TY - THES
A1 - Steiner, Melanie
T1 - Chirale 9-Oxabispidine - Design, enantioselektive Darstellung und Anwendung in der asymmetrischen Synthese
T1 - Chiral 9-oxabispidines - design, enantioselective preparation and application in asymmetric synthesis
N2 - Der bekannteste Vertreter der Bispidine ist das Lupinenalkaloid (–)-Spartein, das vor allem in enantioselektiven Deprotonierungen aber auch Übergangsmetall-katalysierten asymmetrischen Reaktionen als Ligand der Wahl eingesetzt wird. Daneben gibt es nur wenige weitere synthetische Vertreter, da keine flexiblen Darstellungsmethoden zu enantiomerenreinen Bispidinen mit variablen Substituenten in 2-endo-Position existieren. Ein zielgerichtetes Design solcher Verbindungen war daher bisher nur eingeschränkt möglich. So sollte in dieser Arbeit eine neue Substanzklasse als chirale Liganden in der asymmetrischen Synthese etabliert werden: 2-endo-substituierte 9-Oxabispidine. Das Brücken-Sauerstoffatom sollte die Synthese stark vereinfachen. Insgesamt wurden drei strategisch unterschiedliche Methoden zur enantioselektiven Synthese von 2-endo-substituierten 9-Oxabispidinen entwickelt. Zunächst ist die sehr kurze Route zu 2-endo-Phenyl-substituierten Derivaten mit diversen Resten R' an den Stickstoff-Funktionen zu nennen. Ausgehend von käuflichem (R,R)-Phenylglycidol wurde (S,S)-3-Benzylamino-3-phenyl-1,2-propandiol dargestellt, das in einer Dreistufen-Eintopf-Reaktion mit (S)-Epichlorhydrin kondensiert und zum all-cis-konfigurierten 2,6-Dimesyloxymethyl-3-phenylmorpholin mesyliert wurde. Die finale Cylisierung erfolgte mit primären Aminen zu verschiedenen 2-endo-Phenyl-9-oxabispidinen in insgesamt drei bis fünf Stufen. Die Darstellung des tricyclischen 9-Oxa-Derivats eines bekannten (+)-Spartein-Ersatzstoffs gelang nach einem verwandten Syntheseprotokoll. Für eine effiziente Variation des 2-endo-Substituenten auf einer späten Synthesestufe wurde zunächst enantiomerenreines 3N-Boc-7N-Methyl-9-oxabispidin-2-on als Schlüsselintermediat ausgewählt, das aus (R)-Epichlorhydrin und racemischem Glycidsäuremethylester dargestellt wurde. Die weitere Überführung in die 9-Oxabispidine wurde durch Grignard-Addition, Abspaltung der N-Boc-Gruppe vom resultierenden, ringoffenen N-Boc-Aminoketon, Cyclisierung zum Imin und abschließende, exo-selektive Reduktion oder Hydrierung erreicht. So wurden bi- und tricyclische 9-Oxabispidine in nur drei Stufen und 51% Ausbeute synthetisiert. Ein größeres Potenzial besitzt jedoch der primär von David Hein parallel zu den eigenen Arbeiten entwickelte Zugang über ein cis-konfiguriertes 6-(N-Boc-Aminomethyl)morpholin-2-carbonitril als zentrale Zwischenstufe, das auch im 10-g-Maßstab problemlos erhältlich war. Die allgemeine Anwendbarkeit und Flexibilität dieser Methode wurde anhand der Darstellung einer Reihe an 9-Oxabispidinen demonstriert. Die dargestellten chiralen 9-Oxabispidine wurden erstmalig in den folgenden fünf unterschiedlichen Gebieten der asymmetrischen Synthese getestet: Organolithium- und Organomagnesium-vermittelte Umsetzungen sowie Pd(II)-, Cu(II) und Zink(II)-katalysierte Reaktionen. Für enantioselektive Deprotonierungen schwach C-H-acider Verbindungen mit sBuLi erwiesen sich die 9-Oxabispidine als ungeeignet, da sie selbst in Brückenkopfposition lithiiert wurden. Die Stabilität der resultierenden -Lithioether war unerwartet hoch; sie ließen sich beispielsweise bei -78 °C in guten Ausbeuten mit Elektrophilen abfangen. Umlagerungen traten erst beim Aufwärmen ein, wenn kein Elektrophil als Reaktionspartner zur Verfügung stand. Als definierte Produkte wurden dabei Ring-kontrahierte N,O-Acetale erhalten. Zusammen mit den weniger basischen Grignard-Reagenzien wurden die 9-Oxabispidine erfolgreich zur Desymmetrisierung von meso-Anhydriden verwendet. Bei Pd(II)-katalysierten oxidativen kinetischen Racematspaltungen sekundärer Alkohole konnten mit einem 9-Oxabispidin-Pd(II)-Katalysator Selektivitätsfaktoren s vergleichbar zu denen mit (–)-Spartein erzielt werden. Die Ursache für die geringere Reaktivität der 9-Oxabispidin-Komplexe liegt gemäß quantenchemischen Berechnungen in der Elektronegativität des Brücken-Sauerstoffatoms, was die Elektronendichte am Palladiumatom verringert. In Kooperation mit David Hein wurde ein von einem tricyclischen 9-Oxabispidin abgeleiteter Cu-Katalysator entwickelt, der bei der Addition von Nitromethan an zahreiche aromatische, heteroaromatische und aliphatische Aldehyde exzellente Enantioselektivitäten im Bereich von 91–97% lieferte. Mit bicyclischen, 2-endo-substituierten 9-Oxabispidinen als chiralen Liganden wurden hingegen lediglich 33-57% ee erreicht bemerkenswerterweise entstanden hierbei bevorzugt die enantiokomplementären β-Nitroalkohole. In Zusammenarbeit mit Janna Börner aus der Arbeitsgruppe von S. Herres-Pawlis wurde der erste chirale, neutrale Diamin-Zink(II)-Katalysator für die Ringöffnungs-Polymerisation von D,L-Lactid entwickelt. Die Reaktion benötigte kein weiteres anionisches Additiv und konnte ohne Lösungsmittel mit nicht-aufgereinigtem, käuflichem Lactid durchgeführt werden.
N2 - The most famous representative of the bispidines is the lupine alkaloid (–)-sparteine, which ist he ligand of choice in enantioselective deprotonations but also transition metal catalyzed asymmetric transformations. Besides there are only a few other synthetic bispidines known, since there is no flexible synthetic approach to enantiomerically pure bispidines with variable substituents in 2-endo-position. This strongly hampered a directed design of such compounds. In this work a novel class of substances should be established as chiral ligands in asymmetric synthesis: 2-endo-substituted 9-oxabispidines. The oxygen atom in the bridgeshould simplify their accessibility. Three strategically different enantioselective routes to 2-endo-substituted 9-oxabispidines were developed. The 2-endo-phenyl-substituted derivatives were available by a very short approach. Starting with the commercially available (R,R)-phenyl glycidol and benzylamine, (S,S)-3-benzylamino-3-phenyl-1,2-propandiol was prepared, condensed with (S)-epichlorohydrin in a three-step one-pot protocol, and mesylated to give the all-cis-configured 2,6-dimesyloxymethyl-3-phenylmorpholine. Final cyclization with primary amines afforded a series of 2-endo-phenyl-9-oxabispidines 25 in totally three to five steps. The tricyclic 9-oxa derivative of a known (+)-sparteine surrogate was analogously synthesized. Enantiomerically pure 3N-Boc-7N-methyl-9-oxabispidin-2-one was choosen as the key intermediate for an efficient preparation of 9-oxabispidines by variation of the 2-endo substituent at a late stage of the synthesis. The conversion into the 9-oxabispidines was achieved by Grignard addition, cleavage of the amino group from the resulting N-Boc amino ketone, cyclization to an imine, and exo-selective reduction or hydrogenation. In this manner the enantiomerically pure bi- and tricyclic 9-oxabispidines were synthesized in three steps and 51% yield. An even more efficient route to 9-oxabispidines from a cis-configured nitrile as the chiral key intermediate, was developed by D. Hein in parallel to the own work. The general applicability and flexibility of this approach was demonstrated in the synthesis of a set of 9-oxabispidines. The chiral 9-oxabispidines prepared were evaluated in five different areas of asymmetric synthesis: organolithium and organomagnesium mediated transformations as well as Pd(II), Cu(II), and Zn(II) catalyzed reactions. The 9-oxabispidines were not suited as chiral ligands in enantioselective deprotonations of weakly C-H-acidic molecules with sBuLi, since they were lithiated at the bridgehead positions themselves. The unusual high stability of the anions allowed to trap them with electrophiles at -78 °C in good yields. Rearrangements of the lithiated 9-oxabispidines occurred only upon warming in the absence of an electrophile delivering ring contracted N,O-acetals. In the presence of Grignard reagents, which are less basic than organolithium compounds, the 9-oxabispidines were successfully applied in the desymmetrization of meso-anhydrides. In Pd(II)-catalyzed oxidative kinetic resolutions of secondary alcohols good to excellent selectivity factors s, comparable to those obtained with ()-sparteine were achieved with a 9-oxabispidine-Pd(II)-catalyst. According to quantum chemical calculations, the lower reactivity of the 9-oxabispidine complexes can be explained by the higher electronegativity of the bridgehead oxygen, which decreases the electron density at the Pd atom. In cooperation with David Heina 9-oxabispidine-derived Cu-catalyst was developed, which gave excellent enantioselectivities in the range of 91–97% in the addition of nitromethane to several aromatic, heteroaromatic, and aliphatic aldehydes. The analogous catalysts with bicyclic, 2-endo-substituted 9-oxabispidines as the chiral ligands surprisingly provided the enantiocomplementary β-nitro alcohols, albeit in 33–57% ee. In cooperation with Janna Börner of the group of S. Herres-Pawlis the 9-oxabispidine-zinc(II)acetato-complex was applied as a catalyst in the ring-opening polymerisation of D,L-lactide. This diamino-zinc complex is the first chiral and neutral catalyst that requires no anionic additive and allows solvent-free conditions.
KW - Bispidinderivate
KW - Asymmetrische Synthese
KW - Spartein
KW - 9-Oxabispidine
KW - chirale Liganden
KW - 9-oxabispidines
KW - chiral ligands
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-51909
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Krimm, Stefan
A1 - Kraft, Arno
T1 - Einige Valene von benzanellierten fünfgliedrigen Heteroarenen - Synthesen und NMR-Spektren
N2 - No abstract available
Y1 - 1990
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-31559
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Roberts, John D.
T1 - Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy : Conformational Analysis of Methyl-Substituted Cycloheptanes, Cycloheptanols, and Cycloheptanones
N2 - The 130 chemical shifts were determined of the carbons in 12 cycloheptanes, 21 cycloheptanols, and 8 cycloheptanones. In some cyc1oheptanols and cyc1oheptanones, the assignments have been obtained unambiguously by the synthesis of deuterated derivatives and the use of paramagnetic-shift reagents. Substituent effects for the different types of groups have been calculated. The most informative data about the cyc10heptane conformations were provided by the relatively well understood I' effects. The results are generally in,good agreement with predictions based on the twist-chair form, which has been predicted by Hendrickson to be the most stable conformation. Pairs of cis-trans isomers are found to have rather characteristic differences in their 130 spectra. This fact was used to assign the resonances found for cis-trans mixtures of methyl-substituted cyc1oheptanols to specific isomers.
Y1 - 1972
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-41663
ER -
TY - RPRT
A1 - Christl, Manfred
T1 - Cycloadditions of 1,3,4-Oxadiazin-6-ones
N2 - No abstract available
Y1 - 1986
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-41677
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Brüntrup, Gisela
T1 - Neue Isomere des Cycloheptatriens: Tricyclo[4.1.0.0^(2,7)]hept-3-en und Tetracyclo[4.1.0.0^(2,4).0^(3,5)]heptan
N2 - No abstract available
Y1 - 1974
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-41488
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Lechner, M.
T1 - Zur intramolekularen Wechselwirkung von Cyclopropylidenen mit dem Bicyclo[1.1.0]butansystem
N2 - No abstract available
Y1 - 1975
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-41509
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Lanzendörfer, Ulrike
A1 - Freund, Silke
T1 - Olefinadditionen an 2,5-Diphenyl-1,3,4-oxadiazin-6-on
N2 - No abstract available
Y1 - 1981
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-41525
N1 - Prof. Siegfried Hünig zum 60. Geburtstag gewidmet
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Leß, Roland
A1 - Müller, Heinrich
T1 - 6,7-Dimethylene-2,4-diphenylbicyclo[3.2.l]oct-3-en-2-yl Anion : A Test for the Origin of the Unusual Properties of the Bicyclo[3.2.l]octa-3,6-dien-2-yl Anion
N2 - No abstract available
Y1 - 1994
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-31547
ER -
TY - JOUR
A1 - Gigstad, Kenneth M.
A1 - Ricci JR., John S.
