TY  - THES
A1  - Waibel, Benjamin
T1  - NMR-Methoden zur Identifizierung von Makromolekül-Ligand-Interaktionen
T1  - NMR-techniques to identify macromolecule-ligand-interactions
N2  - Komplexstrukturen können über NMR-Experimente aufgeklärt werden, die intermolekulare Wechselwirkungen über den Raum detektieren können. Meist kommen dabei NOE- bzw. ROE-Experimente und Weiterentwicklungen dieser Sequenzen zum Einsatz. Auch mit einfachen Versuchen, wie der Bestimmung der Veränderung der chemischen Verschiebungen bei Komplexierung, lassen sich wertvolle Strukturinformationen gewinnen. Durch die Bindung eines Liganden an ein Makromolekül ändern sich viele NMR-spezifische Parameter des Liganden. Dazu gehören NMR-Relaxationszeiten und Diffusionskoeffizienten mit deren Hilfe sich Dissoziationskonstanten der Komplexe ermitteln lassen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Möglichkeiten der Identifizierung und Charakterisierung von Ligand-Makromolekül-Interaktionen mittels NMR-Spektroskopie. Drei unterschiedliche Fragestellungen wurden bearbeitet. Einfluss von Harnstoff auf beta-Cyclodextrin-Einschlusskomplexe mit Dipeptiden: Bei kapillarelektrophoretischen Enantiomerentrennungen von Dipeptiden mittels beta-Cyclodextrin kommen häufig sehr hohe Konzentrationen an Harnstoff zum Einsatz, um die Wasserlöslichkeit des beta-CD zu verbessern. Dabei wird die eventuelle Beteiligung des Harnstoffs am Komplex oftmals außer Acht gelassen. Durch den Einsatz unterschiedlichster NMR- und Simulations-Techniken konnte die Beteiligung des Harnstoffs an dem Komplex untersucht und aufgeklärt werden. Relaxationsstudien von Fluorchinolonen mit Micrococcus luteus: Ziel dieser Versuchsreihe war es, anhand von longitudinalen und transversalen Relaxationsmessungen Einblick in das Bindungsverhalten von Fluorchinolonen (Gyrasehemmer) an Bakterienzellen zu erhalten. Mittels der Bestimmung von selektiven 1H-T1-Zeiten in Abhängigkeit des Antibiotikum/Bakterien-Verhältnisses konnten Dissoziationskonstanten der untersuchten Pharmaka an die Bakterienzelle ermittelt werden. Desweiteren wurden 19F-Spin-Spin-Relaxationsexperimente durchgeführt. Proteinbindungsstudien von Gyrasehemmern an BSA: Durch die Bindung von Fluorchinolonen an bovines Serumalbumin ändern sich die scheinbare Molekülmasse und der hydrodynamische Radius des Arzneistoffs stark. Durch selektive T1-Relaxationsmessungen konnten für drei Gyrasehemmer mit unterschiedlichen Proteinbindungseigenschaften die jeweiligen Dissoziationskonstanten an das Albumin ermittelt werden. Eine weitere Möglichkeit Dissoziationskonstanten zu bestimmen war es, Diffusionskoeffizienten bei unterschiedlichen Konzentrationsverhältnissen zu bestimnmen. Über die Ermittlung sogenannter „Affinitätsindices“ war es möglich, die Stärke der Proteinbindung zu charakterisieren. Um den Effekt unterschiedlicher Korrelationszeiten verschiedener Kerne auszumitteln, wurde eine Normalisierung dieser Indices durchgeführt. Auch die Werte dieser Affinitätsindices gaben die Stärke der Proteinbindung der unterschiedlichen Antibiotika sehr gut wider.
N2  - The structure of a complex can be clarified by NMR-experiments, which detect intermolecular interactions through space e.g. NOE- and ROE-experiments or further developments of these techniques. Beside these, the determination of the chemical shifts provides useful structural informations. Upon binding to a macromolecule, several NMR-parameters of a small ligand change dramatically. This includes parameters such as different NMR-relaxation times and diffusion coefficients which can be used to determine dissociation constants. The present thesis deals with the possibility of identification and characterization of complexes by NMR-spectroscopy. Three different problems were investigated. Influence of urea to beta-cyclodextrin inclusion complexes with dipeptides: Due to the limited aqueous solubility of beta-CD, enantioseparations utilizing beta-CD as chiral selector are often performed in buffers containing high concentrations of urea. Therefore, the involvement of urea in the constitution of the complex should be kept in mind. In this project the influence of urea was investigated and elucidated by using different NMR- and simulation techniques. Relaxation studies of fluoroquinolones with Micrococcus luteus: The main goal of this investigation was to get an insight in the binding behaviour of fluoroquinolones to a bacterial cell by performing longitudinal and transversal relaxation experiments. Using the determination of selective 1H-T1-relaxation times in dependence of varying the antibiotic/bacteria-relation, dissociation constants of the antibiotic to bacterial cells could be identified. Furthermore, 19F-spin-spin-relaxation experiments were performed. Protein binding studies of fluoroquinolones to BSA: By binding of the fluoroquinolones to bovine serum albumin the apparent molecular mass and the hydrodynamic radius of the ligand strongly change. In this project dissociation constants of three different fluoroquinolones with different binding characteristics were determined by measuring selective relaxation rates. Another possibility to assess dissociation constants of fluoroquinolons was the determination of the antibiotics diffusion constants at different concentration levels. The determination of the so called “affinity indices” offered a further possibility to evaluate the degree of protein binding. To eliminate the effect of different correlation times of different nuclei, a normalization of the affinity indices was performed. The fitted affinity indices also reflect the protein binding of the antibiotics properly.
