TY  - THES
A1  - Ackermann, Johannes
T1  - Entwicklung verbesserter Verfahren zur Herstellung, Modifizierung und Charakterisierung diamantbasierter Materialien
T1  - Development of advanced methods for the production, modification and characterization of diamond-based materials
N2  - In dieser Dissertation wird beschrieben, wie es durch systematische Anwendung unterschiedlicher Methoden zur Herstellung und Modifizierung von Diamant gezielt und verlässlich möglich ist, die Eigenschaften von Diamanten zu beeinflussen. Es wird gezeigt, wie durch Variation der Parameter bei dem Wachstum von Diamant Einfluss auf dessen Morphologie und Eigenschaften genommen werden kann. Des Weiteren wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem die Oberfläche des Diamanten durch Ozon effizient oxidiert beziehungsweise reduziert werden kann. Um diese veränderte Oberflächenbelegung möglichst genau zu analysieren, wird im letzten Teil der Dissertation eine Methode zur qualitativen und quantitativen Analytik der Oberflächen von Kohlenstoffnanomaterialien beschrieben.
N2  - This dissertation describes how it is possible to alter the properties of diamond utilizing varying methods for diamond growth and surface modification. It is shown, how by varying the parameters during the growth of diamond, influence can be exerted on its morphology and properties. Furthermore, a procedure is described to efficiently oxidize or reduce the surface of diamond using ozone. In order to analyze this modified surface as precisely as possible, a method for qualitative and quantitative analysis suitable for carbon nanomaterials is presented.
KW  - Diamant
KW  - CVD-Verfahren
KW  - Ozon
KW  - Titration
KW  - Nanodiamant
KW  - Oberflächenanalytik
KW  - Funktionalisierung <Chemie>
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-273608
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bauer, Christian
T1  - Towards ecological and efficient electrochemical energy storage in supercapacitors and sodium ion batteries using onion-like carbon
T1  - Ökologische und effiziente elektrochemische Energiespeicherung in Superkondensatoren und Natriumionen-Batterien mit Kohlenstoff-Nanozwiebeln
N2  - In this thesis, the usage of onion-like carbon (OLC) for energy storage applications was researched regarding sustainability, performance and processability. This work targets to increase the scientific understanding regarding the role of OLC in electrodes and to facilitate a large-scale production, which is the foundation for commercial application. Research was devoted to increase the knowledge in the particular field, to yield synergistic approaches and a shared value regarding sustainability and performance.
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Verwendung von Onion-like Carbon (OLC) als Aktivmaterial zur Energiespeicherung untersucht. Die Arbeit zielte darauf ab, das wissenschaftliche Verständnis der Rolle von OLC im Kontext der elektrochemischen Energiespeicherung zu verbessern. Hierfür wurde an den Prozessschritten und Verfahren gearbeitet, um OLC-basierte Elektroden erfolgreich in Superkondensatoren und Pseudokondensatoren zu verwenden. Auch der Einsatz von OLC als Aktivmaterial für Natriumionenbatterien wurde erforscht, wobei sich das Material in dieser Anwendung als Aktivmaterial ungeeignet erwies. Die Bearbeitungen dieser Fragestellungen war darauf ausgerichtet, das Wissen in diesem Bereich zu erweitern, synergetische Ansätze für Problemlösungen zu finden und einen Mehrwert in Bezug auf Nachhaltigkeit, Performance und Prozessierbarkeit zu schaffen.
KW  - Elektrochemie
KW  - Chemie
KW  - Anode
KW  - Kohlenstoff
KW  - Superkondensator
KW  - OLC
KW  - SIB
KW  - PEDOT
KW  - Supercap
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-317956
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Brenner, Daniela
A1  - Geiger, Nina
A1  - Schlegel, Jan
A1  - Diesendorf, Viktoria
A1  - Kersting, Louise
A1  - Fink, Julian
A1  - Stelz, Linda
A1  - Schneider-Schaulies, Sibylle
A1  - Sauer, Markus
A1  - Bodem, Jochen
A1  - Seibel, Jürgen
T1  - Azido-ceramides, a tool to analyse SARS-CoV-2 replication and inhibition — SARS-CoV-2 is inhibited by ceramides
JF  - International Journal of Molecular Sciences
N2  - Recently, we have shown that C6-ceramides efficiently suppress viral replication by trapping the virus in lysosomes. Here, we use antiviral assays to evaluate a synthetic ceramide derivative α-NH2-ω-N3-C6-ceramide (AKS461) and to confirm the biological activity of C6-ceramides inhibiting SARS-CoV-2. Click-labeling with a fluorophore demonstrated that AKS461 accumulates in lysosomes. Previously, it has been shown that suppression of SARS-CoV-2 replication can be cell-type specific. Thus, AKS461 inhibited SARS-CoV-2 replication in Huh-7, Vero, and Calu-3 cells up to 2.5 orders of magnitude. The results were confirmed by CoronaFISH, indicating that AKS461 acts comparable to the unmodified C6-ceramide. Thus, AKS461 serves as a tool to study ceramide-associated cellular and viral pathways, such as SARS-CoV-2 infections, and it helped to identify lysosomes as the central organelle of C6-ceramides to inhibit viral replication.
KW  - ceramides
KW  - SARS-CoV-2
KW  - azido-ceramides
KW  - sphingolipids
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313581
SN  - 1422-0067
VL  - 24
IS  - 8
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Brust, Felix
A1  - Nagler, Oliver
A1  - Shoyama, Kazutaka
A1  - Stolte, Matthias
A1  - Würthner, Frank
T1  - Organic Light‐Emitting Diodes Based on Silandiol‐Bay‐Bridged Perylene Bisimides
JF  - Advanced Optical Materials
N2  - Perylene bisimides (PBIs) are among the best fluorophores but have to be enwrapped for optoelectronic applications by large and heavy substituents to prevent their ππ‐stacking, which is known to accelerate non‐radiative decay processes in the solid state. Here, light‐weight di‐tert‐butylsilyl groups are introduced to bridge 1,12‐dihydroxy and 1,6,7,12‐tetrahydroxy PBIs to afford sublimable dyes for vacuum‐processed optoelectronic devices. For both new compounds, this substitution provides a twisted and shielded perylene π‐core whose, via OSiObridges, rigid structure affords well‐resolved absorption and emission spectra with strong fluorescence in solution, as well as in the solid state. The usefulness of these dyes for vacuum‐processed optoelectronic devices is demonstrated in organic light‐emitting diodes (OLEDs) that show monomer‐like emission spectra and high maximum external quantum efficiency (EQEmax) values of up to 3.1% for the doubly silicon‐bridged PBI.
KW  - organic light emitting diodes
KW  - perylene bisimide dyes
KW  - rigidification
KW  - solid‐state emission
KW  - vacuum processable
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-312599
VL  - 11
IS  - 5
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Brünnert, Daniela
A1  - Seupel, Raina
A1  - Goyal, Pankaj
A1  - Bach, Matthias
A1  - Schraud, Heike
A1  - Kirner, Stefanie
A1  - Köster, Eva
A1  - Feineis, Doris
A1  - Bargou, Ralf C.
A1  - Schlosser, Andreas
A1  - Bringmann, Gerhard
A1  - Chatterjee, Manik
T1  - Ancistrocladinium A induces apoptosis in proteasome inhibitor-resistant multiple myeloma cells: a promising therapeutic agent candidate
JF  - Pharmaceuticals
N2  - The N,C-coupled naphthylisoquinoline alkaloid ancistrocladinium A belongs to a novel class of natural products with potent antiprotozoal activity. Its effects on tumor cells, however, have not yet been explored. We demonstrate the antitumor activity of ancistrocladinium A in multiple myeloma (MM), a yet incurable blood cancer that represents a model disease for adaptation to proteotoxic stress. Viability assays showed a potent apoptosis-inducing effect of ancistrocladinium A in MM cell lines, including those with proteasome inhibitor (PI) resistance, and in primary MM cells, but not in non-malignant blood cells. Concomitant treatment with the PI carfilzomib or the histone deacetylase inhibitor panobinostat strongly enhanced the ancistrocladinium A-induced apoptosis. Mass spectrometry with biotinylated ancistrocladinium A revealed significant enrichment of RNA-splicing-associated proteins. Affected RNA-splicing-associated pathways included genes involved in proteotoxic stress response, such as PSMB5-associated genes and the heat shock proteins HSP90 and HSP70. Furthermore, we found strong induction of ATF4 and the ATM/H2AX pathway, both of which are critically involved in the integrated cellular response following proteotoxic and oxidative stress. Taken together, our data indicate that ancistrocladinium A targets cellular stress regulation in MM and improves the therapeutic response to PIs or overcomes PI resistance, and thus may represent a promising potential therapeutic agent.
KW  - multiple myeloma
KW  - ancistrocladinium A
KW  - naphthylisoquinoline alkaloids
KW  - proteasome inhibitor resistance
KW  - RNA splicing
KW  - cellular stress response
KW  - proteasome subunit beta type-5 (PSMB5)
KW  - activating transcription factor 4 (ATF4)
KW  - ataxia teleagiectasia mutated (ATM)
KW  - H2A histone family member X (H2AX)
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-362887
SN  - 1424-8247
VL  - 16
IS  - 8
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Dietzsch, Julia
A1  - Jayachandran, Ajay
A1  - Mueller, Stefan
A1  - Höbartner, Claudia
A1  - Brixner, Tobias
T1  - Excitonic coupling of RNA-templated merocyanine dimer studied by higher-order transient absorption spectroscopy
T2  - Chemical Communications
N2  - We report the synthesis and spectroscopic analysis of RNA containing the barbituric acid merocyanine rBAM2 as a nucleobase surrogate. Incorporation into RNA strands by solid-phase synthesis leads to fluorescence enhancement compared to the free chromophore. In addition, linear absorption studies show the formation of an excitonically coupled H-type dimer in the hybridized duplex. Ultrafast third- and fifth-order transient absorption spectroscopy of this non-fluorescent dimer suggests immediate (sub-200 fs) exciton transfer and annihilation due to the proximity of the rBAM2 units.
KW  - Barbituric Acid Merocyanines
KW  - Nucleobase Surrogate Incorporation
KW  - Higher-order Transient Absorption Spectroscopy
KW  - rBAM2-labeled RNA strands
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-327772
ET  - submitted version
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Fersch, Daniel
A1  - Malý, Pavel
A1  - Rühe, Jessica
A1  - Lisinetskii, Victor
A1  - Hensen, Matthias
A1  - Würthner, Frank
A1  - Brixner, Tobias
T1  - Single-Molecule Ultrafast Fluorescence-Detected Pump–Probe Microscopy
N2  - We introduce fluorescence-detected pump–probe microscopy by combining a wavelength-tunable ultrafast laser with a confocal scanning fluorescence microscope, enabling access to the femtosecond time scale on the micrometer spatial scale. In addition, we obtain spectral information from Fourier transformation over excitation pulse-pair time delays. We demonstrate this new approach on a model system of a terrylene bisimide (TBI) dye embedded in a PMMA matrix and acquire the linear excitation spectrum as well as time-dependent pump–probe spectra simultaneously. We then push the technique towards single TBI molecules and analyze the statistical distribution of their excitation spectra. Furthermore, we demonstrate the ultrafast transient evolution of several individual molecules, highlighting their different behavior in contrast to the ensemble due to their individual local environment. By correlating the linear and nonlinear spectra, we assess the effect of the molecular environment on the excited-state energy.