A1 - Markgraf, J. Hodge
A1 - Christl, Manfred
A1 - Kraft, Arno
T1 - Strained Heterocyclic Systems : 18. Structure of 1,2,3-Methylidyne-2,3-dihydro-1H-cyclopenta[b]quinoxaline
N2 - No abstract available
Y1 - 1991
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-41645
SN - 0108-2701
ER -
TY - JOUR
A1 - Irngartinger, H.
A1 - Reimann, W.
A1 - Lang, R.
A1 - Christl, Manfred
T1 - Electron Density Distribution in a Bicyclo[l.l.0]butane
N2 - No abstract available
Y1 - 1990
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-31576
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Leininger, Hartmut
A1 - Mattauch, Brigitte
T1 - The 13C NMR Spectra of Some Tricyclo[2.2.0.02,6]hexane Derivatives : Unexpected High Field Absorptions Due to Additive gamma-anti Subsituent Effects
N2 - By means of the BC NMR spectra of tricyclo{2.2.0~rfJ6Jhexane and thirteen of its derivatives the effects of substituents in endo-3- and endo-5-positions on the HC chemical shifts have been determined. The y-anti effects are at least as Jarge as in monosubstituted cyc1obutanes, where the shielding values of second-row hetero substituents exceed those in unstrained systems by far, and higher-row and carbon substituents still cause substantial upfield shifts. In the title system the y-anti effect of a substituent in the endo-3- and endo-5-position are operative additively, and thus shift the absorption of C-J upfieJd by a maximum of 27 ppm with respect to the unsubstituted hydrocarbon.
Y1 - 1983
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-41620
SN - x
ER -
TY - THES
A1 - Patrakov, Anatoly
T1 - Anwendung der Clusternäherung zur quantenchemischen Charakterisierung der Struktur und Stabilität von II-VI Halbleitersystemen
N2 - Kaum ein Bereich der menschlichen Tätigkeit hat sich jemals so stürmisch entwickelt, wie die Mikro- und Nanoelektronik in den letzten Jahrzehnten. Der rasche Fortschritt dieser Gebiete war möglich, weil die Vorteile in der Anwendung der Mikroelektronik den gewaltigen Entwicklungs- und Forschungsaufwand rechtfertigten. Eine besondere Rolle spielt dabei die Herstellung von Halbleiterbauelementen durch Kristallzüchtungsmethoden. In dieser Arbeit wurden Prozesse untersucht, die sich auf der Kristalloberfläche abspielen und somit das Wachstum von hochgeordneten Kristallstrukturen bestimmen. In den vergangenen Jahren wurden mehrere Methoden zur Untersuchung dieser Prozesse entwickelt, deren Präzision sich von Jahr zu Jahr unablässig steigerte. In der Reihe der theoretischen Ansätze stehen quantenchemische Methoden im Vordergrund. Eine von diesen Methoden, die Dichtefunktionaltheorie, ist aufgrund ihrer Anschaulichkeit und des relativ niedrigen Rechenaufwands das Hauptwerkzeug der vorliegenden Arbeit. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die Wanderungsmöglichkeiten eines Adsorbatatoms (Cd oder Te) auf der (001) Oberfläche von CdTe (Substrat) auf DFT-Niveau im Rahmen der GGA-Näherung untersucht. Dies erforderte es, die Gesamtenergie des Systems Adsorbat-Kristall an verschiedenen Adsorptionsstellen zu berechnen. Dabei wurde nur ein Teil des Kristalls - das Adsorbat selbst und die nächste Umgebung der Adsorptionsstelle (Quantencluster) - auf DFT-Niveau berechnet. Der Einfluss des übrigen Kristalls auf den Cluster wurde mit einem Gitter aus Punktladungen angenähert, wobei die Te- und Cd-Atome die Ladungen −2 bzw. +2 trugen. Bei dem Einsatz dieses Modells ergab sich allerdings das Problem, dass es eigentlich nur auf Ionenkristalle anwendbar ist, die in guter Näherung volle Ionizität besitzen. CdTe stellt aber laut vielen experimentellen und theoretischen Untersuchungen eine Abstufung zwischen ionischen und kovalenten Kristallen dar, was eine gründliche Analyse der Abhängigkeit unserer Ergebnisse von der Clustergröße und der Entfernung der Adsorptionsstelle von den Clusterrändern erforderte. Als Ergebnis wurde ein Modell entworfen, das dazu in der Lage ist, die Struktur der (2X1) Te-terminierten CdTe Oberfläche mit ausreichender Genauigkeit wiederzugeben. Durch geeignete Wahl des Quantenclusters (ausreichende Größe in den Richtungen parallel zur Oberfläche und Platzierung der weniger polarisierbaren Cd-Kationen an den Außenflächen) gelang es, den Einfluss der Clusteroberfläche auf die untersuchten Eigenschaften auf ein akzeptables Maß zu verringern. Die durchgeführten Berechnungen der Cd-Potentialenergiefläche zeigen zwei Potentialtöpfe, mit den Tiefen 2.1 eV und 1.7 eV. Die Existenz dieser beiden Minima ist eng mit der Dimerisierung von Te-Atomen an der adsorbatfreien Te-Oberfläche verbunden. Das erste, der Struktur =Te-Cdad-Te= entsprechende Minimum entsteht durch den Bruch einer Te-Te Dimerbindung beim Cd-Angriff an diese Stelle. Der zweite Potentialtopf kommt dadurch zustande, dass das Cd-Adsorbatatom mit zwei entlang der [110]-Richtung angeordneten Te2-Dimeren reagiert. Die Potentialenergiefläche des Te-Adsorbats unterscheidet sich zwar wesentlich von der des Cd-Atoms, es gibt aber auch Ähnlichkeiten. Das gilt vor allem für das der Struktur =Te-Tead-Te= entsprechende Minimum, das ungefähr 2.8 eV tief ist. Wie im Fall der Cd-Adsorption entsteht diese Struktur infolge der Wechselwirkung eines adsorbierten Te-Atoms mit einem Te2-Dimer auf der Oberfläche. Die Ergebnisse unserer Berechnungen bestätigen experimentelle Hinweise, gemäß denen Te- und Cd-Atome aus dem Teilchenfluss, dem die (2X1)Te Oberfläche während der MBE ausgesetzt ist, leicht adsorbiert werden. Außerdem wurden die relativ genauen Werte der Potentialbarrieren bekommen, die für ein besseres Verständnis des Wachstumsprozesses zum Beispiel mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen notwendig sind. Im Vordergrund des zweiten Teils der vorliegenden Arbeit stand die Strukturbestimmung von ZnO-Nanoclustern, die durch spezielle Kristallisationsprozesse erzeugt werden und wegen ihrer eigenartigen optischen und elektronischen Eigenschaften von großem Interesse sind. Zwei grundsätzlich unterschiedliche Atomanordnungen wurden betrachtet, wobei festgestellt werden sollte, welche dieser Strukturen in Abhängigkeit von der Clustergröße und der Umgebung stabiler ist. Angenommen wurde dabei, dass diese Tendenz bei der weiteren Vergrößerung der Atomanzahl von Hundert bis mehreren Tausenden erhalten bleibt. Die Clustermodelle erster Art besaßen die für ZnO-Verbindungen typische Wurtzitstruktur, die anderen, sogenannten Käfigcluster, bestanden aus Zn3O3- und (oder) Zn2O2-Ringen, die so verknüpft sind, dass sie kugel- oder zylinderförmige Strukturen bilden. Charakteristisch für letztere Cluster ist eine Homogenität der Atomumgebung, da alle Zn- und O-Atome dreifach koordiniert sind, während sie in Wurtzitstrukturen im Wesentlichen vierfach koordiniert sind. Durch Knüpfung zusätzlicher Zn-O Bindungen konnte die Anzahl der in Frage kommenden Strukturen nennenswert vergrößert werden. Dabei entstehen vierfach koordinierten Atome und, laut den Berechnungen, deutlich stabilere Cluster. Die Rechnungen wurden sowohl im Vakuum als auch im Rahmen des COSMO Verfahrens (im „Wasser“) durchgeführt. Sie ergaben, dass die Wurtzitstrukturen bei der Zunahme der Atomanzahl stabiler werden als ihre Käfig-Analoge. Dieses Ergebnis ist allerdings eher von theoretischem Interesse, da die experimentell in einer Lösung gezüchteten ZnO-Nanocluster an ihrer Oberfläche mit Molekülen aus der Lösung bedeckt sind. Ein weiterer Schritt war daher, den Einfluss der Umgebung auf die Bildungsenergie durch die Absättigung der Oberfläche mit H+- und OH−-Ionen zu simulieren. Als Bezugspunkt für die Berechnung der Bildungsenergie der verschiedenen Cluster wurde der Molekülkomplex Zn(OH)2(H2O)2 verwendet. Mit anderen Worten wurde angenommen, dass ein freies Zn2+-Ion in der Lösung von zwei OH−-Gruppen und zwei H2O-Molekülen umgeben ist. Die Ergebnisse zeigen, dass die Absättigung einen starken Einfluss auf die Randbereiche der wurtzitartigen Cluster ausübt. Bei fast allen Clustermodellen sind diese stark verformt, während bei den Käfigstrukturen nur deutlich geringere Verzerrungen beobachtet werden. Ebenso stark ist der Einfluss auf die Bildungsenergie: Verglichen mit ihren unabgesättigten Analogen werden alle abgesättigte Strukturen erheblich stabiler, was auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass durch die OH− -Gruppen und H+-Kationen die freien Valenzen an der Clusteroberfläche abgesättigt werden. Ansonsten lassen sich bei den abgesättigten Strukturen dieselben Tendenzen erkennen, wie bei nicht abgesättigten. So werden Wurtzitstrukturen mit zunehmender Clustergröße energetisch günstiger als Käfigstrukturen mit der gleichen Anzahl an Atomen. Da es die im Rahmen dieser Arbeit festgestellten Regelmäßigkeiten ermöglichen, die stabilsten ZnO-Atomanordnungen auf die hier Betrachteten einzuschränken, ergibt sich, dass die stabilste Struktur für Nanocluster wurtzitartig ist. Dies stimmt auch mit allen verfügbaren experimentellen Daten überein.
N2 - Recent years have seen great progress in micro- and nano- electronics. It was possible because of great advantages from application of microelectronics (in industry). Especially effective is using microelectronics in manufacturing of semiconductor devices by crystal growth methods. In this work we investigate processes which take place on the crystal surface and thus determine the growth of the highly ordered structures. During the last years several theoretical methods have been developed to study of these processes. The accuracy of the approaches becomes continuously higher. In this work we apply quantum chemical approaches, which based on theory of density functional. These methods are intuitive clear and don’t require high computer resources. In the first part of this work the behaviour of an adsorbate atom (CD or Te) at the (001) surface from CdTe was investigated in the framework of GGA approximation. This required the calculation of the total energy of the system adsorbate-chrystal on the different sites of the surface. The binding energies of the adsorbate were calculated as differences between the geometry relaxed adsorbate system (quantum cluster and adsorbate) and the relaxed surface with the adsorbate atom at infinite distance. Thereby only one part of the crystal, the adsorbate oneself and the nearest surrounding of the adsorption site, was treated by quantum-chemical methods (DFT), while the influence of the rest of the crystal is taken into account by a point charge field. This point charge field was generated from the experimental bulk and surface structures of CdTe. The charges of all ions were chosen as the formal charges, i.e. +2 for Cd, −2 for Te in bulk. The size and shape of the quantum cluster is crucial for a proper description of the adsorption process. Different quantum clusters were selected in order to provide appropriate descriptions of the surface and different adsorption sites. In particular, the dependence of the adsorption process on the cluster size and on other parameters of the quantum cluster such as its charge and boundary conditions were investigated. The study proves that carefully chosen cluster models provide a qualitatively correct model to describe adsorption on the (2X1) Te-terminated CdTe surfaces. For Cd as well as Te adsorption, two potential minima were found. The binding energies amount to -2.1 eV and -0.71 eV for Cd (-2.8 eV and -1.4 eV for Te). At any position of the surface, Te adsorption is found to be stronger than that of Cd. Our results indicate that an adsorption of a tellurium atom at the reconstructed Te-terminated (001) CdTe (2X1) surface leads to adsorbates which may move along the surface due to their thermal energy. In the opposite, cadmium adsorbate atoms are essentially trapped in the global minima and desorption is expected to be much more likely than motion along the surface. The focus of the second part of the work was the structure determination of ZnO nanoclusters, which are of high interest due to their optical and electronic properties. Two different groups of structures were considered within the framework of this study: wurtzitelike and spheroids. The goal was to find out what kind of ZnO cluster compositions represents energeticaly the most stable form. The formation energies of these structures were calculated and compared with each other with the aim to observe their behaviour depending on the size of the cluster and saturation of the surface. The spheroids are built by a constant number of Zn2O2 squares (6 atoms), and an increasing number of Zn3O3 hexagons. In contrast to the wurtzite clusters all atoms of these structures are threefold coordinate and located at the surface. The number of spheroids cluster could be increased via the creation of additional Zn-O bonds. Such structures have Zn3O3 hexagons, whose atoms are fourfold coordinate. The number of the Zn2O2 squares increases, which leads in any cases to becoming of cylinderlike segments either at the front side or in the middle area of the cluster. The results of our culculations shown that these structures are energetically more favourable compared with the “normal” spheroids. Two types of boundary conditions were used in this study. To compare our results (formation energies) with the literature dates we calculated on the first step the clean structures. The geometries were optimised in vakuum (“gas phase”) and within the framework of COSMO (“water”). After that the structures were saturated with OH- and H+ ions with the aim to investigate the influence of the water solution on the geometry parameters and the stability of the structures. To enable the comparison between the formation energies of the non saturated and saturated clusters, the molecular complex consists of the Zn(OH)2 and two water molecules was used. The choice of this structure is based on the assumption that the interaction of a single Zn atom with a water solution leads to the formation of the chemical bonds between Zn atom and two OH- groups. The results of full optimisation shown that the distortions of the geometry structure by all wurtzitelike clusters are very strong. This is related in particular to the border areas of the structures. In contrast to that the influence of the water surrounding (saturation) on the geometry structure of the spherical particles is negligible. Almost all structures (at least their ZnO-kerns) remaine non disturbed. It was shown that the stability both wurtzitelike and spherical structures increases by the transition from the small to the extended clusters. This tendency was observed in both phases (in the gas phase and in the water solution, which was simulated with the aid of COSMO). It becomed clear that the saturation of the surfaces atoms with the OH- groups and H+ cations leads to the strong distortions of the surfaces areas by all wurtzitelike structures, which reduce by the increasing of the clusters size. The spherical structures remain after the geometry optimization almost undistorted. The full saturation of the clusters surface both wurtzitelike and spherical structures causes a considerable improvement of the stability. Thus the main result of this study is that the wurtzitelike structures by the increasing of the clusters size are most stable than spherical clusters.