KW  - Kernspinrelaxation
KW  - Fluor-19-NMR-Spektroskopie
KW  - PFG-NMR-Spektroskopie
KW  - NMR-Spektroskopie
KW  - Cyclodextrin
KW  - Fluorchinolone
KW  - Proteinbindung
KW  - Diffusionskonstante
KW  - Affinitätsindex
KW  - NMR-spectroscopy
KW  - cyclodextrins
KW  - fluoroquinolones
KW  - diffusion constant
KW  - relaxation
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26589
ER  - 
TY  - THES
A1  - Meier, Claudia
T1  - Untersuchungen von Einschlusskomplexen aus Cyclodextrinen mit Aminosäuren und Dipeptiden
T1  - Studies on Inclusion Complexes of Cyclodextrins with Amino Acids and Dipeptides
N2  - Die Cyclodextrin-modifizierte Kapillarelektrophorese (CE) ist eine wichtige chirale analytische Technik geworden, die zur HPLC und zur Gaschromatographie komplementär ist und sich deshalb für die Analyse der Abbauprodukte von Aspartam gut eignet. Ausgehend von diesen Abbauprodukten wurden im Arbeitskreis Scriba an der Universität Jena systematische Studien über die Trennung von Enantiomeren verschiedener Dipeptide mit einer Vielzahl von nativen und derivatisierten Cyclodextrinen bei verschiedenen pH-Werten durchgeführt. Bei der Trennung der Enantiomere von z. B. Ala-Phe oder Ala-Tyr mit beta-Cyclodextrin wurde eine Umkehr der Migrationsreihenfolge bei Erhöhung des Puffer-pH-Werts von 2,5 auf 3,5 festgestellt. Mit Heptakis-(6-sulfato)-beta-cyclodextrin (HS-beta-CD), Heptakis-(2,3-O-diacetyl)-beta-cyclodextrin (Diac-beta-CD) und Heptakis-(2,3-diacetyl-6-sulfato)-beta-cyclodextrin (HDAS-beta-CD) wurde diese Umkehr der Migrationsreihenfolge nicht beobachtet. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war, den Mechanismus der Wechselwirkungen zwischen Cyclodextrinen und Aminosäuren bzw. Dipeptiden gründlich und umfassend zu untersuchen. Dabei ging es v. a. um die Untersuchung der Mechanismen der chiralen Erkennung durch Cyclodextrine, die mit Hilfe von verschiedensten Analysenmethoden, vor allem potentiometrische Titrationen und spektroskopische Methoden, wie der NMR-, UV- und CD-Spektroskopie durchgeführt werden sollten. Damit sollte auch die beobachtete Umkehr der Migrationsreihenfolge bei Erhöhung des pH-Wertes des Laufpuffers in der CE erklärt werden. Die potentiometrische Titrationsmethode lieferte sinnvolle Bindungskonstanten für Cyclodextrin-Einschlusskomplexe mit Aminosäuren. Eine Analyse der Struktur-Aktivitätsbeziehungen für Aminosäuren und Cyclodextrine ergab, dass ein gewisses Volumen der Aminosäure-Seitenkette und damit ein gutes Ausfüllen der Cyclodextrin-Kavität nötig ist, um den vollen Nutzen aus den hydrophoben Wechselwirkungen zwischen der Aminosäure-Seitenkette und der Cyclodextrin-Kavität zu ziehen. Eine Verlängerung des hydrophilen Restes, der aus der Kavität herausragt, wie bei den untersuchten Dipeptiden Ala-Phe und Ala-Tyr der Fall, führt zu der Möglichkeit der Ausbildung von Wasserstoff-Brücken mit den Hydroxylgruppen am breiteren Rand der Cyclodextrin-Kavität und damit zu einer stärkeren Bindung an das Cyclodextrin. Um den chiralen Erkennungsprozess von beta-CD und einigen seiner Derivate, nämlich HS-beta-CD, Diac-beta-CD und HDAS-beta-CD, zu verstehen, wurden NMR-Experimente durchgeführt, und zwar wurden „durch Komplexbildung induzierte Verschiebungen der chemischen Verschiebungen” (complexation induced chemical shifts, CICS) gemessen und mittels ROESY-Experimenten die Komplexgeometrie untersucht. Betrachtet man die CICS, die für die Paare Diac-beta-CD/Ala-Phe, HDAS-beta-CD/Ala-Phe, Diac-beta-CD/Ala-Tyr und HDAS-beta-CD/Ala-Tyr auftreten, dann zeigt sich, dass sie relativ klein sind und demnach auf eine eher schwache Wechselwirkung des jeweiligen Gastmoleküls mit dem Wirt hindeuten. Die CICS für beta-CD- und HS-beta-CD-Dipeptid-Komplexe bestätigten einen Einschluss des aromatischen Restes in die Cyclodextrin-Kavität. Es konnte gezeigt werden, dass bei pH 2.5 das DD-Enantiomer von Ala-Tyr tiefer in die Kavität von beta-CD eintaucht als