KW  - Fluoreszenz
KW  - Ultrafast spectroscopy
KW  - Single-molecule microscopy
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313485
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fink, Julian
T1  - Synthese von molekularen Werkzeugen zur Visualisierung und Untersuchung des Sphingolipidmetabolismus und weiterer biologischer Prozesse
T1  - Synthesis of molecular tools to visualize and study sphingolipid metabolism and other biological processes
N2  - Die Zelle stellt die kleinste Einheit des Lebens dar und zeichnet sich durch die hoch koordinierte Anordnung von mehreren Millionen (Bio-)Molekülen zu einem mikrometergroßen Objekt aus. Als struktureller Bestandteil der Lipiddoppelschicht eukaryotischer Zellen spielt neben Sterolen und Glycerolipiden die Verbindungsklasse der Sphingolipide eine zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Membranintegrität.[472] Darüber hinaus sind bioaktive Sphingolipide bei vielen grundlegenden zellulären Prozessen wie Apoptose, Wachstum, Differenzierung, Migration und Adhäsion entscheidend beteiligt.[87,120] Ein gestörtes Gleichgewicht des Sphingolipidmetabolismus und Defekte der entsprechenden Stoffwechselwege stehen im Zusammenhang mit vielen Krankheiten wie Krebs, Diabetes, Adipositas, Arteriosklerose, chronischen Entzündungen und Autoimmunerkrankungen sowie viraler und bakterieller Pathogenese.[22,143,473,474] 
Die Entwicklung und Anwendung von Sphingolipidanaloga als potenzielle Wirkstoffe rückten in den letzten Jahren immer weiter in den Fokus der interdisziplinären Forschung von Biologen, Chemikern und Medizinern. Als bekanntestes Beispiel ist Fingolimod (FTY720) zu nennen, das als Sphingosin-1-phosphat-Mimetikum heute unter dem Markennamen Gilenya® erfolgreich als Arzneistoff zur Behandlung von Multipler Sklerose eingesetzt wird.[475] Es besteht jedoch die Gefahr, dass Fingolimod zur Schädigung anderer Zellfunktionen und zu gravierenden Nebeneffekten wie Bradykardie führen kann.[476] Da Sphingolipide ebenfalls in der Kontrolle von bakteriellen und viralen Infektionen essentiell beteiligt sind, spielen Sphingolipide und deren synthetisch dargestellte Derivate vermehrt eine Rolle in der Wirkstoffentwicklung im Kampf gegen pathogene Krankheitserreger.[175,477-479] Die Wirkweise von antimikrobiellen Sphingolipiden ist bisher nicht vollständig aufgeklärt. Für eine Weiterentwicklung von bekannten Medikamenten gegen verschiedene Krankheiten oder für die Entwicklung neuartiger Wirkstoffe gegen Erreger ist eine umfassende Untersuchung der zugrundeliegenden zellulären Mechanismen auf molekularer Ebene entscheidend. 
Hierfür finden aufgrund der relativ einfachen Detektion mittels Fluoreszenzmikroskopie häufig fluoreszenzmarkierte Sphingolipidderivate breite Anwendung.[480] Die kovalent gebundene Farbstoffeinheit bringt jedoch wesentliche Nachteile mit sich, da sich die Biomoleküle durch die veränderte Struktur und Polarität in ihren biologischen Eigenschaften von den natürlichen Substraten unterscheiden können. Die Verwendung von bioorthogonal funktionalisierten Biomolekülen umgeht dieses Problem, da die strukturellen Änderungen minimal gehalten werden.  
Nach dem zellulären Einbau dieser Derivate ist eine schnelle und spezifische Konjugation mit einem komplementären Fluorophor zu einem gewünschten Zeitpunkt durch sogenannte Click-Reaktionen wie CuAAC oder SPAAC möglich.[12,46] Das Prinzip der Click-Chemie wurde bereits auf eine Vielzahl an Biomolekülen wie Sphingolipide, Fettsäuren, Aminosäuren, Proteine, Kohlenhydrate, Nukleoside oder Nukleinsäuren (DNA und RNA) übertragen.[47,280] Jedoch bedarf es weiterer spezifisch modifizierter Verbindungen, die vielfältige bioorthogonale Reaktionen für die Untersuchung von Zellprozessen zulassen ‒ sowohl in vitro als auch in vivo.
Um neue Therapieansätze gegen verschiedene Krankheiten zu entwickeln und schwerwiegende Nebenwirkungen zu vermeiden, ist die detaillierte Erforschung hochkomplexer Zellvorgänge auf molekularer Ebene von entscheidender Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Synthese und Charakterisierung von molekularen Werkzeugen, die in Kombination mit verschiedenen aktuellen Mikroskopie- und Massenspektrometriemethoden die Visualisierung und Untersuchung des Sphingolipidmetabolismus und weiterer biologischer Prozesse ermöglichen.
Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit eine Vielzahl an Sphingolipiden und deren bioorthogonal funktionalisierte Analoga ausgehend von der Aminosäure L-Serin erfolgreich synthetisiert. Die vorgestellten Verbindungen eignen sich in Kombination mit Massenspektrometrie und Fluoreszenz- oder Elektronenmikroskopie als molekulare Werkzeuge zur Untersuchung des komplexen Sphingolipidmetabolismus sowie des Einbaus und der Dynamik von Sphingolipiden in Modell- und Zellmembranen. Sowohl in humanen und tierischen Zellen als auch in Bakterien wurden die azidmodifizierten Sphingolipide durch Click-Reaktionen visualisiert, um ein verbessertes Verständnis von bakteriellen und viralen Infektionsprozessen zu erhalten. Der modulare Ansatz der Click-Chemie ermöglicht die Verwendung verschiedener komplementär funktionalisierter Farbstoffe, die unterschiedliche Eigenschaften bezüglich der Membrandurchgängigkeit oder Absorptions- und Emissionswellenlängen besitzen und somit je nach biologischer Fragestellung gezielt eingesetzt werden können.
Alles in allem tragen die in dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen dazu bei, die Rolle von Sphingolipiden bei Infektionsprozessen und Krankheitsverläufen auf subzellulärer Ebene aufzuklären. Dadurch wird ein entscheidender Beitrag für die Entwicklung neuartiger Wirkstoffe gegen bakterielle oder virale Erreger sowie innovativer Therapien gegen verschiedene humane Krankheiten geliefert.
N2  - The cell represents the smallest unit of life and is characterized by the highly coordinated arrangement of several million (bio)molecules to form a micrometer-sized object. As a structural component of the lipid bilayer of eukaryotic cells, in addition to sterols and glycerophospholipids, the compound class of sphingolipids plays a central role in maintaining membrane integrity.[472]  In addition, bioactive sphingolipids are critically involved in many basic cellular processes such as apoptosis, growth, differentiation, migration and adhesion.[87,120] A disturbed balance of the sphingolipid metabolism and defects in the corresponding metabolic pathways are associated with many diseases such as cancer, diabetes, obesity, arteriosclerosis, chronic inflammation and autoimmune diseases as well as viral and bacterial pathogenesis.[22,143,473,474]
The development and application of sphingolipid analogues as potential active ingredients have moved more and more into the focus of interdisciplinary research by biologists, chemists and medical professionals in recent years. The best-known example is fingolimod (FTY720), which is now successfully used as a sphingosine-1-phosphate mimetic under the brand name Gilenya® as a drug for the treatment of multiple sclerosis.[475] However, there is a risk that fingolimod can damage other cell functions and lead to serious side effects such as bradycardia.[476] Since sphingolipids are also essential for the control of bacterial and viral infections, sphingolipids and their synthetically produced derivatives are playing an increasing a role in the development of active ingredients in the fight against pathogenic germs.[175,477-479] The mode of action of antimicrobial sphingolipids has not yet been fully elucidated. A comprehensive investigation of the underlying cellular mechanisms at the molecular level is crucial for further development of known drugs against various diseases or for the development of novel active substances against pathogens. 
Due to the relatively easy detection by fluorescence microscopy, fluorescence-labeled sphingolipid derivatives are widely used for this purpose.[480] However, the covalently bonded dye unit has significant disadvantages since the biological properties of the biomolecules can differ from the natural substrates concerning structure and polarity changes. The usage of bioorthogonally functionalized biomolecules avoids this problem because the structural changes are kept to a minimum. After the cellular incorporation of these derivatives, rapid and specific conjugation with a complementary fluorophore at a desired point of time is possible by so-called click reactions such as CuAAC or SPAAC.[12,46] 
The concept of click chemistry has already been applied to a large number of biomolecules such as sphingolipids, fatty acids, amino acids, proteins, carbohydrates, nucleosides or nucleic acids (DNA and RNA).[47,280] However, further specifically modified compounds are required, allowing diverse bioorthogonal reactions for the investigation of cell processes – both in vitro and in vivo.
In order to develop new therapeutic approaches against numerous diseases and to avoid serious side effects, detailed research into highly complex cell processes at the molecular level is of crucial importance. Therefore, the aim of this work was the synthesis and characterization of molecular tools which, in combination with several current microscopy and mass spectrometry methods, enable the visualization and investigation of the sphingolipid metabolism and other biological processes. 
In summary, a variety of sphingolipids and their bioorthogonally functionalized analogues were successfully synthesized in this work starting from the amino acid L-serine. In combination with mass spectrometry and fluorescence or electron microscopy, the presented compounds are suitable as molecular tools for the investigation of the complex sphingolipid metabolism as well as the incorporation and dynamics of sphingolipids in model and cell membranes. The azide-modified sphingolipids were visualized by click reactions in human and animal cells as well as in bacteria to gain a better understanding of bacterial and viral infection processes. The modular approach of click chemistry enables the use of different complementarily functionalized dyes that have different properties in terms of membrane permeability or absorption and emission wavelengths and can therefore be used in a targeted manner depending on the biological issue.
All in all, the compounds synthesized in this work help to elucidate the role of sphingolipids in infection processes and disease progression at subcellular level. This makes a decisive contribution to the development of novel active substances against bacterial or viral pathogens as well as of innovative therapies against various human diseases.