KW - Zwei-Sechs-Halbleiter
KW - Clustermodell
KW - Kristalloberfläche
KW - Dichtefunktionalformalismus
KW - II-VI Halbleiter
KW - B3LYP Clusternäherung
KW - Oberfläche
KW - Embedded Clustermodell
Y1 - 2010
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-46283
ER -
TY - THES
A1 - Li, Xueqing
T1 - Hydrogen Bond-directed Self-assembly of Perylene Bisimide Organogelators
N2 - Perylene bisimide (PBI) dyes are a widely used class of industrial pigments, and currently have gained significant importance for organic-based electronic and optical devices. Structural modification at the PBI core results in changes of the optical and electronic properties, which enable tailored functions. Moreover, the aggregation behavior of PBIs is alterable and controllable to achieve new materials, among which organogels are of particular interest because of their potential for applications as supramolecular soft materials. In this work, new PBI-based organic gelators were designed, synthesized, and characterized, and the aggregation behaviors under different conditions were intensively studied by various spectroscopic and microscopic methods. In chapter 2, a brief overview is given on the structural and functional features of organogel systems. The definition, formation and reversibility of organogels are introduced. Some examples on dye based organogel are selected, among which PBI-based organogelators reported so far are especially emphasized. Some basic knowledges of supramolecular chirality are also overviewed such as characterization, amplification, and symmetry breaking of the chiral aggregates. According to our former experiences, PBIs tend to form aggregates because the planer aromatic cores interact with one another by pi-pi interaction. In chapter 3, a new PBI molecule is introduced which possesses amide groups between the conjugated core and periphery alkyl chains. It is found that well oriented aggregates are formed by hydrogen bonding and the pi-pi interaction of the cores. These interactions enable the aggregates to grow in one-dimension forming very long fibers, and these fibers further intercross to 3D network structures, e.g., organogels. In comparison to the very few PBI-based gelators reported before, one advantage of this gelator is that, it is more versatile and can gelate a wide range of organic solvents. Moreover, the well-organized fibers that are composed of extended π-stacks provide efficient pathways for n-type charge carriers. Interestingly, AFM studies reveal that the PBI molecules form well-defined helical fibers in toluene. Both left-handed (M) and right-handed (P) helicities can be observed without any preference for one handedness because the building block is intrinsically achiral. In chapter 4, we tried to influence the M/P enantiomeric ratio by applying external forces. For example, we utilized chiral solvents to generate chiral aggregates with a preferential handedness. AFM analysis of the helices showed that a enantiomeric ratio of about 60: 40 can be achieved by aggregation in chiral solvents R- or S-limonene. Moreover, the long aggregated fibres can align at macroscopic level in vortex flows upon rotary stirring In chapter 5, bulky tetra-phenoxy groups are introduced in the bay area of the PBI gelator. The conjugated core of the new molecule is now distorted because of the steric hindrance. UV/Vis studies reveal a J-type aggregation in apolar solvents like MCH due to intermolecular pi-pi-stacking and hydrogen-bonding interactions. Microscopic studies reveal formation of columnar aggregates in apolar solvent MCH, thus this molecule lacks the ability to form gels in this solvent, but form highly fluorescent lyotropic mesophases at higher concentration. On the other hand, in polar solvents like acetone and dioxane, participation of the solvent molecules in hydrogen bonding significantly reduced the aggregation propensity but enforced the gel formation. The outstanding fluorescence properties of the dye in both J-aggregated viscous lyotropic mesophases and bulk gel phases suggest very promising applications in photonics, photovoltaics, security printing, or as fluorescent sensors. In chapter 6, we did some studies on combining PBI molecules with inorganic gold nanorods. Gold nanorods were synthesized photochemically. By virtue of the thioacetate functionalized PBIs, the rods were connected end to end to form gold nanochains, which were characterized by absorption spectra and TEM measurement. Such chromophore-nanorod hybrids might be applied to guide electromagnetic radiation based on optical antenna technology.
KW - Perylenderivate
KW - Selbstorganisation
KW - Wasserstoffbrückenbindung
KW - Gelieren
KW - Supramolekulare Struktur
KW - organogelator
KW - perylene bisimide
KW - self-assembly
Y1 - 2009
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-43727
ER -
TY - THES
A1 - Geiß, Barbara
T1 - Donor-Acceptor Substituted Triplet Emitters
T1 - Donor-Akzeptor substutuierte Triplett-Emitter
N2 - Im ersten Teil dieser Arbeit wurden die Synthesen und photophysikalischen Eigenschaften mehrerer Donor-Akzeptor-substituierter Übergangsmetallkomplexe des Typs [(C^N)2Ir(N^N)][PF6] vorgestellt. Das Ir(III) wurde mit Lochleitern wie Carbazol (CZ) und Triarylamin (TAA), die über eine Methyl- und Ethylbrücke mit dem cyclometallierten C^N-Liganden Phenylpyrazol (ppz) und Phenylpyridin (ppy) verbunden waren, verknüpft. Zweizähnige neutrale N^N- und P^P-Liganden wie 2,2’-Bipyridyl (bpy), 3,4,7,8-Tetramethyl-1,10-phenanthrolin (tmp) und cis-1,2-Bis(diphenylphosphino)ethylen (bdppe) wurden als Akzeptoren ausgewählt.Um die Eigenschaften in Vergleich setzen zu können, wurden die entsprechenden Referenzverbindungen ohne Lochleiter hergestellt. Alle Carbazol-Komplexe, bis auf die bdppe-Verbindungen, zeigen Emission und transiente Absorption ähnlich denen ihrer Referenzverbindungen, was sie für Anwendungen in der OLED-Forschung interessant macht. Untersuchungen an LECs (lichtemittierende elektrochemische Zellen) zeigen eine rotverschobene Lumineszenz. Die Triarylamin-Komplexe zeigen keine Emission bei RT, allerdings weisen diese eine intensive, blauverschobene und langlebige Lumineszenz bei 77 K in einer festen Matrix auf. Die transienten Absorptionsspektren unterscheiden sich stark von denen der Referenzverbindungen. Sie weisen charakteristische Merkmale von den Spektren der isolierten Radikalanionen und Radikalkationen auf, was durch spektroelektrochemische Messungen bewiesen wurde. Daraus kann geschlossen werden, dass es sich bei dem angeregten Zustand um einen ladungsgetrennten (CS) Zustand handelt, wo die positive Ladung am Triarylamin-Donor und die negative Ladung am N^N-Akzeptor sitzt. Die Abklingzeiten der angeregten Zustände verlaufen biexponentiell, was ein Hinweis auf das Vorhandensein zweier angeregter Zustände, dem 1CS und 3CS Zustand, ist. Um dieses Verhalten zu untersuchen, wurden verschieden substituierte bpy-Komplexe synthetisiert und analysiert. Temperaturabhängige Messungen der transienten Absorption zeigten, dass alle Ratenkonstanten temperaturunabhängig sind, mit Ausnahme des OMe-substituierten Komplexes. Die Gleichgewichtskonstante K = k1 / k2 ist nahezu eins für alle Komplexe. Bei dem OMe-Komplex sinkt sie mit steigender Temperatur. Eine Auftragung der Ratenkonstanten gegen die Energiedifferenzen, die durch cyclovoltammetrische Messungen erhalten wurden, zeigte, dass alle Konstanten mit steigender Donorstärke am bpy-Liganden abfallen. DFT-Rechnungen an der OMe-Verbindung sind noch in Arbeit. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden neutrale Ir(III) und Pt(II) Komplexe des Typs [(O^O)Ir(N^N)2] und [(O^O)Pt(N^N)] vorgestellt. Hier wurde TAA mit Acetylacetonat (acac) direkt, oder über eine CH2-Brücke verbunden, um den Einfluss der Art der Verbrückung auf die photophysikalischen Eigenschaften zu beobachten. Als zweizähniger N^N-Ligand wurde 2,2’-Bipyridyl (bpy) gewählt. Auch hier wurden alle entsprechenden Referenzverbindungen ohne Triarylamin als Vergleich hergestellt. Zudem wurde der homoleptische fac Ir(N^N)3 Komplex mit Triarylamin, welches über eine Methyl- und Ethylbrücke an Phenylpyrazol angeknüpft wurde, synthetisiert. Die Synthese des Ir(III)-Komplexes mit TAA substituiertem acac-Liganden verknüpft über eine CH2-Brücke konnte nicht hergestellt werden. Alle neutralen TAA-substituierten -diketonato Pt(II) und Ir(III) Komplexe zeigen keine Lumineszenz, außer dem Pt(II)-Komplex mit CH2-Gruppe. Dieser zeigt angeregte Zustände die in guter Übereinstimmung mit den Emissionslebenszeiten bei RT sind. Diese sind ähnlich denen der Referenz, was auf einen 3Pt(N^N)(O^O)- Zustand schließen lässt. Die Komplexe ohne CH2-Brücke zeigen zudem keine transiente Absorption was auf ein Charge-Transfer-Quenching aufgrund der direkten Verknüpfung zwischen Donor und Akzeptor zurückzuführen sein könnte. Der homoleptische fac Ir(N^N)3 Komplex weist weder Emission bei RT, noch transiente Absorption auf. Bei 77 K ist eine stark strukturierte Emission mit einer Abklingzeit von 14 s zu beobachten. Verglichen mit dem literaturbekannten Vergleichskomplex ist die Emission auf die Bevölkerung eines 3Ir(ppz)3-Zustandes zurückzuführen. Unsere Ergebnisse sind grundlegend für die Synthese weiterer Verbindungen mit stärkeren Akzeptoren, wie z. B. Naphthalenimid, um längerlebige ladungsgetrennte Zustände zu erhalten. Diese könnten Anwendung als Photosynthesiser in Solarzellen und anderen optoelektronischen Bauteilen finden. Zudem sind weiter Untersuchungen an LECs und OLEDs für die Carbazol-Komplexe noch immer von Interesse, um das Ausmaß der Triplett-Triplett-Annihilierung zu quantifizieren.