das LL-Enantiomer. Außerdem ist bei pH 3.5 die Eintauchtiefe in die Kavität geringer als bei pH 2.5, was durch die Ergebnisse der ROESY-Experimente bestätigt werden konnte. Um einen besseren Einblick in die Bindungsmodi der Enantiomere von Ala-Phe und Ala-Tyr mit beta-CD bei unterschiedlichen pH-Werten zu erhalten, wurden Moleküldynamik-(MD-)-Simulationen durchgeführt. Die Simulationen wurden mit jedem Enantiomer von Ala-Phe und Ala-Tyr in jedem möglichen Protonierungszustand durchgeführt, d. h. Kation, Zwitterion und Anion. Zum ersten Mal wurden MD-Simulationen für eine größere Serie von unterschiedlichen Komplexen von Enantiomeren in verschiedenen Protonierungszuständen systematisch über den langen Zeitraum von 1 ns (=1000 ps) ausgeführt. Die Eintauchtiefe der untersuchten Dipeptide wurde mit Hilfe einer in die Cyclodextrin-Kavität eingepassten Ebene berechnet. Auf diese Weise konnten Informationen über das unterschiedliche Einschlussverhalten der untersuchten Dipeptide erhalten werden. Die angewendete Methode lässt sich leicht auf andere Wirt-Gast-Komplexe übertragen und erleichtert die Datenerfassung auch in anderen Fällen. Es konnte gezeigt werden, dass bei pH 2.5 das DD-Enantiomer von Ala-Phe tiefer in die Kavität von beta-Cyclodextrin eintaucht als das LL-Enantiomer, wohingegen bei pH 3.5 der umgekehrte Fall vorliegt. Betrachtet man das Dipeptid Ala-Tyr, dann dringt bei pH 2.5 das DD-Enantiomer tiefer ein, wohingegen keine klare Aussage über das Eindringverhalten der Enantiomere bei pH 3.5 gemacht werden kann. Die CICS und die Ergebnisse der Kapillarelektrophorese weisen jedoch auf ein tieferes Eindringen des LL-Enantiomers hin.
N2  - Cyclodextrin-modified capillary electrophoresis (CE) has become an important chiral analytic tool which is complementary to gas chromatography and HPLC. It is applicably for the analysis of polar substances particularly well, and is therefore suitable for the analysis of the degradation products of aspartame. On the basis of these degradation products, systematic studies on the separation of enantiomers of different dipeptides with a variety of native and derivated cyclodextrins at different pH values were accomplished by the group of Scriba at the University of Jena. While increasing the buffer pH value from 2.5 to 3.5, the separation of the enantiomers of Ala-Phe or Ala-Tyr with beta-cyclodextrin revealed a reversal of the migration order. With heptakis-(6-sulfato)-beta-cyclodextrin (HS-beta-CD), heptakis-(2,3-O-diacetyl)-beta-cyclodextrin (Diac-beta-CD) and heptakis-(2,3-diacetyl-6-sulfato)-beta-cyclodextrin (HDAS-beta-CD), this reversal of the migration order was not observed. The goal of this work was to examine the interaction mechanisms between cyclodextrins and amino acids and/or dipeptides. The primary goal was the investigation of the chiral recognition mechanisms of cyclodextrins, which were examined by most diverse analysis methods, e. g. potentiometric titration and NMR spectroscopy as well as UV and CD spectroscopy. In addition, it was aimed to elucidate the reason of the reversed migration order observed with increasing pH value of the running buffer in CE. The potentiometric titration method led to reasonable binding constants for cyclodextrin inclusion complexes with amino acids. An analysis of the structure activity relationship for amino acids and cyclodextrins resulted in the fact that a certain volume of the amino acid side chain and thus a good fit to the cyclodextrin cavity are necessary in order to take full advantage of the hydrophobic interactions between the amino acid side chain and the cyclodextrin cavity. An extension of the hydrophilic moiety, which protrudes out of the cavity, as present with the examined dipeptides Ala-Phe and Ala-Tyr, leads to the possibility of developing hydrogen bonds with the hydrogyl groups at the wider rim of the cyclodextrin cavity and thus to a stronger binding to the