KW  - Chemische Synthese
KW  - Sphingolipide
KW  - Click-Chemie
KW  - Organische Synthese
KW  - Sphingolipidderivate
KW  - bioorthogonale Markierung
KW  - Wirkstoffentwicklung
KW  - Infektionsprozesse
KW  - Sphingolipidanaloga
KW  - Sphingolipidstoffwechsel
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-286992
ER  - 
TY  - THES
A1  - Helmerich, Dominic Andreas
T1  - Einflüsse der Photophysik und Photochemie von Cyaninfarbstoffen auf die Lokalisationsmikroskopie
T1  - Impact of photophysics and photochemistry of cyanine dyes on localization microscopy
N2  - In den letzten Jahren haben sich hochauflösende Fluoreszenzmikroskopiemethoden, basierend auf der Lokalisation einzelner Fluorophore, zu einem leistungsstarken Werkzeug etabliert, um Fluoreszenzbilder weit unterhalb der Auflösungsgrenze zu generieren. Hiermit können räumliche Auflösungen von ~ 20 nm erzielt werden, was weit unterhalb der Beugungsgrenze liegt. Dabei haben zahlreiche Optimierungen und Entwicklungen neuer Methoden in der Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie die Genauigkeit der orstspezifischen Bestimmung einzelner Fluorophore auf bis zu ~ 1 – 3 nm erhöht. Eine Auflösung im molekularen Bereich, weit unterhalb von ~ 10 nm bleibt allerdings herausfordernd, da die Lokalisationsgenauigkeit nur ein Kriterium hierfür ist. Allerdings wurde sich in den letzten Jahren überwiegend auf die Verbesserung dieses Parameters konzentriert. Weitere Kriterien für die fluoreszenzmikroskopische Auflösung sind dabei unter anderem die Markierungsdichte und die Kopplungseffizienz der Zielstruktur, sowie der Kopplungsfehler (Abstand zur Zielstruktur nach Farbstoffkopplung), die sich herausfordernd für eine molekulare Auflösung darstellen. Auch wenn die Kopplungseffizienz und -dichte hoch und der Kopplungsfehler gering ist, steigt bei Interfluorophordistanzen < 5nm, abhängig von den Farbstoffen, die Wahrscheinlichkeit von starken und schwachen Farbstoffwechselwirkungen und damit von Energieübertragungsprozessen zwischen den Farbstoffen, stark an. Daneben sollten Farbstoffe, abhänging von der Lokalisationsmikroskopiemethode, spezifische Kriterien, wie beispielsweise die Photoschaltbarkeit bei dSTORM, erfüllen, was dazu führt, dass diese Methoden häufig nur auf einzelne Farbstoffe beschränkt sind. In dieser Arbeit konnte mithilfe von definierten DNA-Origami Konstrukten gezeigt werden, dass das Blinkverhalten von Cyaninfarbstoffen unter dSTORM-Bedingungen einer Abstandsabhängigkeit aufgrund von spezifischen Energieübertragungsprozessen folgt, womit Farbstoffabstände im sub-10 nm Bereich charakterisiert werden konnten. Darüber hinaus konnte diese Abstandsabhängigkeit an biologischen Proben gezeigt werden. Hierbei konnten verschiedene zelluläre Rezeptoren effizient und mit geringem Abstandsfehler zur Zielstruktur mit Cyaninfarbstoffen gekoppelt werden. Diese abstandsabhänigen Prozesse und damit Charakterisierungen könnten dabei nicht nur spezifisch für die häufig unter dSTORM-Bedingungen verwendeten Cyaninfarbstoffen gültig sein, sondern auch auf andere Farbstoffklassen, die einen Auszustand zeigen, übertragbar sein. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass hochauflösende dSTORM Aufnahmen unabhängig vom Farbstoffkopplungsgrad der Antikörpern sind, welche häufig für Standardfärbungen von zellulären Strukturen verwendet werden. Dabei konnte durch Photonenkoinzidenzmessungen dargelegt werden, dass aufgrund komplexer Farbstoffwechselwirkungen im Mittel nur ein Farbstoff aktiv ist, wobei höhere Kopplungsgrade ein komplexes Blinkverhalten zu Beginn der Messung zeigen. Durch die undefinierten Farbstoffabstände an Antikörpern konnte hier kein eindeutiger Energieübertragungsmechanismus entschlüsselt werden. Dennoch konnte gezeigt werden, dass Farbstoffaggregate bzw. H-Dimere unter dSTORM-Bedingungen destabilisiert werden. Durch die zuvor erwähnten DNA-Origami Konstrukte definierter Interfluorophordistanzen konnten Energieübertragungsmechanismen entschlüsselt werden, die auch für die Antikörper diverser Kopplungsgrade gültig sind. Des Weiteren konnten, ausgelöst durch komplexe Energieübertragungsprozesse höherer Kopplungsgrade am Antikörper, Mehrfarbenaufnahmen zellulärer Strukturen generiert werden, die über die spezifische Fluoreszenzlebenszeit separiert werden konnten. Dies stellt hier eine weitere Möglichkeit dar, unter einfachen Bedingungen, schnelle Mehrfarbenaufnahmen zellulärer Strukturen zu generieren. Durch die Verwendung des selben Farbstoffes unterschiedlicher Kopplungsgrade kann hier nur mit einer Anregungswellenlänge und frei von chromatischer Aberration gearbeitet werden. Neben den photophysikalischen Untersuchungen der Cyaninfarbstoffe Cy5 und Alexa Fluor 647 wurden diese ebenso photochemisch näher betrachtet. Dabei konnte ein neuartiger chemischer Mechanismus entschlüsselt werden. Dieser Mechanismus führt, ausgelöst durch Singulett-Sauerstoff (1O2), zu einer Photozerschneidung des konjugierten Doppelbindungssystems um zwei Kohlenstoffatome, was zu strukturellen und spektroskopischen Veränderungen dieser Farbstoffe führt. Auf Grundlage dieses Mechanismus konnte eine neue DNA-PAINT Methode entwickelt werden, die zu einer Beschleunigung der Aufnahmezeit führt.
N2  - In recent years, high-resolution fluorescence microscopy methods based on the localization of individual fluorophores have become a powerful tool for generating fluorescence images below the diffraction limit. This means that spatial resolutions of ~ 20 nm can now be achieved, which are far below the diffraction limit. Numerous optimizations and developments of new methods in single molecule localization microscopy have increased the localization precision up to ~ 1 - 3 nm. However, a spatial resolution in the molecular range, far below ~ 10 nm, remains challenging, because the localization precision is only one criterion for achieving molecular resolution. However, in recent years the main focus has been on improving this parameter. Additional challenging criteria for achieving molecular resolution include the coupling density and the coupling efficiency of the target structure, as well as the linkage error (distance to the target structure after dye coupling). Even if a high coupling density and coupling efficiency, as well as a low linkage error can be achieved, interfluorophore distances < 5 nm increase the probability of strong and weak dye interactions and thus energy transfer processes between the dyes strongly increase. In addition, depending on the localization microscopy method, dyes should fulfill specific criteria, such as photoswitchability for dSTORM, which means that these methods are often limited to a few dyes. In this work it could be shown with the help of defined DNA origami constructs that the blinking behavior of cyanine dyes follows a distance dependence under dSTORM conditions due to specific energy transfer processes. With this, dye distances in the sub-10 nm range could be characterized. In addition, this distance dependency could be shown on biological samples. Here, different cellular receptors could be efficiently labeled with Cy5 dyes at a low linkage error. These distance dependent processes and thus characterizations could not only be specifically valid for cyanine dyes that are frequently used under dSTORM conditions, but also be transferable to other classes of dyes that show a fluorescence off states. In addition, it could be shown that high resolution dSTORM images are independent of the degree of labeling of antibodies, which are often used for standard staining of cellular structures. It could be shown by photon antibunching measurements that, due to complex strong and weak dye interactions, only one dye is emitting on average, showing a complex blinking behavior at the beginning of the measurement with higher degrees of labeling. Due to the undefined distance between the dyes on antibodies, no clear energy transfer mechanism could be deciphered. Nevertheless, it could be shown that dye aggregates or H-dimers are destabilized under dSTORM conditions. The mentioned DNA origami constructs of defined interfluorophore distances made it possible to decipher energy transfer mechanisms that are also valid for antibodies of various degrees of labeling. Furthermore, triggered by complex energy transfer processes at higher degree of labeling on the antibody, multicolor images of cellular structures could be generated, which could be separated over the specific fluorescence lifetime. This represents a further possibility to generate fast multicolor images of cellular structures at simple buffer conditions. Here, by using the same dyes at different degrees of labeling, it is possible to work with only one excitation wavelength and free of chromatic aberration. In addition to the photophysical investigations of the cyanine dyes Cy5 and Alexa Fluor 647, the photochemical behaviour of these dyes was also examined more closely. Here, a novel chemical mechanism could be deciphered. This mechanism, triggered by singlet oxygen (1O2), leads to a phototruncation of the conjugated double bond system by two carbon atoms resulting in structural and spectroscopic changes of this dye. On the basis of this mechanism, a new DNA-PAINT method could be developed, leading to faster recording times.
KW  - Einzelmolekülmikroskopie
KW  - Cyaninfarbstoff
KW  - hochauflösende Fluoreszenzmikroskopie
KW  - Photophysik
KW  - Photochemie
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-247161
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mahl, Magnus
T1  - Polycyclic Aromatic Dicarboximides as NIR Chromophores, Solid-State Emitters and Supramolecular Host Platforms
T1  - Polyzyklische aromatische Dicarboximide als NIR-Chromophore, Festkörperemitter und supramolekulare Wirtsplattformen
N2  - The present thesis introduce different synthetic strategies towards a variety of polycyclic aromatic dicarboximides (PADIs) with highly interesting and diverse properties. This included tetrachlorinated, tetraaryloxy- and tetraaryl-substituted dicarboximides, fused acceptor‒donor(‒acceptor) structures as well as sterically shielded rylene and nanographene dicarboximides. The properties and thus the disclosure of structure‒property relationships of the resulting dyes were investigated in detail among others with UV‒vis absorption spectroscopy, fluorescence spectroscopy, cyclic voltammetry and single crystal X-ray analysis. For instance, some of the fused and substituted PADIs offer strong absorption of visible and near infrared (NIR) light, NIR emission and low-lying LUMO levels. On the contrary, intriguing optical features in the solid-state characterize the rylene dicarboximides with their bulky N-substituents, while the devised sterically enwrapped nanographene host offered remarkable complexation capabilities in solution.
N2  - Die vorliegende Arbeit stellt verschiedene Synthesestrategien für eine Vielfalt an polyzyklischen aromatischen Dicarboximiden (PADIs) mit hochinteressanten und vielfältigen Eigenschaften vor. Dies beinhaltete tetrachlorierte, tetraryloxy- und tetraaryl-substituierte Dicarboximide, fusionierte Akzeptor‒Donor(‒Akzeptor)-Strukturen wie auch sterisch abgeschirmte Rylen- und Nanographen-Dicarboximide. Die Eigenschaften und damit die Offenlegung von Struktur‒Eigenschaftsbeziehungen der resultierenden Farbstoffe wurden unter anderem mittels UV‒vis Absorptionsspektroskopie, Fluoreszenzspektroskopie, Zyklovoltammetrie und Einkristallstrukturanalyse detalliert untersucht. Zum Beispiel bieten einige der fusionierten und substituierten PADIs eine starke Absorption von sichtbaren und nahen Infrarot-Licht (NIR), NIR-Emission und niedrigliegende LUMO-Niveaus. Im Gegensatz dazu sind die Rylendicarboximide mit ihren voluminösen N-Substituenten durch faszinierende optische Eigenschaften im Festkörper charakterisiert, wohingegen der konzipierte sterisch eingehüllte Nanographen-Wirt bemerkenswerte Komplexierungs-Fähigkeiten in Lösung zeigte.