N2 - In the first part of this work we presented the synthesis and photophysical properties of a series of transition metal donor-acceptor Ir(III)complexes of the type [(C^N)2Ir(N^N)][PF6]. The Ir(III) was connected with hole conducting donor-moieties like carbazole (CZ) and triarylamine (TAA) linked via a methylene and ethylene bridge to the cyclometalating C^N ligands phenylpyrazole (ppz) and phenylpyridine (ppy). Bidentate N^N and P^P ligands like 2,2’-bipyridyl (bpy), 3,4,7,8-tetramethyl-1,10-phenanthroline (tmp) and cis-1,2-bis(diphenylphosphino)ethylene (bdppe) were used as acceptor units. In order to analyse the influence of the electron density of the bpy ligand, TAA-complexes with acceptor- and donor-substituted bpy acceptor units were synthesised. Therefore, 4,4’-dinitro-2,2’-bipyridyl, 4,4’-dichloro-2,2’-bipyridyl, 4,4’-dimethoxy-2,2’-bipyridyl and 4,4’-dimethylamino-2,2’bipyridyl were used as neutral N^N ligands. In order to compare the photophysical properties, all reference compounds without hole conducting component were syntesised. All the carbazole compounds, except the bdppe complexes, exhibit emission and transient absorption properties similar to their reference compounds that make them interesting for OLED (organic light emitting device) applications. LEC (light emitting electrochemical cell) studies show a red shifted luminescence. The triarylamine compounds do not luminesce at RT but they exhibit an intense, blue-shifted and long-lived luminescence at 77 K in a rigid matrix. The transient absorption spectra differ strongly from that of their reference compounds. The spectra display characteristic features of the spectra of the isolated radical anions and cations supported by spectroelectrochemical measurements. Thus, it can be assumed that the transient states are charge separated (CS) states in which the positive charge is localised at the TAA donor units and the negative charge at the N^N acceptor units. The decays of the transient states are biexponentially what indicates the presence of two transient states, the 1CS and the 3CS state. To understand this behaviour the differently substituted bipyridyl-complexes were synthesised and analysed. Temperature dependent transient absorption measurements showed that all rate constants are indepentend of the temperature, except for the complex with OMe subsituents at the bpy ligand. The equilibrium constant K = k1 / k2 is nearly one for all complexes. For the OMe-compound it decreases with increasing temperature. Plotting the rate constants vs. the free energy differences (determined by cyclovoltammetry measurements) shows that all constants are decreasing with increasing donor strength of the bpy ligand. DFT calculations on the OMe-compound are already in work. In the second part of this work, neutral Ir(III) and Pt(II) complexes of the type [(O^O)Ir(N^N)2] and [(O^O)Pt(N^N)] were introduced. There, TTA was connected directly or via a CH2 bridge to acectylacetonate (acac = O^O) in order to probe the influence of the different kinds of connection on the photophysics of the complexes. As the bidentate N^N ligand 2,2’-bipyridyl (bpy) was chosen. All the corresponding reference compounds without triarylamine were obtained in order to compare with the TAA substituted analoga. Furthermore, the homoleptic fac Ir(N^N)3 complex with triarylamine connected via a methylene and ethylene bridge to phenylpyrazole as introduced in the first part of this work was synthesised. The synthesis of the Ir(III) compound with the TAA substituted acac ligand connected via the CH2 group was not successful. All the neutral triarylamine-substituted -diketonato Pt(II) and Ir(III) complexes do not luminesce at RT, except the Pt(II)-complex with CH2 bridge. This compound shows transient state characteristics that are in good agreement with the luminescence lifetimes at RT and that are similar to the reference compound, what suggests to a 3Pt(N^N)(O^O) state. The complexes without the CH2 bridging unit show no transient signals what may be caused by charge-transfer quenching due to the direct linkage between donor and acceptor unit. The homoleptic fac Ir(N^N)3 complex exhibits no emission at RT and no transient signals. At 77 K it shows a highly structured emission with 14 s lifetime. Compared to the literature-known reference compound this emission is caused by the population of a 3Ir(ppz)3 state. Our findings are important for designing complexes with stronger acceptor units (i.e. naphthaleneimide) for long CS states lifetimes to be used as photosynthesisers in solar cells and other optoelectronic devices. Besides, LEC and OLED studies on the carbazole complexes are still of interest to analyse the degree of triplet-triplet-annihiliation in these devices.
KW - Tiplet emiters
KW - charge separation
KW - Tiplett Emitter
KW - ladungsgetrennte Zustände
KW - Tiplet emiters
KW - charge separation
Y1 - 2009
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-39721
ER -
TY - THES
A1 - Urban, Christian
T1 - Design, Synthese und Untersuchung eines Membrantransporters für acetylierte Aminosäuren
T1 - Design, Synthesis and Investigation of a Membrane Transporter for Acetylated Amino Acids
N2 - Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein synthetischer Membrantransporter für acetylierte Aminosäurecarboxylate entworfen und hergestellt. Als Bindungsstelle für die Carboxylate wurde das Guanidiniocarbonylpyrrol-Motiv von Schmuck verwendet. In den Seitenarm des Pyrrols wurde ein L-Valinamid-Rest eingebracht, um die Möglichkeit zu zusätzlichen Wasserstoffbrückenbindungen zu bieten und gegebenenfalls Substrat- und Enantioselektivität zu erreichen. Zur Herstellung der Löslichkeit in unpolaren Medien wie dem Inneren der Zellmembran musste eine lipophile Gruppe eingebracht werden. Als löslichkeitsvermittelnder Rest wurde Tris-(Dodecyloxy)phenylmethylen ausgewählt, das drei lange unpolare Alkylreste trägt. Zusammengenommen ergab sich so ein Rezeptor für Oxo-Anionen und speziell für Aminosäurecarboxylate mit erhöhter Löslichkeit in organischen Medien. Somit war die Fähigkeit zu Membrantransport gegeben. In Kraftfeldrechnungen erhielt man die vermutliche Struktur des Rezeptor-Substrat-Komplexes, der eine Kombination aus einer Salzbrücke, Wasserstoffbrückenbindungen und einer Stapelwechselwirkung von Guanidinum-Kation, Benzylgruppe und ggf. aromatischem Rest des Aminosäuresubstrates aufweist. Nach erfolgreicher Synthese wurde in Extraktionsexperimenten die Fähigkeit des Rezeptors erprobt, Aminosäurecarboxylate aus einer wässrigen in eine organische Phase aus zu überführen. Man erhielt das beste Extraktionsvermögen für Ac-Trp-OH, gefolgt von Ac Phe OH und Ac Tyr OH. Es wurde eine neue Formel aufgestellt, mit der aus den pKS-Werten der Substrate und den Extraktionsdaten mit und ohne Rezeptor die Bindungskonstanten der Rezeptor-Substrat-Komplexe berechnet werden konnten. Die Größe der Bindungkonstanten entsprach der Reihenfolge Trp > Tyr > Phe ~ Val mit den höchsten Bindungskonstanten für das Tryptophanderivat mit 1.5*10E4 1/M. Zur Bestätigung der Bindungskonstanten wurden ITC-Messungen durchgeführt. Es wurden Messungen des Rezeptors in Chloroform mit den tert-Butylammoniumsalzen der acetylierten Aminosäuren Phenylalanin, Tyrosin und Valin durchgeführt. Für die Werte von Enthalpie und Entropie konnten bei dieser Auswertung konsistente Werte ermittelt werden. Die höchsten Werte der Enthalpie erhielt man für das Tyrosinderivat mit 3.7*10E3 cal/mol, gefolgt vom Phenylalaninderivat mit 2.8*10E3 cal/mol und Valinderivat mit 1.3*10E3 cal/mol. Diese Abstufung entspricht dem Einfluss des aromatischen Restes, der durch die Stapelwechselwirkung mit dem Guanidinium-Kation die Bindungswärme erhöht und durch den damit verbundenen engeren Komplex den Wert für die Entropie senkt. Für die Evaluierung des Transportvermögens wurden U-Rohr-Versuche verschiedener Art durchgeführt. Es wurde ein Gradient von pH 6 in der Ausgangsphase auf pH 8 in der Zielphase eingesetzt, wodurch der Rezeptor an der Grenzfläche zur Zielphase deprotoniert wurde, was zu gerichtetetem Transport führte. Es ergaben sich recht starke Unterschiede für die Fluxwerte der einzelnen Substraten, die der Reihenfolge Val > Phe > Ala > Trp > Tyr folgten. Dabei wurde das Valinderivat um den Faktor 17 schneller als das Tyrosinderivat befördert, mit dem recht hohen Flux von 1.11*10E-6 mol/m2*s, was nahe an den höchsten literaturbekannten Wert für acetylierte Aminosäuren heranreicht. Durch Verwendung gleicher Substratkonzentrationen in Start- und Zielphase konnte aktiver Transport nachgewiesen werden, d.h. Transport gegen das Konzentrationsgefälle. Die Triebkraft des Transportes war der Gradient von pH 6 auf pH 8 zwischen Ausgangs- und Zielphase, der durch den Symport von Substrat und einem Proton ausgeglichen wurde. Bei einem kompetitiven Versuch mit einer Mischung der verschiedenen Substrate in der Ausgangsphase wurden veränderte Fluxwerte und Selektivitäten festgestellt. Die neue Reihenfolge der Transportgeschwindigkeit war nun Trp > Phe > Val > Tyr > Ala, wobei die Fluxwerte fast durchgehend niedriger waren als im Einzelversuch. Die Veränderung der Werte erschließt sich bei Vergleich mit den thermodynamischen Daten aus den Extraktionsexperimenten. Bei direkter Konkurrenz um den Rezeptor wurden diejenigen Substrate mit den höchsten Bindungskonstanten bevorzugt, unabhängig von ihrer Transportgeschwindigkeit. Die schwächer bindenden Substrate wurden aus dem Komplex verdrängt und wiesen deswegen niedrigere Transportwerte auf. Der kompetitive Versuch ist somit eine stärkere Abbildung der Bindungsstärke und entspricht eher der Situation in einer realen Zelle.
N2 - Within the scope of this work a new membrane carrier for acetylated amino acids was designed and synthesized. For the binding site of the carboxylate the guanidinio-carbonylpyrrole motif by Schmuck was selected. In the pyrrole’s side chain an L-valinamide residue was introduced, to allow for additional hydrogen bonding and potentially achieve substrate- and enantioselectivity. For solubility in nonpolar media such as the inner part of the cell membrane a lipophilic group had to be introduced. Tris-(dodecyloxy)-phenylmethylene, which bears three long, nonpolar alkyl chains, was selected to procure the desired solubility. All in all this yielded a receptor for oxo-anions and especially for amino acid carboxylates with increased solubility in organic media. This design resulted in the ability for membrane transport. In force field calculations the probable structure of the receptor-substrate-complex was obtained. It showed a combination of a salt bridge, hydrogen bonds and pi-stacking between the guanidinium cation, the benzyl group and, if applicable, the amino acid’s aromatic residue. After the successful synthesis, extraction experiments were carried out to test the receptor’s ability to transfer amino acid carboxylates from an aqueous into an organic phase. The best extractability was attained for Ac-Trp-OH, followed by Ac-Phe-OH and Ac-Tyr-OH. A new equation was established to calculate the binding constants of the receptor-substrate-complexes with the known pKS-values of the substrates and the extraction data with and without receptor. The values of the binding constants followed the order Trp > Tyr > Phe ~ Val with the highest values for the tryptophane derivative with 1.5*10E4 1/M. To confirm the binding constants, ITC experiments were conducted. Measurements of the receptor in chloroform with the tert-butylammonium salts of the acetylated amino acids phenylalanine, tyrosine and valine were conducted.For the enthalpy and entropy consistent values could be determined. These were 3.7*10E3 cal/mol for the tyrosine derivative, 2.8*10E3 cal/mol for the phenylalanine derivative and 1.3*10E3 cal/mol for the valine derivative. This incrementation complies with the influence of the aromatic residue, which increases the binding heat by the pi-stacking and decreases the value of the entropy because of the resulting tighter complex. For the evaluation of the transport capabilities various U-tube experiments were conducted. A gradient from pH 6 in the source phase to pH 8 in the target phase was employed, which led to deprotonation of the receptor near the interface to the target phase, resulting in directed transport. There were quite strong differences for the substrates’ flux values, which followed the order of Val > Phe > Ala > Trp > Tyr. The valine derivative was transported 17 times faster than the tyrosine derivative, with a quite high flux of 1.11*10E-6 mol/m2*s. This is close to the highest literature-known value for acetylated amino acids. By employing analogous substrate concentrations in the source and target phase, active transport, that is transport against the concentration gradient, could be achieved. The driving force of the transport was the gradient from pH 6 to pH 8 between the source and target phase, which was diminished by the symport of substrate and a proton. In a competitive experiment with a mixture of the various substrates in the source phase different values for flux and selectivity were found. The new order of the transport velocities was now Trp > Phe > Val > Tyr > Ala. Nearly all of the flux values were lower than before. The change of the values can be explained by the comparison with the thermodynamic data from the extraction experiments. With direct competition for the receptor, the substrates with higher binding constants were preferred, independent of their transport velocity. The substrates with weaker binding were expulsed from the complex and now showed lower transport values. The competitive transport experiment is therefor a better depiction of the binding strength and comes closer to the situation in a real cell.