cyclodextrin. In order to understand the chiral recognition process of beta-CD and some of its derivatives, i.e. HS-beta-CD, Diac-beta-CD and HDAS-beta-CD, NMR experiments were accomplished, namely “complexation induced chemical shifts” (CICS); and the complex geometry was examined by means of ROESY experiments. Regarding the pairs of Diac-beta-CD/Ala-Phe, HDAS-beta-CD/Ala-Phe, Diac-beta-CD/Ala-Tyr and HDAS-beta-CD/Ala-Tyr, the CICS occured to be relatively small and thus exhibit rather weak interactions of the respective guest molecule with the host. The CICS for beta-CD- and HS-beta-CD-dipeptide complexes confirmed an inclusion of the aromatic moiety into the cyclodextrin cavity. It could be shown that at pH 2.5 the DD enantiomer of Ala-Tyr immerses more deeply into the beta-CD cavity than the LL enantiomer. Additionally, the immersion into the cavity is shallower at pH 3.5 than at pH 2.5, which could be confirmed by the results of the ROESY experiments. In order to receive a better view of the binding modes of the Ala-Phe and Ala-Tyr enantiomers with beta-CD at different pH values, molecular dynamics simulations (MD simulations) were carried out. The simulations were accomplished with each Ala-Phe and Ala-Tyr enantiomer in each possible state of protonation, i.e. cation, zwitterion and anion. For the first time MD simulations for a larger series of different complexes of enantiomers in different states of protonation were implemented systematically during the long period of 1 ns (= 1000 ps). The immersion depth of the examined dipeptide was computed with the help of a plane fit into the cyclodextrin cavity. In this way information about the different inclusion behaviour of the examined dipeptide could be received. The applied method can be transferred easily to other host-guest complexes and facilitates the data acquisition in other cases, too. It could be shown that at pH 2.5, the DD enantiomer of Ala-Phe immerses more deeply into the beta-cyclodextrin cavity than the LL enantiomer, whereas at pH 3.5, the reversal is the case. Regarding the dipeptide Ala-Tyr, at pH 2.5 the DD Enantiomer penetrates the cavity more deeply, whereas no clear statement about the penetration behaviour of the enantiomers can be made at pH 3.5. The CICS and the capillary electrophoresis results refer, however, to a deeper penetration of the cavity by the LL enantiomer.
KW  - Cyclodextrine
KW  - Einschlussverbindungen
KW  - Aminosäuren
KW  - Dipeptide
KW  - Cyclodextrin
KW  - Aminosäure
KW  - Einschlusskomplex
KW  - Bindungskonstante
KW  - chirale Erkennung
KW  - cyclodextrin
KW  - amino acid
KW  - inclusion complex
KW  - binding constant
KW  - chiral recognition
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-14149
ER  - 
TY  - THES
A1  - Schmitt, Ulrich
T1  - Cyclodextrine als chirale Selektoren in der kapillarelektrophoretischen Enantiomerentrennung
T1  - Cyclodextrins as chiral selectors in capillary electrophoretic separation of enaantiomers
N2  - Die vielfältigen isomeren Substanzen, die in dieser Arbeit getrennt wurden, zeigen, dass die cyclodextrin-modifizierte Kapillarelektrophorese eine sehr leistungsfähige Technik für die Trennung von Enantiomeren darstellt. Als kritisch erweist sich jedoch das Auffinden des richtigen Cyclodextrins bzw. dessen optimale Konzentration. Die Vorhersagbarkeit dieser Parameter ist noch zu gering, um hier vor den ersten Versuchen alleine anhand der Struktur des Moleküls sichere Aussagen machen zu können. So sind zur Zeit noch Versuchsreihen mit verschiedenen Cyclodextrinen und Bedingungen nötig, wie sie in dieser Arbeit durchgeführt wurden. Für die Zukunft wäre es wünschenswert, durch das Sammeln von mehr Erfahrungen und Ergebnissen, wie sie hier gezeigt wurden, schon möglichst direkt aus den Strukturen der zu trennenden Zielmoleküle eine Aussage über die Beschaffenheit des Cyclodextrins oder der CE-Methode machen zu können. Von sechs verschiedenen