KW  - Organische Chemie
KW  - Perylenbisdicarboximide <Perylen-3,4:9,10-bis(dicarboximide)>
KW  - Farbstoff
KW  - Fluoreszenz
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - C-C coupling
KW  - dicarboximide
KW  - NIR chromophore
KW  - solid-state emitter
KW  - host-guest chemistry
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-234623
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mahlmeister, Bernhard
T1  - Twisted Rylene Bisimides for Organic Solar Cells and Strong Chiroptical Response in the Near Infrared
T1  - Kernverdrillte Rylenbisimide für organische Solarzellen und starke chirooptische Eigenschaften im Nahinfrarot
N2  - The chirality of the interlocked bay-arylated perylene motif is investigated upon its material prospect and the enhancement of its chiroptical response to the NIR spectral region. A considerable molecular library of inherently chiral perylene bisimides (PBIs) was utilized as acceptors in organic solar cells to provide decent device performances and insights into the structure-property relationship of PBI materials within a polymer blend. For the first time in the family of core-twisted PBIs, the effects of enantiopurity on the device performance was thoroughly investigated. The extraordinary structural sensitivity of CD spectroscopy served as crucial analytical tool to bridge the highly challenging gap between molecular properties and device analytics by proving the excitonic chirality of a helical PBI dimer. The chirality of this perylene motif could be further enhanced on a molecular level by both the expansion and the enhanced twisting of the π-scaffold to achieve a desirable strong chiroptical NIR response introducing a new family of twisted QBI-based nanoribbons. These achievements could be substantially further developed by expanding this molecular concept to a supramolecular level. The geometrically demanding supramolecular arrangement necessary for the efficient excitonic coupling was carefully encoded into the molecular design. Accordingly, the QBIs could form the first J-type aggregate constituting a fourfold-stranded superhelix of a rylene bisimide with strong excitonic chirality. Therefore, this thesis has highlighted the mutual corroboration of experimental and theoretical data from the molecular to the supramolecular level. It has demonstrated that for rylene bisimide dyes, the excitonic contribution to the overall chiroptical response can be designed and rationalized. This can help to pave the way for new organic functional materials to be used for
chiral sensing or chiral organic light-emitting devices.
N2  - Die Chiralität des verzahnten Bucht-arylierten Perylenmotivs wurde im Hinblick auf seine Materialanwendung sowie die Verstärkung seiner chiroptischen Eigenschaften im NIR-Spektralbereich untersucht. Eine umfangreiche Molekülbibliothek von inhärent chiralen PBIs wurde als NFAs in OSCs verwendet, um sowohl gute Solarzelleneffizienzen sowie Einblicke in die Struktur-Eigenschafts-Beziehung von PBI Materialien innerhalb einer Polymermischung zu erhalten. Zum ersten Mal wurden für kernverdrillte PBIs die Auswirkungen der Enantiomerenreinheit auf die Effizienz von organischen Dünnfilmbauteilen untersucht. Die außerordentliche strukturelle Empfindlichkeit der CD Spektroskopie diente als entscheidendes Analysewerkzeug, um die hoch anspruchsvolle Lücke zwischen der Analytik molekularer Eigenschaften und der Bauteilanalytik zu schließen, indem die exzitonische Chiralität eines helikalen PBI-Dimers nachgewiesen wurde. Die Chiralität dieses Perylenmotivs konnte auf molekularer Ebene weiter verstärkt werden, indem das π-Gerüst sowohl erweitert als auch stärker verdrillt wurde, um wünschenswert starke chiroptische Eigenschaften im NIR-Bereich zu erzielen und so eine neue Molekülfamilie kernverdrillter QBIs zu definieren. Diese Errungenschaften konnten durch die Ausweitung dieses molekularen Konzepts auf eine supramolekulare Ebene noch erheblich weiterentwickelt werden. Die geometrisch anspruchsvolle supramolekulare Anordnung, die für die effiziente exzitonische Kopplung erforderlich ist, wurde sorgfältig in das molekulare Design kodiert. Dementsprechend stellt das präsentierte QBI in seiner vierfach versetzt gestapelten Superhelix das erste Rylenbisimid-J-Aggregat dar, welches eine starke exzitonische Chiralität zeigt.    
Somit hat die Arbeit hat die gegenseitige Bestätigung von experimentellen und theoretischen Daten von der molekularen bis hin zur supramolekularen Ebene herausgestellt und gezeigt, dass für Rylenbisimid-Farbstoffe der exzitonische Beitrag zu den chiroptischen Eigenschaften konzipiert, synthetisch realisiert und quantenmechanisch verstanden werden kann. Dies kann den Weg für neue organische Funktionsmaterialien ebnen, die für chirale Sensoren oder Licht emittierende Bauteile verwendet werden können.
KW  - Molekül
KW  - Chiralität <Chemie>
KW  - Exziton
KW  - Organische Solarzelle
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - organic solar cell
KW  - non-fullerene acceptor
KW  - perylene bisimide
KW  - quaterrylene bisimide
KW  - inherent chirality
KW  - excitonic chirality
KW  - supramolecular chemistry
KW  - self-assembly
KW  - near infrared chirality
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-346106
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Menekse, Kaan
A1  - Mahl, Magnus
A1  - Albert, Julius
A1  - Niyas, M. A.
A1  - Shoyama, Kazutaka
A1  - Stolte, Matthias
A1  - Würthner, Frank
T1  - Supramolecularly Engineered Bulk‐Heterojunction Solar Cells with Self‐Assembled Non‐Fullerene Nanographene Tetraimide Acceptors
JF  - Solar RRL
N2  - A series of novel imide‐functionalized C\(_{64}\) nanographenes is investigated as acceptor components in organic solar cells (OSCs) in combination with donor polymer PM6. These electron‐poor molecules either prevail as a monomer or self‐assemble into dimers in the OSC active layer depending on the chosen imide substituents. This allows for the controlled stacking of electron‐poor and electron‐rich π–scaffolds to establish a novel class of non‐fullerene acceptor materials to tailor the bulk‐heterojunction morphology of the OSCs. The best performance is observed for derivatives that are able to self‐assemble into dimers, reaching power conversion efficiencies of up to 7.1%.
KW  - nanographene
KW  - non-fullerene acceptors
KW  - organic solar cells
KW  - polycyclic aromatic hydrocarbons
KW  - self-assembly
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-312099
VL  - 7
IS  - 2
ER  - 
TY  - THES
A1  - Menekşe, Kaan
T1  - Fabrication of Organic Solar Cells, Screening of Non-Fullerene Acceptors and the Investigation of their Intermolecular Interactions
T1  - Herstellung von organischen Solarzellen, Screening von Nicht-Fulleren-Akzeptoren und die Untersuchung ihrer intermolekularen Wechselwirkungen
N2  - In this thesis, intermolecular acceptor-acceptor interactions in organic solar cells based on new non-fullerene acceptors are addressed. For this purpose, first the reproducibility of organic electronic devices was tested on a new facility for their fabrication. This was followed by the screening for new acceptor materials. Based on this, three molecular systems were investigated with regard to their acceptor-acceptor interactions and their influence on solar cell efficiency.
N2  - In der vorliegenden Doktorarbeit werden zwischenmolekulare Akzeptor-Akzeptor Wechselwirkungen in organischen Solarzellen auf Basis von neuen nichtfulleren Akzeptoren behandelt. Dazu wurde zuerst die Reproduzierbarkeit von organischen Bauteilelementen an einer neuen Anlage zur Fertigung ebendieser getestet. Anschließend erfolgte die Suche nach neuen Akzeptormaterialien. Darauf aufbauend wurden drei Molekülsysteme hinsichtlich ihrer Akzeptor-Akzeptor Wechselwirkungen und deren Einfluss auf die Solarzelleneffizienz untersucht.
KW  - Organische Solarzelle
KW  - Nicht-Fulleren Akzeptor
KW  - Non-Fullerene Acceptor
KW  - Intermolekulare Wechselwirkungen
KW  - Intermolecular Interactions
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-291124
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mims, David
T1  - Einblicke in die Spinchemie durch Untersuchung des Magnetfeldeffektes in rigide gebundenen Radikalionenpaaren
T1  - Insights into the field of spin chemistry by studying the magnetic field effect in rigidly bound radical ion pairs
N2  - Synthese starrer Donor-Akzeptor-Verbindungen und Untersuchung des Magnetfeldeffektes auf Lebenszeit resultierender Biradikale mittels optischer Spektroskopie.
N2  - Synthesis of rigid donor-acceptor compounds and investigation of the magnetic field effect on the lifetimes of resulting biradicals using optical spectroscopy.
KW  - Magnetfeldeffekt
KW  - Radikalpaar
KW  - Biradikal
KW  - Präparative organische Chemie
KW  - Physikalische Chemie
KW  - Spinchemie
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-303547
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mut, Jürgen
T1  - Synthese komplexer funktionaler Mono- und Oligosaccharid-Bausteine zur Untersuchung und Modifikation von Membranoberflächen humaner mesenchymaler Stromazellen
T1  - Synthesis of complex functional mono- and oligosaccharide components for the investigation and modification of membrane surfaces of human mesenchymal stromal cells
N2  - Bei der Biofabrikation werden Zellen mit einem Biomaterial versetzt (vereint werden diese als Biotinte definiert) und durch additive Fertigungsmethoden wie dem 3D-Druck zu hierarchischen Strukturen aufgebaut. Zur Herstellung von künstlichen Gewebe und zukünftig auch von funktionalen Organen ist ein detailliertes Zellverständnis essentiell. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Systeme generiert, um die Zellmembranen von mesenchymalen Stromazellen gezielt zu verändern und um die Modifikationen zu charakterisieren. Durch Inkubation mit unnatürlichen Zuckern werden diese von Zellen aufgenommen und in den Zellmetabolismus eingeschleust und auf die Glycoproteine übertragen. Diese Methode ist als metabolic glycoengineering bekannt.
Dazu wurden diverse humane Saccharid-Analoga mit bioorthogonalen Gruppen (Azid oder Alkin) synthetisiert. Alle in dieser Arbeit vorgestellten Moleküle wurden NMR-spektroskopisch als auch massenspektrometrisch charakterisiert. 