KW - Molekulare Erkennung
KW - Guanidiniumverbindungen
KW - Aminosäurentransport
KW - Flüssig-Flüssig-Extraktion
KW - Membrantransport
KW - Supramolekulare Chemie
KW - Organische Synthese
KW - Pyrrolderivate
KW - Naturstoffchemie
KW - Adiabatische Kalorimetrie
KW - UV-VIS-Spektroskopi
KW - Aktiver Transport
KW - Molecular Recognition
KW - Guanidinium Cations
KW - Amino Acid Transport
KW - Amino Acid Extraction
KW - Membrane Carrier
Y1 - 2009
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38094
ER -
TY - THES
A1 - Wich, Peter Richard
T1 - Multifunctional Oligopeptides as an Artificial Toolkit for Molecular Recognition Events
T1 - Multifunktionale Oligopeptide als künstlicher Werkzeugkasten für molekulare Erkennungsprozesse
N2 - The main focus of this thesis was the synthesis and analysis of multifunctional oligopeptides. The study of their non-covalent interactions with various counterparts revealed interesting new results, leading to both methodological and application related progress. The first project of this thesis concentrated on the in-depth analysis of the peptide receptor CBS-Lys-Lys-Phe-NH2 to acquire a better understanding of its binding mode upon complexation with a substrate. In this context it was possible to develop—in cooperation with the group of Prof. Sebastian Schlücker—a direct and label free spectroscopic detection of immobilized compounds which are often found in combinatorial libraries. This new screening method utilizes the advantages of the surface enhanced Raman spectroscopy and allowed for the first time a surface mapping of a single polystyrene bead for the identification of peptides in femtomolar concentrations. Hence, this method allows a very fast and sensitive detection of resin bound compounds. The development of this promising new approach set the starting point for future experiments to enable on-bead library screenings and to investigate the complex formation of immobilized compounds. After the comprehensive analysis of the basic structural features of small peptide receptors in the first part of this thesis, the second big block focused on its in vitro evaluation using biological relevant targets. Therefore, several different modifications of the initial peptide structures were synthesized. These modifications provided a molecular toolkit for the tailor made synthesis of structures individually designed for the respective target. The first tests addressed the interaction with Alzheimer’s related amyloid fibrils. During these experiments, the successful SPPS syntheses of tri- and tetravalent systems were achieved. The comparison of the multivalent form with the corresponding monovalent version was then under special investigations. These concentrated mainly on the interaction with various bacteria strains, as well as with different parasites. To localize the compounds within the organisms, the synthesis of fluorescence labelled versions was achieved. In addition, several compounds were tested by the Institute for Molecular Infection Biology of the University of Würzburg for their antibacterial activity. This thorough evaluation of the biological activity generated precious information about the influence of small structural changes in the peptide receptors. Especially the distinct influence of the multivalency effect and the acquired synthetic skills led to the development of an advanced non-covalent recognition event, as described in the final project of this thesis. The last part of this thesis discussed the development of a novel inhibitor for the serine protease beta-tryptase based on a tailor-made surface recognition event. It was possible to study and analyze the complex interaction with the unique structure of tryptase, that features a tetrameric frame and four catalytic cleavage sites buried deep inside of the hollow structure. However, the point of attack were not the four binding pockets, as mostly described in the literature, but rather the acidic areas around the cleavage sites and at the two circular openings. These should attract peptides with basic residues, which then can block the accessibility to the active sites. A combinatorial library of 216 tetravalent peptide compounds was synthesized to find the best structural composition for the non-covalent inhibition of beta-tryptase. For the screening of the library a new on-bead assay was applied. With this method a simultaneous readout of the total inhibition of all library members was possible, thus allowing a fast and direct investigation of the still resin bound inhibitors. Several additional experiments in solution unveiled the kinetics of the inhibition process. In conclusion, both mono- and multivalent inhibitors interact in a non-destructive and reversible way with the tryptase.
N2 - Der Hauptfokus dieser Arbeit lag in der Synthese und Analyse multifunktionaler Oligopeptide. Die Untersuchung ihrer nicht-kovalenten Wechselwirkungen mit verschiedenen Strukturen resultierte sowohl in interessanten methodischen als auch anwendungsbezogenen Fortschritten. Das erste Projekt dieser Dissertation konzentrierte sich auf die detaillierte Analyse des Peptid-Rezeptors CBS-Lys-Lys-Phe-NH2, um ein besseres Verständnis seines Bindungsverhaltens während einer Substratkomplexierung zu erhalten. In diesem Zusammenhang gelang in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Sebastian Schlücker, die Entwicklung einer direkten und markierungsfreien spektroskopischen Methode zur Detektion festphasengebundener Substanzen, wie man sie z.B. oft in kombinatorischen Molekülbibliotheken findet. Diese neuartige Screeningmethode bedient sich der Vorteile der Oberflächen-verstärkten Raman-Streuung (SERS) und ermöglichte erstmals das Scannen der Oberfläche eines einzelnen Harz-Kügelchens und damit die Identifizierung von Peptiden in femtomolaren Konzentrationen. Zusammenfassend erlaubt diese neue Methode eine schnelle und hoch sensitive Detektion harzgebundener Substanzen. Die Entwicklung dieses viel versprechenden Ansatzes bildet die Basis möglicher zukünftiger Entwicklungen für das direkte und schnelle Screening von kombinatorischen Bibliotheken sowie für die detaillierte Untersuchung der Komplexbildung von immobilisierten Verbindungen. Nach der ausführlichen Analyse der grundlegenden strukturellen Eigenschaften kleiner Peptidrezeptoren im ersten Teil dieser Dissertation schloss sich im zweiten großen Block dessen in vitro Evaluierung mit Hilfe verschiedener biologisch relevanter Zielstrukturen an. Dazu wurden einige strukturell verwandte Versionen der ursprünglichen Rezeptoren synthetisiert. Dies ermöglichte die Zusammenstellung eines variablen molekularen Baukasten zur zielgerichteten Synthese von Strukturen, die individuell für ausgesuchte Ziele entworfen werden konnten. Die ersten Tests betrachteten die Wechselwirkung mit Amyloid-Fibrillen, die im Zusammenhang mit der Alzheimer-Krankheit stehen. Während dieser Arbeiten wurden erste tri- und tetravalente Rezeptorsysteme mit Hilfe der Festphasenchemie synthetisiert. In diesem Zusammenhang war insbesondere der Vergleich der multivalenten Systemen mit den entsprechenden monovalenten Peptiden von Interesse. Die Untersuchungen konzentrierten sich hauptsächlich auf die Interaktion mit verschiedenen Bakterienarten, sowie unterschiedlichen Parasiten. Um die Verbindungen in den Organismen zu lokalisieren wurden spezielle Fluoreszenz-markierte Versionen der Peptide synthetisiert. Zusätzlich wurden einige Verbindung vom Institut für Molekulare Infektionsbiologie der Universität Würzburg auf ihre antibakterielle Aktivität untersucht. Mit dieser detaillierten Evaluierung der biologischen Aktivität konnten somit wertvolle Informationen über den Einfluss kleiner struktureller Änderungen in den Peptidrezeptoren gewonnen werden. Insbesondere der ausgeprägte Einfluss des multivalenten Effektes und die angeeigneten synthetischen Fertigkeiten führten zur Entwicklung und Untersuchung eines komplexeren Bindungsereignisses. Der letzte Abschnitt dieser Dissertation beschreibt die Entwicklung eines neues Inhibitors der Serinprotease beta-Tryptase, welche eine tetramere Struktur aufweist, in der die vier aktiven Zentren sich im Inneren eines zentralen Hohlraumes befinden. In diesem Zusammenhang gelang es die zur Inhibierung notwendige Komplexbildung, die auf einem speziell zugeschnittenen Oberflächenerkennungsprozess basiert, zu studieren und analysieren. Die Angriffspunkte waren jedoch nicht die üblicherweise in der Literatur beschriebenen aktiven Zentren, sondern Anhäufungen negativ geladener Aminosäure-Reste, die in der Umgebung der aktiven Zentren sowie in den beiden Eingangsbereichen zum zentralen Hohlraum zu finden sind. Diese sollten in der Lage sein positiv geladene Aminosäurereste anzuziehen und dazu führen, dass ein entsprechend voluminöses Peptid die Zugänglichkeit zu den aktiven Zentren einschränkt. Daraufhin wurde eine kombinatorische Bibliothek bestehend aus 216 Verbindungen synthetisiert. Es war das Ziel, die beste strukturelle Zusammensetzung zu finden, die eine effiziente nicht-kovalente Inhibierung der Tryptase ermöglicht. Verschiedene zusätzliche Experimente in Lösung halfen bei der Aufklärung der kinetischen Beschreibung des Hemmprozesses. Zusammenfassend lässt sich die Wechselwirkung zwischen der Tryptase und den sowohl mono- als auch multivalenten Inhibitoren als nicht-destruktiv und gleichzeitig reversibel beschreiben.
KW - Peptidsynthese
KW - Kombinatorische Synthese
KW - Enzyminhibitor
KW - Aminosäuren
KW - Organische Synthese
KW - Guanidinderivate
KW - Molekulare Erkennung
KW - Onbead-Enzymscreening
KW - Guanidiniocarbonylpyrrol
KW - nicht-kovalente Wechselwirkungen
KW - Supramolekulare Chemie
KW - onbead enzym screening
KW - guanidiniocarbonyl pyrrole
KW - non-covalent interactions
KW - supramolecular chemistry
Y1 - 2009
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-38108
ER -
TY - THES
A1 - Schmidt, Rüdiger
T1 - Perylene Bisimide and Acene Derivatives as Organic Semiconductors in OTFTs
T1 - Perylenbisimid- und Acenderivate als organische Halbleiter in organischen Dünnschichttransistoren
N2 - This thesis deals with the synthesis of improved organic semiconductors, the detailed investigation of the molecular properties and the solid state arrangements revealed by single crystal X-ray diffraction and finally the development of structureperformance dependencies by measuring of the charge carrier mobilities of the derivatives in thin film transistors. The two main-goals of this thesis were achieved. Well soluble acene derivatives for spin-coated TFTs were obtained, showing charge carrier mobilities in the range of polymer p-type materials. Novel core-fluorinated perylene bisimide dyes were synthesized particularly and the use of electron deficient substituents lead to PBIs with outstanding air-stable mobilities in thin film transistors prepared by vacuum deposition techniques. The relationship between performance, air stability and solid state packing was elucidated in detail by single crystal X-ray diffraction analysis.
N2 - Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese verbesserter organischer Halbleitermaterialien, detaillierte Untersuchungen ihrer Moleküleigenschaften sowie ihrer Packung mittels von Röntgenstrukturanalysen von Einkristallen sowie die Ableitung von Struktur-Eigenschaftsbeziehung mit Hilfe der Ladungsträgerbeweglichkeiten in Dünnschichttransistoren. Die beiden Hauptziele der Arbeit erreicht werden. Gutlösliche Acenderivate für Spin-Coating Verfahren konnten hergestellt werden deren TFTs Ladungsträgerbeweglichkeiten im Bereich polymerer p- Halbleitermaterialien liegen. Vor allem wurden jedoch neuartige Perylenbisimidfarbstoffe synthetisiert, die durch Einführung elektronenziehender Halogenreste herausragende Elektronenbeweglichkeiten in Dünnschichttransitoren an Luft aufwiesen (durch Vakuumsublimation hergestellt). Der Zusammenhang zwischen Ladungsträgermobilität, Luftstabilität und Festkörperpackung wurde detailliert durch Einkristallstrukturanalysen aufgeklärt.
KW - Dünnschichttransistor
KW - Organischer Halbleiter
KW - organischer Feldeffekttransistor
KW - Perylenbisimid
KW - Pentacen
KW - thin film transistor
KW - organic semiconductor
KW - perylene bisimide
KW - pentacene
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-29314
ER -
TY - THES
A1 - Machon, Uwe Rainer
T1 - Entwicklung von Cysteinproteaseinhibitoren - ein klassischer und ein kombinatorischer Ansatz zur Inhibitoroptimierung
T1 - Development of cysteine protease inhibitors – a classical and a combinatorial approach for inhibitor optimization
N2 - Ziel der Dissertation „Entwicklung von Cysteinproteaseinhibitoren – ein klassischer und ein kombinatorischer Ansatz zur Inhibitoroptimierung“ war die Optimierung von neuen Inhibitoren von Falcipain-2 und Rhodesain als neue potentielle Wirkstoffe gegen Malaria bzw. die Schlafkrankheit über zwei verschiedene Methoden. Es handelt sich hierbei um einen klassischen und einen kombinatorischen Ansatz. Der klassische Ansatz basiert auf einer Struktur, deren Aktivität per Zufall entdeckt wurde. In Screenings von synthetisierten Strukturanaloga, gestützt durch virtuelle Docking-Experimente am aktiven Zentrum der Cysteinproteasen, wurden Struktur-Aktivitäts-Beziehungen erarbeitet. Bei der kombinatorischen Methode wurde zunächst ein peptidischer Inhibitor entworfen, der durch Festphasensynthese an einem geeigneten Harz synthetisiert wurde. Durch den kombinatorischen Einsatz von Aminosäuren konnte auf diese Weise unter enormer Zeitersparnis eine Bibliothek von 150 Inhibitoren synthetisiert werden. In einem Screening dieser harzgebundenen Inhibitoren wurden anschließend die potentesten Inhibitoren identifiziert. Die Aktivität der gefundenen Inhibitoren aus beiden Ansätzen an den protozoischen Erregern wurde durch in-vitro-Experimente an Plasmodien und Trypanosomen untersucht. Beim klassischen Ansatz wurde eine neue Substanzklasse entwickelt, die sehr gute Hemmeigenschaften an beiden Cysteinproteasen mit IC50-Werten im niedrigen mikromolaren Bereich zeigten. Außerdem besaßen sie eine hohe in-vitro-Aktivität gegenüber den Erregern im gleichen Konzentrationsbereich. Einige der Inhibitoren zeigten keine Zytotoxizität an Makrophagen. Aus dem klassischen Ansatz konnten also hochaktive Substanzen mit geringer Zytotoxizität entwickelt werden, deren Einsatz als Wirkstoffe gegen Malaria oder der Schlafkrankheit denkbar ist. Für den kombinatorischen Ansatz wurde zur Inhibitoroptimierung eine Screeningmethode für Falcipain-2 und Rhodesain direkt an einem geeigneten Harz zur Festphasensynthese entwickelt. Neu bei dieser Screeningmethode war es, dass erstmals ein quantitatives Screening einer Inhibitorbibliothek möglich sein sollte, und nicht nur die besten Inhibitoren identifiziert werden können. Aus den Ergebnissen der Festphasenscreenings an beiden Proteasen wurden 14 besonders interessante Inhibitoren der Bibliothek ausgewählt und synthetisiert. Diese Verbindungsklasse zeigte ebenfalls sehr gute Ergebnisse an den isolierten Enzymen, in den mikrobiologischen Tests an den Erregern jedoch fielen alle Ergebnisse vergleichsweise schlechter aus. Die schlechte Löslichkeit, die Bioverfügbarkeit und der Metabolismus durch den Erreger der peptidischen Inhibitoren schienen von großer Bedeutung zu sein. Der bearbeitete kombinatorische Ansatz lieferte eine neuartige Screeningmethode, die auch auf andere Targets anwendbar ist.