schwach basischen Thiobarbituratracematen konnten fünf erfolgreich in ihr Enantiomeren getrennt werden. Unter den fünf erfolgreich getrennt Barbituraten waren zwei am Stickstoff alkyliert und ein weiteres sowohl am Stickstoff als auch am Schwefel. Die Thiobarbiturate, die am Stickstoffatom keinen Substituenten tragen, konnten mit -CD am besten getrennt werden (RS > 6). Hingegen konnte für die beiden nur am Stickstoff alkylierten Barbituratemit mit -CD und HDMS jeweils Auflösungen über RS = 6 erzielt werden. Für den in der Erdbeere vorhandene Schlüsselaromastoff 2,5-Dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon, Furaneol, konnte eine CE-Methode entwickelt werden, die es zum einen ermöglicht, die Enantiomere vollständig zu trennen, und zum anderen so beschaffen ist, dass es bei der Trennung selbst zu keiner Racemisierung kommt, wie es bei der bisher verwendeten Gaschromatographie der Fall war. Die CE-Methode machte es erstmalig möglich, die enantioselektive Biosynthese von Furaneol in Erdbeerproteinextrakten nachzuweisen. Zusätzlich wurde noch die Racemisierungsgeschwindigkeit von einem angereichertem Gemisch bei vier verschiedenen pH-Werte getestet, was für weitere Arbeiten mit Furaneol-Proben von Bedeutung ist. Die Racemisierungsgeschwindigkeit erwies sich für den pH-Bereich von 3.8 bis 5 am langsamsten. Im neutralen Bereich wurde die schnellste Racemisierung beobachtet. Bei den Experimenten mit Atropin und dem verwandten Homatropin sollte geprüft werden, ob der Einsatz sulfatierter Cyclodextrine von vier verschiedenen Herstellern zu identischen Ergebnissen führt. Es konnten anhand einer kritischen Trennung gezeigt werden, dass dies nicht der Fall ist. Die Trennleistung der Cyclodextrine in Bezug auf den Vergleich Atropin/Homatropin war hierbei sehr ähnlich. Ein bei diesen Arbeiten zusätzlich entstandener Peak konnte eindeutig einem Zerfallsprodukt des Atropins, der Tropasäure, zugeordnet werden. Mit Hilfe von Experimenten mit den Atropisomeren von 1,1′-Binaphthalin-2,2′-diyl-phosphat sollte erprobt werden, ob eine Charakterisierung von randomisiert substituierter CDs über den durchschnittlichen molekularen Substitutionsgrad (MS) ausreicht, um beim erneuten Einsatz eines vergleichbaren Produktes reproduzierbare Ergebnisse zu bekommen. Die Trennleistung von unterschiedlich randomisiert substituierten acetylierten und methylierten Cyclodextrinen wurde hierzu getestet, und mit der von -CD und Heptakis-(2,3,6-tri-O-methyl)--cyclodextrin, bzw. deren Gemischen in Verhältnis von 1:9 bis 9:1 verglichen. Der Vergleich dieser Messergebnisse führte zu dem Schluss, dass eine einfache Charakterisierung randomisiert substituierter Cyclodextrine über den durchschnittlichen molekularen Substitutionsgrad (MS) nicht ausreicht, um reproduzierbare Ergebnisse beim Einsatz solcher Cyclodextrine zu erreichen. Die Aufnahme von Massenspektren ermöglichte es hingegen, randomisiert substituierte CDs aussagekräftig zu charakterisieren. Will man eine CE-Methode validieren, in der ein randomisiertes Cyclodextrin zu Einsatz kommt, so sollte man dieses mittels Massenspektroskopie charakterisieren und sich dessen bewusst sein, das die Validierung nur für diese eine Charge des Herstellers bzw. für Chargen mit vergleichbaren Massenspektren Gültigkeit besitzt. Für das im Arbeitskreis Bringmann racemisch synthetisierte 2-Hydroxymethyl-1-(2-hydroxy-4,6-dimethoxyphenyl)naphthalin sollte eine Trennmethode für die Atropisomere entwickelt werden, da für die Zukunft eine enantioselektive Synthese geplant ist. Unter Einsatz der chiralen Selektoren Heptakis-(6-sulfato)--CD (HS) und Heptakis-(2,3-di-O-acetyl-6-sulfato)--cyclodextrin (HDAS) konnten zwei Trennmethoden gefunden werden, die bei einer jeweiligen Cyclodextrinkonzentration von 15 mM zu einer guten Trennung der Enantiomeren führte. Dies ermöglicht eine Quantifizierung des Enantiomerenüberschuß (ee) für eine nicht-racemische Syntheseroute.