Die acetylierten Mannosamin-Derivate konnten über zwei Stufen und die Sialinsäure-Derivate über sechs Stufen synthetisiert werden. Sialinsäuren sind die terminalen Zucker an Glycanketten von Proteinen mit wichtigen biologischen Funktionen. Im Rahmen des SFB TRR225 konnte in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Dr. R. Ebert der Einbau der Saccharide in mesenchymalen Stromazellen durch Fluoreszenzmikroskopie evaluiert werden. Aufgrund des effizienteren Einbaus der Sialinsäure mit Alkingruppe gegenüber der mit Azidgruppe, wurde dieser in den folgenden massenspektrometrischen Analysen eingesetzt. Die Messungen der markierten Glycoproteine wurden von Dr. Marc Driessen durchgeführt und der metabolische Einbau von SiaNAl und Ac4ManNAl in den Stromazellen gegenübergestellt. 55 Glycoproteine konnten durch SiaNAl und 94 durch Ac4ManNAl charakterisiert werden. Ein Abgleich der Proteindatenbanken eine Anreicherung von Proteine durch Fütterung von SiaNAl die in Signaltransduktion, Zellkontakte und Differenzierung involviert sind, womit metabolic glycoengineering prinzipiell zur Optimierung von Biofabrikationsprozessen genutzt werden kann.
N2  - In the field of biofabrication, cells are mixed with biomaterials (forming bioinks) to produce hierarchical structures using additive manufacturing such as 3D printing. A detailed understanding of cells is crucial for the production of artificial tissue and, in the future, also of functional organs. In this work, systems were generated to specifically modify the cell membranes of mesenchymal stromal cells. Unnatural saccharides are introduced into the cell metabolism during incubation and transferred onto extra- and intracellular glycoproteins. This method is known as metabolic glycoengineering. For this purpose, various human saccharide analogues with a bioorthogonal group (azide or alkyne) were synthesised. All molecules presented in this work were characterised by NMR spectroscopy and mass spectrometry.
Acetylated mannosamine and sialic acid derivatives were synthesised over two and six steps, respectively. Sialic acid is the terminal saccharide in complex glycan chains of proteins and mediates biological functions. The incorporation of the synthetic saccharides in mesenchymal stromal cells were evaluated by fluorescence microscopy in cooperation with the research group of Prof. Dr. R. Ebert (within the framework SFB TRR225). The alkyne variant displayed a more efficient incorporation and was chosen for the following mass spectrometric analysis. Therefore, lysates from stromal cells incubated with SiaNAl or Ac4ManNAl were measured by Dr. Marc Driessen. 55 and 94 glycoproteins were identified using SiaNAl and Ac4ManNAl, respectively. A comparison of protein databases indicated an enrichment for SiaNAl labelled proteins involved in signal transduction, cell junction and differentiation and thus metabolic glycoengineering can be used to optimize biofabrication processes.
This hypothesis was also investigated by measuring the cell stiffness and the correlating protection from shear stress of modified cells with the research group of Prof. Dr. B. Fabry. These experiments showed a tendency to increase the stiffness, but the results could not be reproduced. A synthetic galectin-1 ligand was used as modification of the cell membrane.
KW  - Glykane
KW  - Organische Synthese
KW  - Galectine
KW  - Kohlenhydrate
KW  - Polysaccharide
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-320654
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Neitz, Hermann
A1  - Bessi, Irene
A1  - Kuper, Jochen
A1  - Kisker, Caroline
A1  - Höbartner, Claudia
T1  - Programmable DNA interstrand crosslinking by alkene-alkyne [2+2] photocycloaddition
T2  - Journal of the American Chemical Society
N2  - Covalent crosslinking of DNA strands provides a useful tool for medical, biochemical and DNA nanotechnology applications. Here we present a light-induced interstrand DNA crosslinking reaction using the modified nucleoside 5-phenylethynyl-2’-deoxyuridine (\(^{Phe}\)dU). The crosslinking ability of \(^{Phe}\)dU was programmed by base pairing and by metal ion interaction at the Watson-Crick base pairing site. Rotation to intrahelical positions was favored by hydrophobic stacking and enabled an unexpected photochemical alkene-alkyne [2+2] cycloaddition within the DNA duplex, resulting in efficient formation of a \(^{Phe}\)dU-dimer after short irradiation times of a few seconds. A \(^{Phe}\)dU dimer-containing DNA was shown to efficiently bind a helicase complex, but the covalent crosslink completely prevented DNA unwinding, suggesting possible applications in biochemistry or structural biology.
KW  - light-induced interstrand DNA crosslinking
KW  - alkene-alkyne [2+2] photocycloaddition
KW  - DNA-based nanostructures
KW  - DNA-processing enzymes
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-311822
N1  - This document is the unedited Author's version of a Submitted Work that was subsequently accepted for publication in Journal of the American Chemical Society, copyright © 2023 The Authors. Published by American Chemical Society. after peer review. To access the final edited and published work see https://doi.org/10.1021/jacs.3c01611.
ET  - submitted version
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Neitz, Hermann
A1  - Höbartner, Claudia
T1  - A tolane-modified 5-ethynyluridine as a universal and fluorogenic photochemical DNA crosslinker
T2  - Chemical Communications
N2  - We report the fluorescent nucleoside ToldU and its application as a photoresponsive crosslinker in three different DNA architectures with enhanced fluorescence emission of the crosslinked products. The fluorogenic ToldU crosslinking reaction enables the assembly of DNA polymers in a hybridization chain reaction for the concentration-dependent detectio of a specific DNA sequence.
KW  - Tolane-Modified Fluorescent Nucleosides
KW  - Photoresponsive DNA Crosslinker
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-328255
ET  - submitted version
ER  - 
TY  - THES
A1  - Noll, Niklas
T1  - Second Coordination Sphere Engineering in Macrocyclic Ruthenium Water Oxidation Catalysts
T1  - Gestaltung der sekundären Koordinationssphäre von makrozyklischen Ruthenium Wasseroxidationskatalysatoren
N2  - About 2.4 billion years ago, nature has fundamentally revolutionized life on earth by inventing the multi-subunit protein complex photosystem II, the only molecular machine in nature that catalyzes the thermodynamically demanding photosynthetic splitting of water into oxygen and reducing equivalents. Nature chose a distorted Mn4CaO5 cluster as catalyst, better known as oxygen-evolving complex (OEC), thus recognizing the need for transition metals to achieve high-performance catalysts. The curiosity has always driven mankind to mimic nature’s achievements, but the performance of natural enzymes such as the oxygen-evolving complex in photosystem II remain commonly unmatched.  An important role in fine-tuning and regulating the activity of natural enzymes is attributed to the surrounding protein domain, which facilitates substrate preorganization within well-defined nanoenvironments. 
In light of growing energy demands and the depletion of fossil fuels, the unparalleled efficiency of natural photosynthesis inspires chemists to artificially mimic its natural counterpart to generate hydrogen as a ‘solar fuel’ through the light-driven splitting of water. As a result, significant efforts have been devoted in recent decades to develop molecular water oxidation catalysts based on earth-abundant transition metals and the discovery of the Ru(bda) (bda: 2,2’ bipyridine-6,6’-dicarboxylate) catalyst family enabled activities comparable to the natural OEC. Similar to the natural archetypes, the design of homogeneous catalysts that interplay judiciously with the second coordination sphere of the outer ligand framework proved to be a promising concept for catalyst design. In this present thesis, novel supramolecular design approaches for enzyme like activation of substrate water molecules for the challenging oxidative water splitting reaction were established via tailor-made engineering of the secondary ligand environment of macrocyclic Ru(bda) catalysts.
N2  - Vor etwa 2.4 Milliarden Jahren hat die Natur das Leben auf der Erde mit der Entwicklung des mehrgliedrigen Proteinkomplexes Photosystem II grundlegend revolutioniert. Dieser stellt die einzige molekulare Maschine in der Natur dar, die die thermodynamisch anspruchsvolle photosynthetische Spaltung von Wasser in Sauerstoff und reduzierende Äquivalente katalysieren kann. Als Katalyator hat die Natur hierfür ein verzerrtes Mn4CaO5-Cluster ausgewählt, welcher besser bekannt ist als Sauerstoff-produzierender Komplex (OEC, engl.: oxygen-evolving complex). Damit wird die Notwendigkeit von Übergangsmetallen als leistungsfähige Katalysatoren belegt. Die Wissbegierde hat die Menschheit schon immer dazu angetrieben, die Errungenschaften der Natur zu imitieren. Dennoch bleiben die Leistungen natürlicher Enzyme wie die des OEC in Photosystem II häufig unerreicht. Eine wichtige Rolle bei der Feinabstimmung und Regulierung der Aktivität natürlicher Enzyme nimmt die umliegende Proteindomäne ein, die die Vororganisation der Substrate in einer genau definierten Nanoumgebung ermöglicht.
Angesichts des wachsenden Energiebedarfs und der Erschöpfung von fossilen Brennstoffen werden Chemiker von der unvergleichlichen Effizienz der natürlichen Photosynthese zu deren künstlichen Nachahmung inspiriert, damit Wasserstoff als "solarer Brennstoff" durch die lichtgetriebene Spaltung von Wasser erzeugt werden kann. Infolgedessen wurden in den letzten Jahrzehnten erhebliche Anstrengungen in die Entwicklung molekularer Wasseroxidationskatalysatoren (WOKs) auf der Basis von Übergangsmetallen unternommen, wobei mit der Entdeckung der Katalysatorfamilie Ru(bda) (bda: 2,2'-Bipyridin-6,6'-dicarboxylat) Aktivitäten vergleichbar mit der des natürlichen OEC realisiert wurden. Als vielversprechendes Konzept für die Entwicklung von Katalysatoren erwies sich die Konstruktion homogener Katalysatoren, die, ähnlich zu den natürlichen Vorbildern, gezielt mit der zweiten Koordinationssphäre eines äußeren Liganden interagieren. In der hier vorliegenden Arbeit wurden neuartige supramolekulare Konzepte zur enzymartigen Aktivierung von Wassermolekülen entwickelt. Hierbei sollte durch eine maßgeschneiderte Konstruktion der sekundären Ligandenumgebung von makrozyklischen Ru(bda)-Katalysatoren die anspruchsvolle oxidative Wasserspaltungsreaktion begünstigt werden.
KW  - Katalyse
KW  - Metallosupramolekulare Chemie
KW  - Wasseroxidation
KW  - Metallosupramolecular chemistry
KW  - Catalysis
KW  - Water Oxidation
KW  - Second coordination sphere engineering
KW  - Ruthenium complexes
KW  - Ruthenium Komplexe
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-305332
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Noll, Niklas
A1  - Groß, Tobias
A1  - Shoyama, Kazutaka
A1  - Beuerle, Florian
A1  - Würthner, Frank
T1  - Folding‐Induced Promotion of Proton‐Coupled Electron Transfers via Proximal Base for Light‐Driven Water Oxidation
JF  - Angewandte Chemie International Edition
N2  - Proton‐coupled electron‐transfer (PCET) processes play a key role in biocatalytic energy conversion and storage, for example, photosynthesis or nitrogen fixation. Here, we report a series of bipyridine‐containing di‐ to tetranuclear Ru(bda) macrocycles 2 C–4 C (bda: 2,2′‐bipyridine‐6,6′‐dicarboxylate) to promote O−O bond formation. In photocatalytic water oxidation under neutral conditions, all complexes 2 C–4 C prevail in a folded conformation that support the water nucleophilic attack (WNA) pathway with remarkable turnover frequencies of up to 15.5 s\(^{−1}\) per Ru unit respectively. Single‐crystal X‐ray analysis revealed an increased tendency for intramolecular π‐π stacking and preorganization of the proximal bases close to the active centers for the larger macrocycles. H/D kinetic isotope effect studies and electrochemical data demonstrate the key role of the proximal bipyridines as proton acceptors in lowering the activation barrier for the crucial nucleophilic attack of H\(_{2}\)O in the WNA mechanism.