N2 - The main goal of the thesis “Development of cysteine protease inhibitors – a classical and a combinatorial approach for inhibitor optimization” was the optimization of new inhibitors of falcipain-2 and rhodesain as new potential agents against malaria and the sleeping sickness by two different methods. That was a classical and a combinatorial method. The classical approach is based on a compound with a high activity against falcipain-2 which was discovered by chance. The structure-reactivity relations were to be developed in screenings of analogous compounds and by computational docking experiments in the active site of the cysteine proteases. The combinatorial method was a completely different procedure. Initially a peptidic inhibitor had to be designed that could be introduced via solid phase synthesis on a suitable resin. By the combinatorial variation of amino acids 150 inhibitors could be obtained in a very short time. In a screening of these resin-bound compounds the active members of the library were identified. The antiplasmodial and antitrypanosomal activity of the inhibitors of both approaches were determined by biological in vitro investigations with the protozoic pathogens. The classical approach resulted in substances that showed excellent inhibitory properties of both cysteine proteases with IC50 values in the lower micromolar range. Additionally, they have a high in-vitro activity against the pathogens in the same concentration region. Some of the inhibitors showed no cytotoxicity on macrophages. From the classical approach we derived highly active substances with little cytotoxicity which are promising agents against malaria or the sleeping sickness. For the combinatorial approach, first a new screening method for falcipain-2 and rhodesain performed directly on a resin for solid phase synthesis was developed. Advantages of this new screening method are that it is possible to screen the library quantitatively. The results of the solid phase screenings with both proteases led to the choice of 14 notably interesting inhibitors and their synthesis. All results from the microbiological tests with the pathogens were worse compared to the results from the assays with the isolated enzymes. The bad solubility, the bioavailability and the metabolism by the pathogen played a role in inhibition. Compounds In summary a new screening method was developed and applied. The general method can be used for other investigations in the future. This enzyme assay can be used for other targets as well.
KW - Enzyminhibitor
KW - Peptidsynthese
KW - Aminosäuren
KW - Organische Synthese
KW - Kombinatorische Synthese
KW - Furanderivate
KW - Guanidinderivate
KW - Enzym-Screening
KW - Fluoreszenz-Assay
KW - enzyme screening
KW - fluorescence assay
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-33395
ER -
TY - THES
A1 - Dudaczek, Jürgen
T1 - Oktapeptide als neue Organokatalysatoren zur Hydrolyse von Phosphaten und Estern
T1 - Octapeptides as new organocatalysts for hydrolysis of phosphates and ester
N2 - Ziel der Dissertation „Oktapeptide als neue Organokatalysatoren zur Hydrolyse von Phosphaten und Estern“ war es neue Oktapeptide zu finden, die die Fähigkeit besitzen Phosphate und Ester zu Hydrolysieren. In der Natur ist bei den Katalysereaktionen die Sekundärstruktur von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grunde wurde im Rahmen dieser Arbeit zunächst ein Modellsystem entwickelt, mit dem gezeigt werden konnte, dass es möglich ist mit einfachen Bausteinen wie Diaminobutan und dem in der Gruppe von Schmuck entwickelten Guanidiniocarbonylpyrrol ein Molekül zu entwickeln, welches eine stabile intramolekulare Schleife in polaren Lösungsmitteln ausbildet. Aufgrund der geringen Größe des Moleküls, konnte kein β-Faltblatt gebildet werden. Dennoch konnte mit Hilfe der NMR-Spektroskopie gezeigt werden, dass in dem polaren Lösungsmittel Methanol eine stabile Schleifenbildung mit einer intramolekularen Komplexierung stattfindet. Nach erfolgreicher Synthese des oben beschriebenen Testsystems wurde als nächster Schritt eine kombinatorische Organokatalysatorbibliothek mit 625 Mitgliedern aufgebaut. Die Struktur der Peptide kann man in drei Teile untergliedern. Der erste Teil ist die feste Phase, das Amino-TentaGel, an das nacheinander die einzelnen Aminosäuren gekuppelt wurden. An Stelle der Butylgruppe als Schleifenelement wurde Aib-D-Pro als β-Turn Element eingesetzt. Den dritten Teil bilden die bei der Synthese der Oktapeptide eingesetzten Aminosäuren AA1, AA3, AA6, AA8, die ein β-Faltblatt ausbilden sollten. Die kombinatorische Synthese der Bibliothek erfolgte nach der „Split and Mix“ Methode. Zum Unterscheiden der einzelnen Mitglieder untereinander, wurde die feste Phase zusammen mit einem Radiofrequenzchip in IRORI MikroKans gegeben. Durch die unterschiedlichen Aminosäuren ist die Bibliothek für die Katalyse in polaren Lösungsmitteln wie Wasser konzipiert worden. Als exemplarische Katalysereaktionen wurden dabei zwei Hydrolysereaktionen (Phosphatspaltung und Esterspaltung) ausgesucht. Zunächst wurde für beide Reaktionen ein Screening mit unterschiedlichen Bedingungen durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass bei der Phosphatspaltung nur dann die Reaktion katalysiert wurde, wenn das künstliche Argininanalogon, welches in unserer Arbeitsgruppe synthetisiert wurde, vorhanden war. Der beste Katalysator hat die Reaktion 175-mal schneller katalysiert als die unkatalysierte Reaktion. Bei dem Screening der Esterspaltung hat sich herausgestellt, dass die Aminosäure Histidin essentiell für die katalytische Aktivität ist. Der beste Katalysator bei der Esterspaltung hat die Hydrolyse des Esters 345-mal schneller katalysiert als die unkatalysierte Reaktion. Bei beiden Reaktionen hat sich gezeigt, dass die Sequenz der Katalysatoren sehr wichtig für die Katalyse ist. So verringert z.B. bei der Esterhydrolyse der Austausch zweier Aminosäuren eine Verringerung der Aktivität von dem Faktor 294 auf den Beschleunigungsfaktor 35. Auch konnten beide Katalysereaktionen in wässrigem gepufferten Lösung durchgeführt werden. Damit ist es möglich gewesen neue Oktapeptide für die Katalyse von Phosphat- und Esterspaltung zu finden und diese erfolgreich im Screening als auch in Lösung zu untersuchen.
N2 - The main focus of the thesis “Octapeptides as new organocatalysts for hydrolysis of phosphates and esters” was to find new octapeptides with the ability to hydrolyse phosphates and esters. In nature the secondary structure is essential for catalytic reactions. For this reason a model system was developed. With simple devices like diaminobutyl and guanidiniocarbonylpyrrol developed in the group of Schmuck a molecule should be build up, which could form a stable intramolecular loop in polar solvents. Due to the small size of the molecule no β-sheet could be formed. Nevertheless it could be demonstrated with the help of the NMR spectroscopy that in the polar solvent methanol a stable loop formation with an intramolekular complexation took place. After successfully producing and testing of the above test system the next step was to synthesize a combinatorial library with 625 organocatalysts members. The structure of the peptides can be broken down into three parts. The first part is the solid phase, the amino-TentaGel. To this the amino acids where coupled. Instead of a butyl group the literature known β-turn element Aib-D-Pro was used. Third part of the octapeptides was the varying amino acids in the position AA1, AA3, AA6 and AA8. Between amino acid AA1 and AA3 and AA6 and AA8 a glycine was used. These amino acids should build a β-sheet. The combinatorial synthesis of the library took place after the “split and mix” method.[90-93] To distinguish the individual members the resin was put in the IRORI MikroKans and a radio frequency chip was added to the resin. Due to the different amino acids the members of the library were designed for use in polar solvents as water. Two hydrolysis reactions were used as exemplary catalysis reactions. For both reactions a screening followed by catalysis in solution were performed under different conditions. Thereby it was found that for the cleavage of phosphate the artificial arginine analogue is essential for the catalysis. The best found catalyst for this reaction catalysed the reaction 175-times faster than without catalyst. For the screening of ester cleavage it was found that the amino acid histidine is essential for the catalytic activity. For that it is not surprising that the best catalyst has four histidine and catalysed the reaction 345-times faster compared with the uncatalysed reaction. For both reactions it could be shown that the sequence of the amino acids is of great importance for the catalytic activity. So for example reduced the exchange of two amino acids the activity from the accelerating factor 294 to 35 for the ester cleavage. Also one aim of these thesis was to carry out the hydrolysis under aqueous conditions and this was possible. All reactions were carried out in water with buffer. So it was possible to synthesis new octapeptides which show catalytic activity for the hydrolysis of phosphates and esters and to investigate this octapeptides successfully in the screening as well as in solution.
KW - Organokatalyse
KW - Kombinatorische Synthese
KW - Esterasen
KW - Phosphatasen
KW - Enzymkinetik
KW - Screening
KW - Fluoreszenz
KW - Ultraviolettspektroskopie
KW - organocatalysis
KW - combinatorial chemistry
KW - esterase
KW - phosphatase
KW - enzym kinetic
KW - screening
KW - fluorescence
KW - UV-spectroscopy
Y1 - 2009
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35175
ER -
TY - THES
A1 - Walden, Nicholas Sebastian
T1 - Neue zwitterionische Halbschalen als Bausteine für supramolekulare Kapseln
T1 - Novel zwitterionic subunits as building blocks for supramolecular capsules
N2 - Ziel der Dissertation „Neue zwitterionische Halbschalen als Bausteine für supramolekulare Kapseln“ war die Verknüpfung zweier Guanidiniocarbonylpyrrolcarboxylat-Bindungsmotive von Schmuck über starre, sowohl aromatische als auch nichtaromatische Linker. Die so erhaltenen zwitterionische Halbschalen sollten in Lösung zu supramolekulare Kapseln aggregieren, welche einen Hohlraum ausweisen, in den Gastmoleküle eingelagert werden können. Dieses Bindungsmotiv ist selbstkomplementär und daher in der Lage Homodimere auszubilden. Durch die Kombination aus Wasserstoffbrücken und Ionenbindungen sind diese selbst in polaren Lösemitteln wie DMSO oder Wasser stabil, im Gegensatz zu Systemen, welche z.B. nur über Wasserstoffbrücken verfügen und in polaren Medien wieder dissoziieren. Zur Synthese wurden zwei Bindungsmotive mittels Tetrahydroxybenzol verbrückt. Die eindeutige Charakterisierung erfolgte über NMR-Spektroskopie, Massen-Spektrometrie und Röntgenstrukturanalyse. Anschließend wurde die Verbindung in die zwitterionische Form überführt und auf Kapselbildung hin untersucht (NMR, DOSY, Masse, Molecular Modelling). Die theoretischen Berechnungen wiesen darauf hin, dass die synthetisierten Halbschalen in der Lage sein sollten, Kapseln zu bilden. Trotz der erfolgreichen Synthese dieses neuartigen zwitterionischen Makrozyklus steht der experimentelle Nachweise auf Grund der schlechten Löslichkeit der Zwitterionen in allen verwendeten Lösemitteln noch aus. Auch wurde Glucoluril als nichtaromatisches Linkermolekül erfolgreich verwendet. Als erstes wurde das 4,4’-Diphenylglucoluril erfolgreich in der Kupplung eingesetzt. Es war möglich, die so erhaltenen cis/trans-Makrozyklen säulenchromatographisch zu isolieren und mittels Röntgenstrukturanalyse zu charakterisieren. Nach Überführung in die Zwitterionen wurden diese wiederum auf die Kapselbildung hin untersucht (NMR, DOSY, Masse, Molecular Modelling). Berechnungen zufolge sollte die Kapselbildung möglich sein, jedoch steht auch hier trotz erfolgreicher Synthese der experimentelle Nachweis auf Grund der Unlöslichkeit noch aus. Zur Verbesserung der Löslichkeit wurden zwei neue Glucolurilderivate entwickelt, welche am Phenylring mit Octyl- bzw. Triethylenglykolketten substituiert waren. Dadurch sollte die Löslichkeit der Zwitterionen in organischen bzw. wässrigen Lösungen erhöht werden. Jedoch zeigte die Einführung dieser Ketten keine wesentliche Verbesserung der Löslichkeit und somit konnte auch bei diesen neuen zwitterionischen Halbschalen keine Kapselbildung nachgewiesen werden. Im Rahmen dieser Dissertation wurden sieben neue zwitterionische makrozyklische Halbschalen synthetisiert und die daraus gewonnenen Erkenntnisse können als Ausgangspunkt verwendet werden, die Löslichkeit weiter zu verbessern.