N2  - The manifold of isomeric substances being separated within the frame of this thesis shows the power of cyclodextrin-modified capillary electrophoresis concerning to the separation of enantiomers. The major problem is still to find the appropriate cyclodextrin respectively the optimum concentration. The possibility to predict these parameters only on the basis of the molecule structure is still too small. Thus, it is still necessary, to perform experiments to find the suitable cyclodextrin. It would be desirable for the future, to make this possible by collecting more experiences and information. The enantiomers of five of six weakly basic thiobarbiturates could be successfully separated. Two of these five barbiturates were N-substituted, one N-substituted as well as S-substituted. The three N-substituted thiobarbiturates characterized by phenyl- and ethyl-substituent in five positions being the chiral centre. In the two other molecules the chiral centre is located in the side chain, bound at the five position. Furthermore the dependence of the cyclodextrin concentration on the resolution power of five commercial cyclodextrins could be shown. The concentration leading to the best resolution was varying from the smallest (1 mmol/l) to the highest (18 mmol/l) concentrations which were used. The thiobarbiturates without a substituent at the nitrogen atom could be separated best by using -CD (RS > 6). Whereas the two barbiturates carrying a N-alkyl substituent reach their best resolution with -CD and HDMS (both RS > 6). Beside the absolute maxima local maxima were observed. For the key flavouring substance of the strawberry, 2,5-dimethyl-4-hydroxy-3(2H)-furanon, furaneol, a CE-method was developed, which makes it possible to separate the enantiomers without racemisation, which happens when using gas chromatography. This makes it possible to verify enantioselective biosynthesis of furaneol in strawberry protein extract for the first time. Additional the rate of racemisation of enantiomeric enriched samples at four different pH-values were tested, which is important for further experiments with furaneol. The studies on atropine and the related homatropine were performed to show, whether four sulphated cyclodextrins of four different manufacturers lead to identical results. By means of a critical separation the differences of the resolution powers could be shown. It varies from no resolution over separation 1/3 of the peak to 2/3. The resolution power to the atropine enantiomeres was comparable to the one of homatropine. An additional peak, which was found in the tests, was assigned to a decomposition product of atropine being tropic acid. By means of a study with the atrop-isomers of 1,1′-binaphthalin-2,2′-diyl-phosphate it was checked, whether the characterisation of randomly substituted cyclodextrins via the average molecular degree of substitution (MS) is sufficient to obtain comparable results in CD-modified CE. The resolution power of different randomly substituted acetylated and methylated cyclodextrins were tested and compared to the one of -CD and heptakis-(2,3,6-tri-O-methyl)--cyclodextrin and their mixtures in a ratio of 1:9 to 9:1. The comparison of these results shows, that a simple classification of randomly substituted cyclodextrins by the average molecular degree of substitution (MS) is not sufficient to reproduce the results of measurements done with such kind of cyclodextrins. To validate a CE-method, in which a randomly substituted cyclodextrin is used, a mass spectrum of this cyclodextrin should be recorded and it should be clear, that the validation is effective only for this batch of the producer or for batches which have comparable mass spectra. For 2-hydroxymethyl-1-(2-hydroxy-4,6-dimethoxyphenyl)naphthalin, which was racemically synthesized in the group of Prof. Bringmann, a separation method for the atop-isomers was developed, because a enantioselective synthesis is planed in the future. Using either heptakis-(6-sulfato)--CD (HS) or heptakis-(2,3-di-O-acetyl-6-sulfato)--cyclodextrin (HDAS) as chiral selectors at a cyclodextrin concentration of 15 mM a good separation was obtained. This makes a quantification of the enantiomeric excess (ee) for enantioselective synthesis routes possible.