KW  - artificial photosynthesis
KW  - folded macrocyles
KW  - homogeneous catalysis
KW  - photocatalysis
KW  - Ruthenium complexes
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-312020
VL  - 62
IS  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Okuda, Takumi
A1  - Lenz, Ann-Kathrin
A1  - Seitz, Florian
A1  - Vogel, Jörg
A1  - Höbartner, Claudia
T1  - A SAM analogue-utilizing ribozyme for site-specific RNA alkylation in living cells
JF  - Nature Chemistry
N2  - Post-transcriptional RNA modification methods are in high demand for site-specific RNA labelling and analysis of RNA functions. In vitro-selected ribozymes are attractive tools for RNA research and have the potential to overcome some of the limitations of chemoenzymatic approaches with repurposed methyltransferases. Here we report an alkyltransferase ribozyme that uses a synthetic, stabilized S-adenosylmethionine (SAM) analogue and catalyses the transfer of a propargyl group to a specific adenosine in the target RNA. Almost quantitative conversion was achieved within 1 h under a wide range of reaction conditions in vitro, including physiological magnesium ion concentrations. A genetically encoded version of the SAM analogue-utilizing ribozyme (SAMURI) was expressed in HEK293T cells, and intracellular propargylation of the target adenosine was confirmed by specific fluorescent labelling. SAMURI is a general tool for the site-specific installation of the smallest tag for azide-alkyne click chemistry, which can be further functionalized with fluorophores, affinity tags or other functional probes.
KW  - Alkyltransferase Ribozyme SAMURI
KW  - Site-specific RNA labelling
KW  - bioorthogonal SAM analogue ProSeDMA
KW  - Chemical modification
KW  - RNA
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-328762
ER  - 
TY  - THES
A1  - Roos, Lena
T1  - Synthese unterschiedlicher Tetracene und Untersuchung ihrer optischen und elektronischen Eigenschaften
T1  - Synthesis of tetracene derivatives and investigation of their optical and electronical properties
N2  - Mittels einer fünfstufigen Synthese wurde das 2,2´-Ditetracen als Modellsystem zur Erforschung von singlet fission-Prozessen hergestellt. Die Synthese wurde mit einer Gesamtausbeute von 21 % durchgeführt, wobei der Schlüsselschritt, die Kopplung der beiden Monomere, durch eine Suzuki-Kopplung erfolgte. Das gewünschte Produkt konnte nach gründlicher Reinigung mittels Gradientensublimation als leuchtend rote Einkristalle erhalten werden. Während die Emissionsspektren der Einzelmoleküle nahezu identisch sind, zeigen Untersuchungen mittels Photolumineszenzspektroskopie eine Rotverschiebung im Emissionsspektrum des Dimer-Einkristalls im Vergleich zum Einkristall des Tetracen-Monomers. Durch theoretische Berechnung konnte die Absenkung des S1-Zustands des Dimers im Kristall erklärt werden, wodurch die Energiebedingung für singlet fission (2 E(T1) ≤ E(S1)) nicht mehr erfüllt ist. 
Weiterhin wurden mehrere mit Alkylgruppen und Vinylgruppen substituierte Tetracenderivate synthetisiert und diese mittels optischer und elektrochemischer Methoden auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Es wurde bei allen synthetisierten Derivaten eine Rotverschiebung der Hauptbanden im Absorptionsspektrum beobachtet, was durch einen kleineren HOMO-LUMO-Abstand im Vergleich zum nicht substituierten Tetracen erklärt wird. Es wurde zudem eine erhöhte Stabilität dieser Derivate gegenüber Umwelteinflüssen wie Licht und Sauerstoff, die die Bildung von Endoperoxiden und Dimeren zur Folge haben, festgestellt. Dies kann auf sterische Effekte sowie die Stabilisierung des biradikalischen Zustands dieser Moleküle durch Hyperkonjugation und Resonanzeffekte zurückgeführt werden.
N2  - In a five-step synthesis, the 2,2'-ditetracene was prepared as a model system to study singlet fission processes. The synthesis was carried out with an overall yield of 21%, and the key step, the coupling of the two monomers, was carried out by a Suzuki coupling. The desired product was obtained as bright red single crystals after purification by gradient sublimation. While the emission spectra of the single molecules are nearly identical, investigations by photoluminescence spectroscopy show a red shift in the emission spectrum of the dimer single crystal compared to the single crystal of the tetracene monomer. Theoretical calculation could explain the lowering of the S1 state of the dimer in the crystal, which means that the energy condition for singlet fission (2 E(T1) ≤ E(S1)) is no longer fulfilled. 
Furthermore, several with alkyl groups and vinyl groups substituted tetracenes derivatives were synthesized and their properties were investigated by optical and electrochemical measurements. A red shift of the peaks in the absorption spectrum was observed for all synthesized derivatives, which is explained by a smaller HOMO-LUMO distance compared to the unsubstituted tetracene. Increased stability of these derivatives to environmental effects such as light and oxygen, resulting in the formation of endoperoxides and dimers, was also observed. This can be attributed to steric effects as well as stabilization of the biradical character of these molecules by hyperconjugation and resonance effects.
KW  - Polycyclische Aromaten
KW  - Naphthacenderivate
KW  - Chemische Synthese
KW  - Tetracenderivate
KW  - Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe
KW  - Tetracene derivatives
KW  - Polycyclic aromatic hydrocarbons
KW  - singlet fission
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313268
ER  - 
TY  - INPR
A1  - Saal, Fridolin
A1  - Swain, Asim
A1  - Schmiedel, Alexander
A1  - Holzapfel, Marco
A1  - Lambert, Christoph
A1  - Ravat, Prince
T1  - Push-Pull [7]Helicene Diimide: Excited-State Charge Transfer and Solvatochromic Circularly Polarised Luminescence
N2  - In this communication we describe a helically chiral push-pull molecule named 9,10-dimethoxy-[7]helicene diimide, displaying fluorescence (FL) and circularly polarised luminescence (CPL) over nearly the entire visible spectrum dependent on solvent polarity. The synthesised molecule exhibits an unusual solvent polarity dependence of FL quantum yield and nonradiative rate constant, as well as remarkable gabs and glum values along with high configurational stability.
KW  - Helicene diimide
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-345207
UR  - https://doi.org/10.1039/D3CC04470J
ET  - submitted version
ER  - 
TY  - THES
A1  - Scheitl, Carolin P. M.
T1  - In vitro selected ribozymes for RNA methylation and labeling
T1  - In vitro selektierte Ribozyme für Methylierung und Markierung von RNA
N2  - The focus of this work was the development and application of highly efficient RNA catalysts for the site-specific modification of RNA with special focus on methylation. In the course of this thesis, the first methyltransferase ribozyme (MTR1), which uses m6G as the methyl group donor was developed and further characterized. The RNA product was identified as the natural modification m1A. X-Ray crystallography was used to solve the 3D structure of the ribozyme, which directly suggested a plausible reaction meachnism. The MTR1 ribozyme was also successfully repurposed for a nucleobase transformation reaction of a purine nucleoside. This resulted in a formyl-imidazole moiety directly on the intact RNA, which was directly used for further bioconjugation reactions. Finally, additional selections and reselections led to the identification of highly active alkyltransferase ribozymes that can be used for the labeling of various RNA targets
N2  - Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag auf der Entwicklung sowie Anwendung hocheffizienter RNA-Katalysatoren für die positionsspezifische Modifikation von RNA mit besonderem Fokus auf Methylierungen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das erste Methyltransferase-Ribozym (MTR1), das m6G als Methylgruppendonor verwendet, entwickelt und näher charakterisiert. Das RNA-Produkt wurde als die natürliche Modifikation m1A identifiziert. Mit Hilfe der Röntgenkristallographie wurde des Weiteren die 3D-Struktur des Ribozyms aufgeklärt, was direkt auf ein plausibles Reaktionsmuster schließen ließ. Das MTR1-Ribozym wurde zudem erfolgreich für eine Nukleobasen-Transformationsreaktion eines Purins verwendet, bei der eine Formyl-Imidazol-Einheit direkt an der intakten RNA gebildet wird. Dieses Reaktionsprodukt wurde für positionsgenaue Biokonjugationsreaktionen verwendet. Schließlich führten zusätzliche Selektionen und weitere Reselektionen zur Identifizierung hochaktiver Alkyltransferase-Ribozyme, die für die Markierung verschiedener Ziel-RNAs verwendet werden können.
KW  - RNA labeling
KW  - Methyltransferase
KW  - Methylierung
KW  - Ribozym
KW  - SELEX
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-330049
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Scheitl, Carolin P. M.
A1  - Okuda, Takumi
A1  - Adelmann, Juliane
A1  - Höbartner, Claudia
T1  - Ribozyme-catalyzed late-stage functionalization and fluorogenic labeling of RNA
JF  - Angewandte Chemie International Edition
N2  - Site-specific introduction of biorthogonal handles into RNAs is in high demand for decorating RNAs with fluorophores, affinity labels or other modifications. Aldehydes represent attractive functional groups for post-synthetic bioconjugation reactions. Here, we report a ribozyme-based method for the synthesis of aldehyde-functionalized RNA by directly converting a purine nucleobase. Using the methyltransferase ribozyme MTR1 as an alkyltransferase, the reaction is initiated by site-specific N1 benzylation of purine, followed by nucleophilic ring opening and spontaneous hydrolysis under mild conditions to yield a 5-amino-4-formylimidazole residue in good yields. The modified nucleotide is accessible to aldehyde-reactive probes, as demonstrated by the conjugation of biotin or fluorescent dyes to short synthetic RNAs and tRNA transcripts. Upon fluorogenic condensation with a 2,3,3-trimethylindole, a novel hemicyanine chromophore was generated directly on the RNA. This work expands the MTR1 ribozyme’s area of application from a methyltransferase to a tool for site-specific late-stage functionalization of RNA.