N2 - The main focus of the thesis „Novel zwitterionic subunits as building blocks for supramolecular capsules“ was to combine two Guanidiniocarbonylpyrrolecarboxylate binding motifs developed by Schmuck by the use of rigid aromatic and non aromatic linkers. The resulting zwitterionic subunits should be able to aggregate in solution to form supramolecular capsules with a cavity large enough to encapsulate guest molecules. The binding motif is self complementary and able to form homodimers. Because of the combination of hydrogen and ionic bonds, this binding motif is able to form stable dimers in polar solvents such as DMSO or water unlike a system containing only hydrogen bonds which dissociates again in polar solvents. For the synthesis, two of these binding motifs were linked together by tetrahydroxybenzene. The characterization was done by NMR-spectroscopy, mass-spectrometry and X-ray crystal structure analysis. Subsequently the compound was converted into the zwitterionic form and the capsule forming abilities were analysed (NMR, DOSY, ESI/MALDI, molecular modelling). The calculated results show that capsule formation should be possible. Despite the successful synthesis of this new zwitterionic macrocycle the experimental detection of the supramolecular capsule has not been successful yet due to the bad solubility of the zwitterions. The second system contained 4,4-diphenylglucolurile as a nonaromatic linker molecule. The cis/trans-mixture of the new macrocycles were separated by column chromatography and characterized by NMR-spectroscopy, mass-spectrometry and X-ray crystal structure analysis. The transformation into the zwitterionic form yielded two new macrocyclic zwitterionic half shells which should be able to form stable supramolecular capsules in solution. Due to the bad solubility in all used solvents the experimental detection of the supramolecular capsules has not been successful yet. The introduction of octyl and triethyleneglycole groups to enhance the solubility was successful but led to no significant change in the solubility. Despite the fact that the capsule formation could not yet be detected experimentally, seven novel macro cyclic zwitterionic half shells where synthesised and the hereby obtained knowledge can be used as a basis for the future synthesis of soluble building blocks for supramolecular capsules.
KW - Supramolekulare Chemie
KW - Molekulare Erkennung
KW - nicht kovalente Wechselwirkungen
KW - reversible Verkapselung
KW - Einschlusskomplexe
KW - supramolekulare Kapseln
KW - Wirts-Gast-Einschlusskomplex
KW - supramolecular chemistry
KW - supramolecular capsules
KW - organic sythesis
KW - host-guest-complexation
KW - non covalent interactions
KW - reversible encapsulation
Y1 - 2009
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35256
ER -
TY - THES
A1 - Lohr, Andreas
T1 - Self-Assembly of Merocyanines : Thermodynamic and Kinetic Insights into the Formation of Well-Defined Dye Aggregates
T1 - Selbstorganisation von Merocyaninen : Thermodynamische und Kinetische Einblicke in die Bildung definierter Farbstoffaggregate
N2 - The present thesis demonstrates the potential of dipolar aggregation of merocyanine dyes as novel directional and specific supramolecular binding motif for the creation of more elaborate supramolecular architectures beyond simple dimers. Furthermore, the self-assembly studies into bis(merocyanine) nanorods gave new insights into the kinetics of morphogenesis in supramolecular aggregates.
N2 - In der vorliegenden Arbeit konnte das Potential der dipolaren Aggregation von Merocyaninfarbstoffen als neuartiges, gerichtetes und spezifisches Bindungsmotif zum Aufbau wesentlich komplexerer supramolekularer Architekturen als einfachen Dimeren aufgezeigt werden. Desweiteren lieferten Studien zur Selbstorganisation von Bis(merocyanin)-Nanostäbchen neue Erkenntnisse zur Morphogenese supramolekularer Aggregate.
KW - Supramolekulare Chemie
KW - Selbstorganisation
KW - Farbstoff
KW - Kinetik
KW - Merocyanin
KW - H-Aggregate
KW - Nanostrukturen
KW - Chiralität
KW - Merocyanine
KW - H-Aggregate
KW - Nanostructure
KW - Chirality
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28964
ER -
TY - THES
A1 - Stepanenko, Vladimir
T1 - Self-Assembly of Bay-Substituted Perylene Bisimide by Ligand-Metal Ion Coordination
T1 - Selbstorganisation der Bay-substituierten Perylenbisimiden durch Metallionen-induzierte Koordination
N2 - The subject of this thesis is the synthesis and characterization of PBI-based fluorescent metallosupramolecular polymers and cyclic arrays. Terpyridine receptor functionalized PBIs of predesigned geometry have been used as building blocks to construct desired macromolecular structures through metal-ion-directed self-assembly. These metallosupramolecular architectures have been investigated by NMR, UV/Vis and fluorescence spectroscopy, mass spectrometry, and atomic force microscopy.
N2 - Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von fluoreszierenden metallsupramolekularen Koordinations-polymeren und Makrozyklen. Als Bausteine für die Bildung dieser makromolekularen Strukturen durch Metallionen-induzierte Selbstorganisationsprozesse wurden Terpyridin-funktionalisierte Perylenbisimide verwendet, welche bereits die benötigte Geometrie besitzen. Die Charakterisierung der Komplexbildung und der optischen Eigenschaften der gebildeten metallsupramolekularen Architekturen, sowie die Visualisierung der Makromoleküle und Charakterisierung ihrer Organisationseigenschaften auf verschiedenen Oberflächen wurden durchgeführt.
KW - Supramolekulare Chemie
KW - Supramolekulare Struktur
KW - Fluoreszenz
KW - Zweidimensionale NMR-Spektroskopie
KW - NMR-Spektroskopie
KW - Protonen-NMR-Spektroskopie
KW - Zink
KW - Polymerlösung
KW - Polymere
KW - Funktionelle Polymere
KW - DOSY-NMR
KW - UV/Vis-Absorption
KW - cyclische Trimere
KW - Metall-Ion
KW - Koordinationspolymere
KW - Perylenbisimid
KW - Perylenbisanhydrid
KW - cyclic trimer
KW - coordination polymer
KW - fluorescence
KW - supramolecular chemistry
KW - metal-ion-ligand coordination
KW - DOSY-NMR
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-32063
ER -
TY - THES
A1 - Bickert, Volker
T1 - Neue künstliche Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren zur Komplexierung von Oxo-Anionen in Wasser
T1 - New artificial Guanidiniocarbonyl Pyrrole Receptors for the Complexation of Oxo-Anions in Water
N2 - Ziel der Dissertation „Neue künstliche Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren zur Komplexierung von Oxo-Anionen in Wasser“ war die Weiterentwicklung dieser Rezeptoren nach Schmuck für die Komplexierung insbesondere von Carboxylaten, um sie hinsichtlich Bindungsaffinität und Substratspezifität zu optimieren. Dazu wurde zunächst die Synthese zweier wichtiger Grundbausteine in einzelnen Schritten vollständig überarbeitet, wobei veränderte Reaktionsbedingungen und Aufarbeitungsschritte zu gesteigerten Ausbeuten führten. Dadurch ist es nun möglich, diese Bausteine effizienter zu synthetisieren und im Multigramm-Maßstab für die Darstellung von Rezeptoren zur Oxo-Anionen-Erkennung einzusetzen. Weiterhin wurde die Verbesserung der Komplexierungseigenschaften gegenüber Carboxylaten auf zwei Arten untersucht: zum einen durch das Anbringen eines zusätzlichen Seitenarms an der Guanidinio-Einheit zur Bildung von Guanidiniocarbonylpyrrol-Tweezer-Rezeptoren, zum anderen durch das Einführen einer zweiten positiven Ladung neben der Carboxylat-Bindungsstelle (CBS) zur Darstellung biskationischer Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren. Zur Darstellung von Tweezer-Rezeptoren wurde ein zusätzlicher Seitenarm an der N’-Position der Guanidinio-Einheit angebracht. Die beiden Arme sollten ein Substrat pinzettenartig von zwei Seiten, mit der CBS als Kopfgruppe, komplexieren können. Durch zusätzliche Wechselwirkungen des neuen Seitenarms sollte neben einer stärkeren Komplexierung vor allem eine höhere Substratspezifität erzielt werden. Die experimentell ermittelten Bindungskonstanten lagen allerdings im Bereich der N’-unsubstituierten Rezeptoren. Somit stellen die Tweezer-Modifikationen daher keine Verbesserung der Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren dar. In einem weiteren Projekt zur Rezeptor-Optimierung wurden, durch Einführung einer zweiten positiven Ladung in Form einer terminalen Ammonium-Gruppe, biskationische Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren erfolgreich synthetisiert. Die Komplexierungseigenschaften dieser biskationischen Rezeptoren wurden in Bindungsstudien vornehmlich mit Aminosäurecarboxylaten mittels UV- und Fluoreszenz-Spektroskopie, Massenspektrometrie, NMR-Spektroskopie, ITC und Molecular Modeling Berechnungen untersucht. Anhand der Substratspezifität der biskationischen Rezeptoren wurde deutlich, dass die Spacerlänge, an der die zusätzliche positive Ladung angebracht ist, eine entscheidende Rolle bei der Komplexierung spielte. Galten eigentlich starre, präorganisierte, kurze Linker als vorteilhaft hinsichtlich der Entropie, so ist hier zu erkennen, dass längere, flexiblere Linker zu einer besseren Komplexierung führen können, wenn geeignete zusätzliche nichtkovalente Wechselwirkungen möglich sind. Die biskationischen Rezeptoren stellen damit eine Optimierung des Carboxylat-Bindungsmotivs der Guanidiniocarbonylpyrrol-Rezeptoren nach Schmuck in der Anionen-Erkennung dar.
N2 - The main focus of the thesis “New artificial guanidiniocarbonyl pyrrole receptors for the complexation of oxo-anions in water” is the optimization of these receptors introduced by Schmuck for the oxo-anion recognition, especially carboxylates, in aqueous solution. Therefore, the details of the synthesis of two important building blocks were completely revised and yields increased by changing reaction conditions, workup and isolation steps. The new optimized, facile and efficient synthetic route to these N-protected guanidinocarbonyl pyrrole derivatives allows now a multi-gram synthesis of these versatile compounds as needed for the synthesis for a variety of supramolecular anion binding motifs. Furthermore two strategies to optimize the anion recognition have been pursued: On the one hand tweezer receptors were developed by connecting an additional side chain to the head group at the N’-position of the guanidino group. On the other hand another second positive charge was introduced into the receptor besides the carboxylate binding site (CBS) by an ammonium group to get bis-cationic receptors The tweezer receptors were developed in order to complex the guest from more than one side. A second side chain, connected to the N’-position of the guanidinio motif, leads to this kind of receptor, with the CBS as a head group. By using additional non covalent interactions in both side chains, the association constant as well as the specificity should be increased. In case of the optimization of the binding properties, the tweezer receptors have showen binding properties similar to the N’-unsubstituted guanidiniocarbonyl pyrrole receptors with respect to association constants and specificity. For this reason the tweezer receptors were no improvement of the guanidiniocarbonyl pyrrole receptors. In another project for optimization of the binding properties several bis-cations were synthesized, with a simple primary ammonium cation attached via flexible linkers of varying length to a guanidiniocarbonyl pyrrole. In UV-binding studies in aqueous buffer these bis-cations have shown efficient binding of various N-acetyl amino acid carboxylates. Further investigations by fluorescence spectroscopy, mass spectrometry, NMR spectroscopy, ITC as well as molecular mechanics calculations confirm the complexation by participation of the second charge in the complexation of the carboxylic function and therefore an increasing in complex stability. It is generally assumed, that short and rigid linkers are better for complexation due to the entropy and that a steady decrease of a linker length increase the complex stability. However, this case shows, that complex stability can increase while increasing the flexibility of a linker until other non covalent interactions are possible. Hence, the bis-cationic receptors indeed represent an optimisation of the guanidiniocarbonyl pyrrole receptors for oxo-anion-binding.
KW - Molekulare Erkennung
KW - Anion
KW - Wirkstoff-Rezeptor-Bindung
KW - Ligand
KW - Peptidsynthese
KW - Chemische Synthese
KW - Guanidinderivate
KW - Oxo-Anionen-Erkennung
KW - Guanidiniocarbonylpyrrol
KW - nicht-kovalente Wechselwirkungen
KW - Supramolekulare Chemie
KW - Tweezer-Rezeptoren
KW - oxo anion recognition
KW - guanidiniocarbonyl pyrrole
KW - non-covalent interactions
KW - supramolecular chemistry
KW - tweezer receptors
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-32460
ER -
TY - THES
A1 - Stepanenko, Svetlana
T1 - Global Optimization Methods based on Tabu Search
T1 - Globale Optimierungsmethoden, basierend auf Tabu-Suche
N2 - This work encompasses three parts. The first part provides a concise review of the most prominent metaheuristic concepts currently available and gives essential preliminaries together with definition of the combinatorial optimization problems. It substantiates the choice of the investigation direction and basis idea of the developed methods. In the second part the new nonlinear global optimization routines based on the TS strategy are described. The new approaches are the Gradient Tabu Search (GTS), the Gradient Only Tabu Search (GOTS), and the Tabu Search with Powell’s Algorithm (TSPA). In the last part of the work the GOTS is applied for such chemical optimization problems. The chapter provides a systematic approach how the variables are chosen and the adjustable parameters are set. As test cases the global minimum energy conformation of some amino acids, of two angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitors, of 2-acetoxy-N,N,N-trimethylethanaminium, and of a HIV-1 protease inhibitor is determined.