KW  - Enantiomerentrennung
KW  - Kapillarelektrophorese
KW  - Cyclodextrine
KW  - Kapillarelektrophorese
KW  - Cyclodextrin
KW  - Enantiomere
KW  - capillary electrophoresis
KW  - cyclodextrin
KW  - enantiomer
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-10043
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wienen, Frank
T1  - Kapillarelektrophoretische Trennung und Quantifizierung von Aminoglykosiden und Clotrimazol
T1  - Separation and quantification of aminoglycosides and clotrimazole by means of capillary electrophoresis
N2  - Im Rahmen dieser Arbeit wurden kapillarelektrophoretische Methoden entwickelt, mit denen es möglich ist, Gentamicinsulfat in Haupt- und Nebenkomponenten zu trennen. Ausgelöst wurden die Untersuchungen im Jahr 2000, da in den USA über 60 Patienten durch Gentamicin starben. Es wurde vermutet, dass dies auf Verunreinigungen in gewissen Chargen zurückzuführen ist. Gentamicin wird fermentativ aus Micromonospora purpurea gewonnen. Durch leichte Abweichungen im Herstellungsprozess können Produkte entstehen, die mit den bisher angewendeten Analysenmethoden nicht nachzuweisen sind. In der momentanen Arzneibuch-Monographie von Gentamicinsulfat wird zur Prüfung der verwandten Substanzen eine HPLC-Methode beschrieben, die Gentamicin ohne Derivatisierung mit einem gepulsten amperometrischen Detektor detektiert. Vorteil dieser Methode ist, dass Gentamicin nicht derivatisiert werden muss. Der große Nachteil dieser Methode ist aber, dass die einzelnen Peaks sehr lange Migrationszeiten haben (bis über 10 Minuten) und somit Verunreinigungen überdeckt werden können. Außerdem sind viele Bestandteile nicht von den Hauptkomponenten abgetrennt. Weiterhin ist diese Methode nicht sehr robust, da der Detektor sehr empfindlich ist. Eigene HPLC-Messungen an mehreren Gentamicin-Chargen zeigten die Probleme auf. Da Gentamicin kein chromophores System hat, kann es nicht mit einem UV/VIS-Detektor detektiert werden. Um dies dennoch zu ermöglichen, kann Gentamicin mit verschiedenen Reagenzien derivatisiert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden alle Aminoglykoside mit ortho-Phthaldialdehyd und 2-Mercaptoessigsäure derivatisiert. Somit war eine Detektion bei 330 nm bzw. 340 nm möglich. Zur Trennung von Gentamicinsulfat wurde eine spezielle kapillarelektrophoretische Methode entwickelt. Die mizellare elektrokinetische Chromatographie (MEKC) ist nach Derivatisierung in der Lage, nahezu alle in der Monographie beschriebenen aber auch einige nicht aufgeführte Verunreinigungen zu trennen. Die Trennung erfolgt in einer Kieselgelkapillare mit einer Gesamtlänge von 33.0 cm, einer effektiven Länge von 24.5 cm und einem Innendurchmesser von 50 µm. Als Hintergrundelektrolyt wird ein Natriumtetraborat-Puffer verwendet (100 mM, pH 10.0), zu dem Desoxycholsäure-Natrium als mizellbildendes Reagenz in einer Konzentration von 20 mM und weiterhin beta-Cyclodextrin in einer Konzentration von 15 mM zugegeben wird. Die Proben werden hydrodynamisch bei 5000 Pa innerhalb 5 Sekunden auf der Anodenseite injiziert. Die Trennung erfolgt bei einer Kapillartemperatur von 25 °C und einer Trennspannung von +12 kV. Pikrinsäure wird als Interner Standard benutzt. Die Detektion erfolgt UV-spektroskopisch bei 340 nm. Die Hauptpeaks konnten durch „spiken“ mit den Einzelkomponenten, die u.a. säulenchromatographisch gewonnen wurden, identifiziert werden. Die vier Hauptkomponenten Gentamicin-C1, C1a, C2 und C2a sind basisliniengetrennt ebenso wie Gentamicin-C2b, die Verunreinigungen Garamin, Desoxystreptamin und Sisomicin. Bei den Untersuchungen von über 40 Gentamicin-Chargen verschiedener Hersteller und Händler fielen sowohl deutliche Unterschiede bezüglich der einzelnen Gehalte der Hauptkomponenten auf, als auch verschiedene Grade der Verunreinigungen. Anhand der Menge der Verunreinigungen konnten die Chargen in verschiedene Gruppen eingeteilt werden. Die Verunreinigung Sisomicin kann als Leitsubstanz der Verunreinigungen bezeichnet werden, da bei allen stärker verunreinigten Chargen Sisomicin in beträchtlichen Mengen vorhanden ist. Unter den untersuchten Proben befanden sich auch die Proben, die in den USA die eingangs erwähnten Todesfälle verursacht haben. Diese Proben konnten der Gruppe der stärker verunreinigten Gentamicin-Chargen eindeutig zugewiesen werden. Die Richtigkeit aller Messungen wurde durch 1H-NMR-Messungen bestätigt. Die Anwendbarkeit der entwickelten MEKC-Methode wurde auch an weiteren Aminoglykosiden untersucht. Die Methode ist ohne Änderung auf Sisomicin übertragbar. Der Sisomicin-Peak ist deutlich abgetrennt vom OPA-Reagenzpeak. Selbst kleine Verunreinigungen der CRS-Substanz können mit dieser Methode erkannt werden. Netilmicin und Amikacin können nicht ohne Änderungen mit der Methode vermessen werden, da sie unter diesen Bedingungen mit dem OPA-Peak komigrieren. Eine Anhebung der Trennspannung von +12 kV auf +14 kV lassen die Peaks hervortreten. Eine Unterscheidung der beiden Substanzen ist im Elektropherogramm nicht möglich, allerdings können sie durch 1H-NMR-spektroskopische Messungen identifiziert und unterschieden werden. Netilmicin wurde in vielen Gentamicin-Proben nachgewiesen. Bei Kanamycin liegen mit dieser Methode im Elektropherogramm sehr viele kleine Peaks sehr nahe beieinander. Durch Absenkung der Kapillartemperatur auf 20 °C können diese Peaks etwas besser getrennt werden...