KW  - Aldehyde Bioconjugation
KW  - Bioorthogonal Tag
KW  - Fluorescence and Crosslinking
KW  - RNA Labelling
KW  - Ribozyme
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-327543
VL  - 62
ER  - 
TY  - THES
A1  - Seitz, Florian
T1  - Synthesis, enzymatic recognition and antiviral properties of modified purine nucleosides
T1  - Synthese, enzymatische Erkennung und antivirale Eigenschaften modifizierter Purin-Nukleoside
N2  - Beyond the four canonical nucleosides as primary building blocks of RNA, posttranscriptional modifications give rise to the epitranscriptome as a second layer of genetic information. In eukaryotic mRNA, the most abundant posttranscriptional modification is N6-methyladenosine (m6A), which is involved in the regulation of cellular processes. Throughout this thesis, the concept of atomic mutagenesis was employed to gain novel mechanistic insights into the substrate recognition by human m6A reader proteins as well as in the oxidative m6A demethylation by human demethylase enzymes. Non-natural m6A atomic mutants featuring distinct steric and electronic properties were synthesized and incorporated into RNA oligonucleotides. Fluorescence anisotropy measurements using these modified oligonucleotides revealed the impact of the atomic mutagenesis on the molecular recognition by the human m6A readers YTHDF2, YTHDC1 and YTHDC2 and allowed to draw conclusions about structural prerequisites for substrate recognition. Furthermore, substrate recognition and demethylation mechanism of the human m6A demethylase enzymes FTO and ALKBH5 were analyzed by HPLC-MS and PAGE-based assays using the modified oligonucleotides synthesized in this work. 
Modified nucleosides not only expand the genetic alphabet, but are also extensively researched as drug candidates. In this thesis, the antiviral mechanism of the anti-SARS-CoV-2 drug remdesivir was investigated, which causes delayed stalling of the viral RNA-dependent RNA polymerase (RdRp). Novel remdesivir phosphoramidite building blocks were synthesized and used to construct defined RNA-RdRp complexes for subsequent studies by cryogenic electron microscopy (cryo-EM). It was found that the 1'-cyano substituent causes Rem to act as a steric barrier of RdRp translocation. Since this translocation barrier can eventually be overcome by the polymerase, novel derivatives of Rem with potentially improved antiviral properties were designed.
N2  - Über die vier kanonischen Nukleoside als primäre RNA-Bausteine hinausgehend bauen posttranskriptionelle Modifikationen eine zweite Informationsebene, das Epitranskriptom, auf. Die häufigste posttranskriptionelle Modifikation in eukaryotischer mRNA ist N6-Methyladenosin (m6A), welches in die Regulierung zellulärer Prozesse involviert ist. In dieser Arbeit wurde das Konzept der atomaren Mutagenese genutzt, um neue Einblicke in die Erkennung von m6A durch menschliche m6A-bindende Proteine sowie in die oxidative Demethylierung von m6A durch menschliche Demethylase-Enzyme zu gewinnen. Es wurden nicht natürlich vorkommende m6A Atommutanten mit unterschiedlichen elektronischen und sterischen Eigenschaften synthetisiert und in RNA-Oligonukleotide eingebaut. Durch Fluoreszenzanisotropie-Messungen mit diesen Oligonukleotiden wurde der Einfluss der Atommutagenese auf die molekulare Erkennung durch die menschlichen m6A-bindenden Proteine YTHDF2, YTHDC1 und YTHDC2 untersucht. Die erhaltenen Ergebnisse ließen Rückschlüsse auf die strukturellen Voraussetzungen für die Erkennung eines Substrates zu. Weiterhin wurden die in dieser Arbeit synthetisierten modifizierten Oligonukleotide zur Untersuchung von Substraterkennung und Demethylierungs-Mechanismus der menschlichen
m6A-Demethylasen FTO und ALKBH5 mittels HPLC-MS- und PAGE-basierter Analysen verwendet. 
Modifizierte Nukleoside dienen nicht nur zur Erweiterung des genetischen Alphabets, sondern werden auch als potentielle Wirkstoff-Kandidaten erforscht. In dieser Arbeit wurde der antivirale Wirkmechanismus des Anti-SARS-CoV-2-Wirkstoffes Remdesivir untersucht, der eine verzögerte Blockade der viralen RNA-abhängigen RNA-Polymerase (RdRp) bewirkt. Neuartige Remdesivir Phosphoramidit-Bausteine wurden synthetisiert und genutzt, um RNA-RdRp-Komplexe mit definierter Struktur zu konstruieren, welche anschließend mittels Cryoelektronenmikroskopie (Cryo-EM) untersucht wurden. Es wurde herausgefunden, dass der 1'-Cyano-Substituent dazu führt, dass Rem als sterische Blockade der RdRp-Translokation agiert. Da diese Tranlokationsbarriere von der Polymerase überwunden werden kann, wurden neuartige Rem-Derivate mit potentiell verbesserten antiviralen Eigenschaften entworfen.
KW  - Nucleinsäuren
KW  - Nucleoside
KW  - Demethylierung
KW  - COVID-19
KW  - SARS-CoV-2
KW  - Demethylase
KW  - Epitranskriptom
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-313238
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stiller, Carina
T1  - Synthesis and applications of modified nucleosides and RNA nucleotides
T1  - Synthese und Anwendungen von modifizierten Nukleosiden und RNA-Nukleotiden
N2  - As central components of life, DNA and RNA encode the genetic information. However, RNA performs several functions that exceed the competences stated in the ‘central dogma of life‘. RNAs undergo extensive post-transcriptional processing like chemical modifications. Among all classes of RNA, tRNAs are the most extensively modified. Their modifications are chemically diverse and vary from simple methylations (e.g. m3C, m6A) to more complex residues, like isopentenyl group (e.g. i6A, hypermodifications: e.g. ms2i6A) or even amino acids (e.g. t6A). Depending on their location within the overall structure, modifications can have an impact on tRNA stability and structure, as well as affinity for the ribosome and translation efficiency and fidelity. Given the importance of  tRNA modifications new tools are needed for their detection and to study their recognition by proteins and enzymatic transformations.
The chemical synthesis of these naturally occurring tRNA modifications as phosphoramidite building blocks is a prerequisite to incorporate the desired modification via solid-phase synthesis into oligonucleotides. With the help of the m3C, (ms2)i6A, and t6A oligonucleotides, the importance and impact of tRNA modifications was investigated in this thesis. To this end, the role of METTL8 as the methyltransferase responsible for the installation of the methyl group at C32 for mt-tRNAThr and mt-tRNASer(UCN) was resolved. Thereby, the respective adenosine modification on position 37 is essential for the effectiveness of the enzyme. Besides, by means of NMR analysis, CD spectroscopy, thermal denaturation experiments, and native page separation, the impact of m3C32 on the structure of the tRNA ASLs was shown. The modification appeared to fine-tune the tRNA structure to optimize mitochondrial translation. To investigate the regulation of the dynamic modification pathway of m3C, demethylation assays were performed with the modified tRNA-ASLs and the (α-KG)- and Fe(II)-dependent dioxygenase ALKBH1 and ALKHB3. A demethylation activity of ALKBH3 on the mt-tRNAs was observed, even though it has so far only been described as a cytoplasmic enzyme. Whether this is physiologically relevant and ALKBH3 present a mitochondrial localization needs further validation. In addition, ALKBH1 was confirmed to not be able to demethylate m3C on mt-tRNAs, but indications for a deprenylation and exonuclease activity were found. Furthermore, the aforementioned naturally occurring modifications were utilized to find analytical tools that can determine the modification levels by DNAzymes, which cleave RNA in the presence of a specific modification. Selective DNA enzymes for i6A, as well as the three cytidine isomers m3C, m4C, and m5C have been identified and characterized. 
Besides the naturally occurring tRNA modifications, the investigation on artificially modified nucleosides is also part of this thesis. Nucleosides with specific properties for desired applications can be created by modifying the scaffold of native nucleosides.
During the pandemic, the potential of antiviral nucleoside analogues was highlighted for the treatment of the SARS-CoV-2 infection. For examinations of the potential drug-candidate Molnupiravir, the N4-hydroxycytidine phosphoramidite building block was synthesized and incorporated into several RNA oligonucleotides. A two-step model for the NHC-induced mutagenesis of SARS-CoV-2 was proposed based on RNA elongation, thermal denaturation, and cryo-EM experiments using the modified RNA strands with the recombinant SARS-CoV-2 RNA-dependent RNA polymerase. Two tautomeric forms of NHC enable base pairing with guanosine in the amino and with adenosine in the imino form, leading to error catastrophe after the incorporation into viral RNA. These findings were further corroborated by thermal melting curve analysis and NMR spectroscopy of the NHC-containing Dickerson Drew sequence. In conclusion, the anti-amino form in the NHC-G base pair was assigned by NMR analysis using a 15N-labeld NHC building block incorporated into the Dickerson Drew sequence. 
This thesis also addressed the synthesis of a 7-deazaguanosine crosslinker with a masked aldehyde as a diol linker for investigations of DNA-protein interactions. The diol functional group can be unmasked to release the reactive aldehyde, which can specifically form a covalent bond with amino acids Lys or Arg within the protein complex condensin. The incorporation of the synthesized phosphoramidite and triphosphate building blocks were shown and the functionality of the PCR product containing the crosslinker was demonstrated by oxidation and the formation of a covalent bond with a fluorescein label. 
The development of assays that detect changes in this methylation pattern of m6A could provide new insights into important biological processes. In the last project of this thesis, the influence of RNA methylation states on the structural properties of RNA was analyzed and a fluorescent nucleoside analog (8-vinyladenosine) as molecular tools for such assays was developed. Initial experiments with the fluorescent nucleoside analog N6-methyl-8-vinyladenosine (m6v8A) were performed and revealed a strong fluorescence enhancement of the free m6v8A nucleoside by the installation of the vinyl moiety at position 8.
Overall, this thesis contributes to various research topics regarding the application of naturally occurring and artificial nucleoside analogues. Starting with the chemical synthesis of RNA and DNA modifications, this thesis has unveiled several open questions regarding the dynamic (de-)methylation pathway of m3C and the mechanism of action of molnupiravir through in-depth analysis and provided the basis for further investigations of the protein complex condensin, and a new fluorescent nucleoside analog m6v8A.
N2  - Als zentrale Bestandteile des Lebens kodieren DNA und RNA die genetische Information. Die RNA erfüllt jedoch noch mehr Funktionen, die über die im 'zentralen Dogma des Lebens' ge-nannten Kompetenzen hinausreichen. RNA Stränge werden posttranskriptionell verändert, wie zum Beispiel durch chemische Modifikationen. tRNAs sind unter allen RNA-Klassen am umfangreichsten und chemisch vielfältigsten modifiziert. Ihre Modifikationen reichen von ein-fachen Methylierungen (z. B. m3C oder m6A) bis hin zu komplexeren Resten, wie einer Iso-pentenyl-Gruppe (i6A, Hypermodifikation: z. B. ms2i6A) oder sogar Aminosäuren (t6A). Ab-hängig von ihrer Position innerhalb der tRNA können Modifikationen Einfluss auf die tRNA Stabilität und Struktur, sowie die Affinität zu den Ribosomen und die Translationseffizienz und Genauigkeit, haben. Angesichts dieser Bedeutung von tRNA-Modifikationen werden zum einen Nachweisemethoden zur Detektion von Modifikationen, als auch Werkzeuge zur Unter-suchung der Erkennungsmechanismen spezifischer Proteine und deren enzymatischer Funk-tionalisierung benötigt. 
