(N-N)(p­cym)]PF6 mit N-N = bpy, bpyCOOCH3,COOCH3, bpyOCH3,OCH3, Bipyrimidin (bpym) sowie Dipyrido[3,2­a:2',3'­c]phenazin (dppz) wurden ausgehend von den jeweiligen Ruthenium-Chlorido-Komplexen durch F{\"a}llung des Halogenid-Liganden mit Silbertrifluormethansulfonat und anschließender Umsetzung mit Natriumazid in guter bis moderater Ausbeute hergestellt. Um den Einfluss des Aren-Liganden zu untersuchen wurde außerdem der entsprechende Hexamethylbenzol-Komplex [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 in moderater Ausbeute hergestellt. Alle [Ru(N3)(aren)(N-N)]X-Komplexe mit X = PF6- oder CF3SO3- wurden mittels 1H, 13C NMR- und IR-Spektroskopie, CHN-Analyse sowie ESI-Massenspektrometrie charakterisiert. Die „iClick"-Reaktion dieser Komplexe erfolgte mit 4,4,4-Trifluorobut-2-ins{\"a}ureethylester und teilweise auch mit Dimethylacetylendicaboxylat (DMAD) in sehr guter bis guter Ausbeute. Außerdem konnten f{\"u}r die R{\"o}ntgenstrukturanalyse taugliche Einkristalle von [Ru(triazolatCF3,COOEt)(bpy)(hmb)]CF3SO3 und [Ru(triazolatCF3,COOEt)(bpyCOOCH3,COOCH3)(p­cym)]PF6 erhalten werden, die die N2-Koordination des Triazolat-Liganden an das Zentralatom best{\"a}tigten. Um diese als metallbasierte Marker einsetzen zu k{\"o}nnen, m{\"u}ssen die resultierenden Triazolat-Komplexe bei biologisch relevanten pH-Werten und gegen{\"u}ber Ligandenaustausch, zum Beispiel mit den Aminos{\"a}ureseitenketten von Proteinen, stabil sein. Durch HPLC-Untersuchungen an [Ru(triazolatCF3,COOEt)(bpy)(hmb)]CF3SO3 wurde gezeigt, dass dieser Komplex in w{\"a}ssriger L{\"o}sung {\"u}ber einen pH-Bereich von 1 bis 8 bei Raumtemperatur mindestens 24 h stabil ist. Außerdem konnte eine weitgehende Stabilit{\"a}t gegen{\"u}ber Ligandenaustausch mit den Seitenketten der Aminos{\"a}uren L­Cystein, L-Histidin, L­Methionin und L-Glutamins{\"a}ure bei 37 °C {\"u}ber mindestens 72 h festgestellt werden. Insbesondere die Geschwindigkeit der „iClick"-Reaktion ist in einem biologischen Kontext von Bedeutung, da die Konjugationsreaktionen schneller ablaufen m{\"u}ssen als interessierende biologische Prozesse. Mittels HPLC und IR-Spektroskopie wurde f{\"u}r die „iClick"-Reaktion der Rutheniumazid-Komplexe [Ru(N3)(bpyR,R)(p-cym)]PF6 mit R = OCH3, H oder COOCH3 sowie [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 mit einem {\"U}berschuss an 4,4,4-Trifluorobut-2-ins{\"a}ureethylester Geschwindigkeitskonstanten pseudoerster Ordnung im Bereich von 1 ­ 3*10-3 s-1 bestimmt. Außerdem war es mittels IR-Spektroskopie in L{\"o}sung m{\"o}glich die Geschwindigkeits-konstante pseudoerster Ordnung f{\"u}r die „iClick"-Reaktion der Rhodiumazid-Verbindungen [Rh(Cp*)(N3)(bpyR,R)]CF3SO3 mit R = OCH3, H oder COOCH3 und 4,4,4-Trifluorobut-2-ins{\"a}ureethylester zu 2 ­ 4*10-3 s-1 zu ermitteln. Insgesamt zeigte sich, dass Komplexe mit elektronenreichen Coliganden schneller mit 4,4,4-Trifluorobut-2-ins{\"a}ureethylester reagieren als solche mit elektronen{\"a}rmeren Liganden. Auch war die Geschwindigkeitskonstante f{\"u}r die Reaktion der Rhodium-Komplexe h{\"o}her als f{\"u}r die Rutheniumverbindungen. Die Geschwindigkeitskonstanten zweiter Ordnung wurden aus der 19F NMR-spektroskopischen Untersuchung der Reaktion von 4,4,4-Trifluorobut-2-ins{\"a}ureethylester und [Ru(N3)(bpyR,R) (p-cym)]PF6 mit R = OCH3, H oder COOCH3 sowie [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 bei 20 °C bestimmt. Bei ann{\"a}hernd gleichem Verh{\"a}ltnis von Alkin und Rutheniumazid-Komplexen wurden Geschwindigkeitskonstanten im Bereich von 1 - 2*10-2 L mol-1 s-1 erhalten. Diese sind gr{\"o}ßer als die der Staudinger-Ligation, aber kleiner als die der spannungsinduzierten Azid-Alkin Cycloaddition. Prinzipiell sollte damit also eine biologische Anwendung m{\"o}glich sein. Außerdem wurde die Aktivierungsenergie der Reaktion von [Ru(N3)(bpy)(p­cym)]PF6 mit 4,4,4-Trifluorobut-2-ins{\"a}ureethylester aus der Untersuchung der Temperaturabh{\"a}ngigkeit im Bereich von -20 °C bis +20 °C mit VT-NMR zu 46.1 kJ mol-1 bestimmt. In den 19F NMR-Spektren des Reaktionsgemisches zeigte sich bei -20 °C neben dem Signal des N2-koordinierten Triazolats außerdem ein weiteres, das dem N1-Isomer zuzuordnen ist, welches bei Erw{\"a}rmen jedoch wieder verschwand. In einer DFT-Rechnung wurde die Geometrie von [Ru(N3)(bpy)(hmb)]CF3SO3 optimiert. Dabei zeigte sich, dass nur etwa 25 - 30\% aller Trajektorien angreifender Alkinmolek{\"u}len einen Zugang zum Azid erm{\"o}glichen, sodass die Reaktionsgeschwindigkeit um etwa einen Faktor vier niedriger liegen sollte als f{\"u}r nicht oder nur wenig abgeschirmte Organoazid-Verbindungen. Die „iClick"-Reaktion der hier untersuchten Metall-Azid-Komplexe mit elektronenarmen Alkinen zeigt also bereits jetzt Reaktionsgeschwindigkeiten vergleichbar etablierter Biokonjugationsreaktionen. In Zukunft sollte daher das Potential anderer Metall-Azid-Bausteine untersucht und auch das Alkin variiert werden.},
  subject      = {Ruthenium},
  language  = {de}
}