N2  - The aim of this study was to separate gentamicin sulfate into its major and minor components by means of capillary electrophoresis. In May 2000 the death of 17 people and 60 people, respectively, was reported, following the administration of the commonly used broad spectrum antibiotic gentamicin sulfate. In addition hundreds of patients suffering from severe side effects were reported. Since this could not be explained by the pharmacological and toxicological properties of gentamicin, it was assumed that the side effects were related to impurities. Due to the fact that gentamicin is a fermentation product of Micromonospora purpurea, minor variations in the fermentation procedure may cause products, that cannot be detected by the analytical methods applied thus far. The current European Pharmacopoeia limits for related substance of gentamicin by means of an HPLC-method in combination with a pulsed amperometric detector. The advantage of this method is the fact, that it is not necessary to derivatize gentamicin. However, a major disadvantage of the method is the broadness of the main peaks (>10 minutes/peak). Hence, minor products could be covered by the main peaks. Furthermore, various peaks are not baseline separated and the method is not very robust owing to the highly sensitive detector. Due to the lack of a chromophore, gentamicin needs to be derivatized to allow detection by means of an UV-detector. In this study all aminoglycosides were labeled with orthophthaldialdehyde (OPA) in combination with 2-mercaptoacetic acid, which enabled detection at a wavelength of 340 nm. To separate gentamicin as OPA derivative, a method based on micellar electrokinetic chromatography (MEKC) was developed. This technique makes it possible to separate most of the impurities specified in the gentamicin monograph (garamine, deoxystreptamine, and sisomicin) and some additional, not further specified impurities such as paromamine and unknown products. The separation is carried out in a fused-silica capillary with a total length of 33.0 cm, an effective length of 24.5 cm and an inner diameter of 50 µm. Using sodium tetraborate buffer (100 mM, pH 10.0) as background electrolyte (BGE), deoxycholic acid sodium in a concentration of 20 mM as micelle forming agent and beta-cyclodextrin in a concentration of 15 mM are added. The samples are loaded hydrodynamically at 5000 Pa for 5 seconds on the anode side of the capillary and the separation is carried out at +12 kV and 25 °C. Picric acid is used as an internal standard and UV-detection is performed at 340 nm. Spiking experiments were performed using reference substances, obtained by column chromatography and commercially purchased reference substances for the impurities. The four major components gentamicin C1, C1a, C2, and C2a as well as the minor component C2b and the impurities garamine, deoxystreptamine, and sisomicin are baseline separated. Over 40 gentamicin batches of different pharmaceutical companies and producers were analyzed with respect to the content of the major components as well as the amount of the impurities. Varying levels of the major compounds as well as the impurities were identified, which allowed the grouping of the samples. All samples exhibiting a high amount of impurities were found to a high sisomicin concentration. Hence, sisomicin can be referred to as an impurity indicator. Some of the batches under scrutiny were responsible for the deaths found in the US. All these samples could be unambiguously assigned to the group which is characterized by a high number and a relatively high quantity of most unspecified impurities. All CE-measurements were verified by 1H NMR measurements. To investigate the applicability of the developed MEKC method, other aminoglycosides were also investigated. For sisomicin the standard method can be used without modification, since the sisomicin peak is separated from the OPA reagent peak and even small amounts of impurities of the CRS-substance can be detected with this method. For netilmicin and amikacin the developed method has to be modified. Under standard conditions the peaks of both substances co-migrates with the OPA reagent peak. Raising the voltage from +12 kV to +14 kV both peaks are separated. All Gentamicin samples were measured again using these new conditions. Netilmicin was often found in gentamicin samples. However, for these new conditions the migration time of netilmicin and amikacin are similar. Hence, they cannot be differentiated from each other in the same sample. Nevertheless, this differentiation can be carried out with 1H NMR measurements. Kanamycin samples show many peaks in a small zone of the electropherogram using the MEKC standard method. A slightly better separation can be obtained by using a lower temperature of the capillary of 20 °C instead of 25 °C...
KW  - Aminoglykoside
KW  - Micellare elektrokinetische Kapillarchromatographie
KW  - Gentamicin
KW  - Verunreinigung
KW  - Clotrimazol
KW  - Quantitative Analyse
KW  - Gentamicin
KW  - MEKC
KW  - Cyclodextrin
KW  - ortho-Phthaldialdehyd
KW  - Derivatisierung
KW  - gentamicin
KW  - MEKC
KW  - cyclodextrin
KW  - ortho-phthaldialdehyd
KW  - derivatisation
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-7796
ER  -