Dabei ist die chemische Synthese dieser natürlichen Modifikationen als Phosphoramidit-Bausteine die Voraussetzung, um die gewünschte Modifikation überhaupt erst über Festpha-sensynthese in Oligonukleotide einbauen zu können. Mit Hilfe der m3C-, (ms2)i6A- und t6A-modifizierten Oligonukleotide wurde die Bedeutung dieser tRNA-Modifikationen für die Struk-tur und Funktionalität des jeweiligen tRNA Anticodon-Loops (ACL) untersucht.
Ein Kapitel dieser Arbeit klärte die tatsächliche Rolle von METTL8 auf. Als Methyltransferase ist das Protein für den Einbau der Methylgruppe an C32 in den mitochondrialen tRNAThr und tRNASer(UCN) verantwortlich, kann dies aber nur bewerkstelligen, wenn zuvor bereits eine ent-sprechende Adenosin-Modifikation an A37 installiert wurde. Außerdem wurde mittels NMR-Analyse, CD-Spektroskopie, Schmelzkurvenanalysen und Gelelektrophorese der Einfluss von m3C32 auf die Struktur der tRNA Anticodon-Stem-Loops (ASLs) gezeigt. Die Modifikation scheint die tRNA-Struktur anzupassen, um die mitochondriale Translation zu optimieren.
Um herauszufinden, wie die dynamischen Modifikationswege von m3C reguliert werden, wurden mit den modifizierten tRNA-ASLs und den (α-KG)- und Fe(II)-abhängigen Dio-xygenasen ALKBH1 und ALKHB3 Demethylierungsassays durchgeführt. Obwohl ALKBH3 bisher nur als 
cytoplasmatisches Enzym bekannt war, konnte es mt-tRNAs demethylieren. Inwiefern diese Aktivität physiologisch relevant ist und ob ALKBH3 vielleicht zusätzlich auch eine mitochond-riale Lokalisierung aufweist, muss noch weiter untersucht werden. Zudem wurde gezeigt, dass ALKBH1 m3C32-modifizierte mt-tRNAs nicht demethylieren kann, es jedoch Hinweise darauf gibt, dass ALKBH1 zusätzlich zu der bereits beschriebenen Aktivität der Oxidation von m5C zu f5C in mitochondrialer tRNAMet eine noch näher zu untersuchende Deprenylierungs- und Exonuklease-Aktivität besitzt.
Außerdem wurden die zuvor erwähnten natürlichen Modifikationen verwendet, um DNA-Enzyme als analytische Werkzeuge zur Bestimmung des Modifikationsgrades zu finden. Die Enzyme katalysieren die Spaltung von RNA, falls eine spezielle Modifikation vorhanden ist. Es wurden selektive DNA-Enzyme für i6A sowie die drei Cytidin-Isomere m3C, m4C und m5C identifiziert und charakterisiert.
Neben den posttranskriptionalen Modifikationen war auch die Untersuchung künstlich modifi-zierter Nukleoside ein Teil dieser Arbeit. Das Gerüst nativer Nukleoside kann so modifiziert werden, dass die Nukleoside spezifischen Eigenschaften für die gewünschte Anwendung erhalten.
Während der Pandemie wurde antiviralen Nukleosidanaloga zur Behandlung der SARS-CoV-2-Infektion eine große Bedeutung zugeschrieben. Um den potenziellen Arzneimittelkandidaten Molnupiravir zu untersuchen, wurde N4-Hydroxycytidin als Phosphoramidit-Baustein syntheti-siert und in mehrere RNA-Oligonukleotide mittels Festphasensynthese eingebaut. Basierend auf den Ergebnissen von RNA-Elongations-, thermischen Denaturierungs- und Cryo-EM-Experimenten, bei denen die modifizierten RNA-Stränge und die rekombinante SARS-CoV-2-RNA-abhängige RNA-Polymerase verwendet wurde, wurde ein zweistufiges Modell für die NHC-induzierte Mutagenese von SARS-CoV-2 postuliert. Dieser Mechanismus wird durch die zwei tautomeren Formen von NHC ermöglicht, wobei die Amino-Form ein Basenpaar mit Guanosin bildet und die Imino-Form mit Adenosin basenpaaren kann. Nach dem Einbau in die virale RNA kommt es zu Mutationen und zur sogenannten Fehlerkatastrophe. Diese Er-kenntnisse wurden durch thermische Schmelzkurvenanalyse und NMR-Spektroskopie der NHC-haltigen Dickerson Drew Sequenz ergänzt. Mit Hilfe eines 15N-markierten NHC-Bausteins, der in die Dickerson Drew Sequenz eingebaut wurde, konnte schließlich die Anti-Amino Form in dem NHC-G Basenpaar durch NMR-Analyse eindeutig nachgewiesen wer-den. 
Ein weiteres Forschungsprojekt dieser Arbeit befasste sich mit der Synthese eines 7-Deazaguanosin-Crosslinkers, welcher einen geschützten Aldehyd als Diol-Linker enthielt. Die-ser Crosslinker sollte zur Untersuchung von DNA-Protein-Interaktionen dienen. Der Einbau der synthetisierten Phosphoramidit- und Triphosphat-Bausteine konnte erfolgreich durchge-führt werden und die Funktionalität des PCR-Produktes, welches den Crosslinker enthielt, wurde durch Oxidation und die Bildung einer kovalenten Bindung mit einem Fluorescein-Label demonstriert.
Der letzte Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der der Entwicklung eines Assays, um Ver-änderungen im Methylierungslevel von m6A nachweisen zu können. Dies könnte neue Einbli-cke in wichtige biologische Prozesse liefern. Daher wurde im letzten Projekt der Einfluss von RNA-Methylierungszuständen auf die strukturellen Eigenschaften von RNA untersucht und dafür ein fluoreszierendes Nukleosidanalog (8-Vinyladenosin) als molekulares Werkzeug ent-wickelt. Die ersten Experimente mit dem Nukleosidanalog N6-Methyl-8-Vinyladenosin (m6v8A) zeigten einen deutlichen Fluoreszenzanstieg durch den Einbau der Vinyleinheit an Position 8 im Vergleich zu dem nicht fluoreszierenden m6A.
Insgesamt trägt diese Arbeit zu verschiedenen Forschungsthemen bezüglich der Anwendung von natürlich vorkommenden und künstlichen Nukleosidanaloga bei. Ausgehend von der chemischen Synthese von RNA- und DNA-Modifikationen hat diese Arbeit durch eingehende Analysen mehrere offene Fragestellungen zum dynamischen (De-)Methylierungsweg von m3C und zum Wirkmechanismus von Molnupiravir aufgedeckt und die Grundlage für weitere Untersuchungen des Proteinkomplexes Condensin und eines neuen fluoreszierenden Nukle-osidanalogons m6v8A geschaffen.
KW  - Nucleinsäuren
KW  - Chemische Synthese
KW  - SARS-CoV-2
KW  - Oligonucleotide
KW  - Festphasensynthese
KW  - Crosslinker
KW  - Phosphoramidite
KW  - Methyltransferase
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-311350
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sánchez Naya, Roberto
T1  - Synthesis and Characterization of Dye-Containing Covalent Organic Frameworks
T1  - Synthese und Charakterisierung von farbstoffhaltigen kovalenten organischen Netzwerken
N2  - The present thesis adress the synthesis and characterization of novel COFs that contain dye molecules as integral components of the organic backbone. These chromophore-containing frameworks open new research lines in the field and call for the exploration of applications such as catalysis, sensing, or in optoelectronic devices. Initially, the fabrication of organic-inorganic composites by the growth of DPP TAPP COF around functionalized iron oxide nanoparticles is reported. By varying the ratio between inorganic nanoparticles and organic COFs, optoelectronic properties of the materials are adjusted. The document also reports the synthesis of a novel boron dipyrromethene-containing (BODIPY) COF. Synthesis, full characterization and the scope of potential applications with a focus on environmental remediation are discussed in detail. Last, a novel diketopyrrolopyrrole-containing (DPP) DPP-Py-COF based on the combination of DDP and pyrene building blocks is presented. The very low bandgap of these materials and initial investigations on the photosensitizing properties are discussed.
N2  - Die Forschung an modernen porösen Materialien hat die Entwicklung von COFs als robuste,
leichtgewichtige, hochgeordnete und vielseitig einsetzbare organische Materialien
vorangetrieben. Der Einsatz von DCC ist entscheidend für den Aufbau hochkristalliner
Netzwerke, die in der Lage sind, strukturelle Defekte selbst zu heilen (Kapitel 2.2). Für die
einfache Bildung wohldefinierter Kristallite wurden verschiedene synthetische Strategien
entwickelt (Kapitel 2.3). Darüber hinaus ist ein detailliertes Verständnis über die
verschiedenen Reaktionen, die für die kovalente Verknüpfung organischer Bausteine eingesetzt
werden (Kapitel 2.4), und der verschiedenen Topologien, die sich nach der Vernetzung ergeben
(Kapitel 2.5), von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung einer breiten Auswahl von
Materialien für gezielte Anwendungen. ...
KW  - Organische Chemie
KW  - Porosität
KW  - Covalent Organic Framework
KW  - Reticular Chemistry
KW  - Dye
KW  - Porous Materials
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-288996
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Weh, Manuel
A1  - Shoyama, Kazutaka
A1  - Würthner, Frank
T1  - Preferential molecular recognition of heterochiral guests within a cyclophane receptor
JF  - Nature Communications
N2  - The discrimination of enantiomers by natural receptors is a well-established phenomenon. In contrast the number of synthetic receptors with the capability for enantioselective molecular recognition of chiral substrates is scarce and for chiral cyclophanes indicative for a preferential binding of homochiral guests. Here we introduce a cyclophane composed of two homochiral core-twisted perylene bisimide (PBI) units connected by p-xylylene spacers and demonstrate its preference for the complexation of [5]helicene of opposite helicity compared to the PBI units of the host. The pronounced enantio-differentiation of this molecular receptor for heterochiral guests can be utilized for the enrichment of the P-PBI-M-helicene-P-PBI epimeric bimolecular complex. Our experimental results are supported by DFT calculations, which reveal that the sterically demanding bay substituents attached to the PBI chromophores disturb the helical shape match of the perylene core and homochiral substrates and thereby enforce the formation of syndiotactic host-guest complex structures. Hence, the most efficient substrate binding is observed for those aromatic guests, e. g. perylene, [4]helicene, phenanthrene and biphenyl, that can easily adapt in non-planar axially chiral conformations due to their inherent conformational flexibility. In all cases the induced chirality for the guest is opposed to those of the embedding PBI units, leading to heterochiral host-guest structures.
KW  - coordination chemistry
KW  - molecular capsules
KW  - stereochemistry
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-357750
VL  - 14
ER  -