N2 - Die Arbeit umfasst drei Kapitel. Das erste Kapitel stellt eine kurze Zusammenfassung über die bekanntesten, zurzeit verwendeten Metaheuristischen-Konzepte dar und gibt notwendige Einleitungen zusammen mit der Definition der kombinatorischen Optimierungsprobleme. Das Kapitel begründet die Wahl des Tabu-Ansatzes und diskutiert die Basisideen der entwickelten Methoden. Im zweiten Kapitel werden die neuen entwickelten, nichtlinearen Optimierungsroutinen beschrieben, die auf Tabu-Suchstrategien beruhen. Die neuen Algorithmen sind Gradient Tabu Search (GTS), Gradient Only Tabu Search (GOTS) und Tabu Search with Powell’s Algorithm (TSPA). Das letzte Kapitel der Arbeit beschreibt die Anwendung der GOTS Methode auf dieses Problem. Diskutiert werden die Auswahl der Variablen und die Einstellung der justierbaren Parameter. Die Effizienz der GOTS Methode wird an Hand einiger Aminosäuren, zwei Angiotensin-Derivaten (ACE-Hemmer), des Acetylcholin und eines HIV-1-Protease-Hemmstoff gezeigt.
KW - Tabusuche
KW - Quasi-Newton-Verfahren
KW - Optimierungsmethoden
KW - Konformeren
KW - Metaheuristik-Suchmethoden
KW - "steilsten Abstieg - schwächste Aufstieg"
KW - Moleküloptimierung
KW - Optimization methods
KW - conformational search
KW - metaheuristic methods
KW - "steepest descent-modest ascent"
KW - global minimum
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30605
ER -
TY - JOUR
A1 - Hegmann, Joachim
A1 - Christl, Manfred
A1 - Peters, Karl
A1 - Peters, Eva-Maria
A1 - Schnering, Hans Georg
T1 - Conjugated and Nonconjugated Cyclopentenones by a Reaction Cascade from Methyl 6-0xo-5-phenyl-1,3,4-oxadiazine-2-carboxylate and 1,3-Butadienes
N2 - No abstract available
Y1 - 1988
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30207
ER -
TY - JOUR
A1 - Lanzendörfer, Franz
A1 - Christl, Manfred
T1 - 3,4-Bismethylentricyclo[3.1.0.02,6]hexan - Synthese und Diels-Alder-Addition an Tetracyanethylen
N2 - No abstract available
Y1 - 1983
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30263
ER -
TY - JOUR
A1 - Brüntrup, Gisela
A1 - Christl, Manfred
T1 - Darstellung und Thermolyse der Hexamethyldewarbenzol-Cycloaddukte aromatischer Nitriloxide und des Diphenylnitrilimins
N2 - No abstract available
Y1 - 1973
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30257
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Krimm, Stefan
A1 - Kraft, Arno
T1 - Some Valenes of Benzannelated Five-Membered Heteroarenes - Synthesis and NMR Spectra
N2 - No abstract available
Y1 - 1990
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30026
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Brunn, Erich
A1 - Lanzendorfer, Franz
T1 - Reactions of Benzvalene with Tetracyanoethylene, 2,3-Dichloro-5,6-dicyano-rho-benzoquinone, Chlorosulfonyl Isocyanate, and Sulfur Dioxide. Evidence for Concerted 1,4-Cycloadditions to a Vinylcyclopropane System
N2 - No abstract available
Y1 - 1984
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30052
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
T1 - Carbon-13 Chemical Shifts and 13C-15N Coupling Constants of 3,4-Dihydroisoquinoline-15N, its 15N-Oxide and their Conjugate Acids
N2 - No abstract available
Y1 - 1975
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30071
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Buchner, Wolfgang
T1 - 13C-NMR-Spektren von Tetracyclo[4.1.0.02,4.03,5]heptanen, Tetracyclo[5.1.0.02,4.03,5]octanen und Tricyclo[4.1.0.02,7]hept-3-enen. Ungewöhnliche beta- und gamma-Substituenteneffekte
N2 - No abstract available
Y1 - 1978
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30087
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Leininger, Hartmut
T1 - 7-Azatetracyclo[4.1.0.02,4.03,5]heptan - ein neues Valenzisomeres des Azepins
N2 - No abstract available
Y1 - 1979
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30034
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Leininger, Hartmut
A1 - Brunn, Erich
T1 - Carbon-13 Nuclear Magnetic Resonance Spectra of 7-Heterotetracyclo[4.1.0.02,4.03,5]heptanes. Annelation Effects of Aziridine, Oxirane, and Thiirane Rings. Unusual gamma and delta Substituent Effects
N2 - No abstract available
Y1 - 1982
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30010
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Leininger, Hartmut
A1 - Brückner, Dieter
T1 - On the Nature of the Bicyclo [3.2.1]octa-3,6-dien-2-yl Anion: A 13C NMR spectroscopic study
N2 - No abstract available
Y1 - 1983
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30060
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Braun, Martin
A1 - Müller, Germar
T1 - 1,2,4-Cyclohexatrien, ein Isobenzol, und Bicyclo[4.4.0]deca-1,3,5,7,8-pentaen, ein Isonaphthalin : Erzeugung und Abfangreaktionen
N2 - No abstract available
Y1 - 1992
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30249
ER -
TY - JOUR
A1 - Huisgen, R.
A1 - Christl, Manfred
T1 - 1,3-Dipolare Cycloadditionen der Knallsäure
N2 - No abstract available
Y1 - 1967
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30227
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
A1 - Huisgen, R.
T1 - Alte und neue Cycloadditionen der Nitriloxide
N2 - No abstract available
Y1 - 1968
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30237
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
T1 - Cycloaddition an Benzvalen
N2 - No abstract available
Y1 - 1973
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30217
ER -
TY - JOUR
A1 - Christl, Manfred
T1 - Benzvalen - Eigenschaften und Synthesepotential
N2 - No abstract available
Y1 - 1981
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-30041
ER -
TY - THES
A1 - Rehm, Thomas Helge
T1 - A Guide to Supramolecular Assemblies in Polar Solutions - From Nanometre-Sized Cyclic Dimers to Large Vesicular Structures
T1 - Ein Leitfaden für supramolekulare Verbände in polaren Lösungen - Von Nanometer-großen zyklischen Dimeren zu großen vesikularen Strukturen
N2 - This PhD thesis introduced several concepts for the construction of new supramolecular assem-blies in polar solvents. Although the building blocks differ in their binding mode and association strength they follow the same principle: one main driving force for the self-assembly in polar solutions in combination with one texturing force. The main self-assembly process is based on the mutual interaction of hydrogen-bond enforced ion pairs which deliver the association energy needed for stable, supramolecular structures even in polar solvents. The texturing force itself is represented by the linkers between the zwitterionic building blocks or parts of them. The different length and functionalization of the linkers have a tremendous influence on the mode of self-assembly leading to cyclic dimers, vesicles, layers or solid spheres. Hence, this principle is suitable for the construction of programmable monomers. Since the derivatisation of the main binding motive is rather simple it offers a great number of new and undoubtedly fascinating structures with potential applications in material and biomimetic science.
N2 - Diese Doktorarbeit stellte mehrere Konzept für den Aufbau von neuen supramolekularen Verbindungen in polaren Solventien vor. Obwohl sich die Bausteine bezüglich ihres Bindungsmodus und ihrer Assoziationsstärke unterscheiden, folgen sie alle dem gleichen Prinzip: eine Haupttriebkraft für den Selbstassoziationsprozess in polaren Lösemitteln in Kombination mit einer strukturgebenden Kraft. Die Haupttriebkraft stellen wasserstoffbrückenbindungsvermittelte Ionenpaare dar, die die nötige Assoziationsenergie für stabile, supramolekulare Strukturen auch in polaren Lösungen liefern. Die strukturierende Kraft selbst wird durch die Linkermoleküle zwi-schen den Zwitterionen oder Teilen von diesen vermittelt. Die unterschiedliche Länge und Funktionalisierung der Linker haben einen enormen Einfluss auf den Modus der Selbstassoziation, so dass die Bildung von zyklischen Dimeren, Vesikeln, Schichten oder Vollkugeln möglich war. Daher kann dieses Konzept für den Aufbau von programmierbaren Monomeren verwendet werden. Die Derivatisierung des zwitterionischen Bindungsmotivs gestaltet sich relativ einfach, so dass eine große Anzahl von neuen und zweifelsohne faszinierenden Nanostrukturen für zukünftige Anwendungen in der Materialwissenschaft und Biomimetik zur Verfügung steht.
KW - Supramolekulare Chemie
KW - Vesikel
KW - Selbstassoziation
KW - polare Lösung
KW - vesicle
KW - self-assembly
KW - polar solution
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-28359
ER -
TY - THES
A1 - Rüdenauer, Stefan
T1 - Naphthylisochinolin-Alkaloide : Totalsynthese und Biosyntheseuntersuchungen
T1 - Naphthylisoquinoline alkaloids: Total synthesis and biosynthetic investigations
N2 - No abstract available
KW - Naphthylisochinolinalkaloide
KW - Synthese
KW - Organische Synthese
KW - Asymmetrische Synthese
KW - Biosynthese
KW - Isolierung
KW - naphthylisoquinoline alkaloids
KW - total synthesis
KW - biosynthetic investigations
KW - isolation
KW - structural elucidation
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27997
ER -
TY - THES
A1 - Kajahn, Inga
T1 - Kopplungsmethoden in der Naturstoffanalytik : Untersuchungen an Arabidopsis thaliana und an Ancistrocladus-Pflanzen
T1 - Hyphenation methods in the analysis of natural products : investigations on Arabidopsis thaliana and Ancistrocladus-plants
N2 - Im Rahmen dieser Disseration wurden im Einzelnen folgende Ergebnisse erzielt: A. Isolierung und Strukturaufklärung von Naphthylisochinolin-Alkaloiden aus verschiedenen Ancistrocladus-Spezies: • Die bisher noch nicht phytochemisch untersuchten Rindenextrakte der vietnamesischen Unterart Ancistrocladus tectorius ssp. cochinchinensis wurden im Hinblick auf ihre Sekundärmetabolite analysiert. Dabei identifizierte man vier bereits bekannte und drei neuartige Naphthylisochinoline-Alkaloide. Die Strukturen dieser drei Metabolite wurden nach Isolierung unter Verwendung diverser 2D-NMR-Techniken aufgeklärt. Die entdeckten Substanzen – Ancistrocladinium A (30) und seine beiden O-Demethylderivate 31 und 32 – waren die drei ersten Vertreter des neuartigen N,8'-Naphthyldihydroisochinolin-Kupplungstyps. Diese Naturstoffe verfügen über vielversprechende pharmakologische Wirkungen – vor allem gegen den Erreger der Leishmaniose. • Die botanisch noch nicht vollständig charakterisierte Lianenart ''A. ikela'', die aus der Demokratischen Republik Kongo stammt, wurde im Laufe der Arbeit morphologisch und phytochemisch untersucht und beschrieben. Neben den beiden N,C-verknüpften Naphthylisochinolinen Ancistrocladinium A (30) und Ancistrocladinium B [(M/P)-39] wurde bei der phytochemischen Analyse ein neuartiges C,C-gekuppeltes Alkaloid – 8-O-Methylancistrogriffin C (40) – isoliert. Des weiteren wurde ein Gradient entwickelt, der die vollständige Trennung der beiden Atrop-Diastereomere von 39 und dadurch HPLC-NMR- und HPLC-CD-Analysen der einzelen Epimere ermöglichte, so dass die Rotationsbarriere der bei Raumtemperatur langsam drehenden Biarylachse bestimmt werden konnte. • Aus Blättern der bereits gut untersuchten indischen Ancistrocladus-Art A. heyneanus wurde mit 6-O-Methyl-8,4'-O-didemethylancistrocladin (42) ein weiteres neues Naphthylisochinolin-Alkaloid isoliert. • Eine phytochemische Untersuchung der Familie der Ancistrocladaceae auf das Vorkommen von N,C-verküpften Naphtylisochinolinen ergab, dass diese strukturell außergewöhnlichen Alkaloide in diesen Lianen weit verbreitet sind. B: Die Rolle des Phloems bei der Pathogen-vermittelten Ausbreitung von Signalen: • Im Rahmen des Teilprojektes B8 des SFBs 567 wurden Untersuchungen zur Rolle des Phloems bei der Weiterleitung von Langstreckensignalen nach Infektion von Arabidopsis-thaliana-Pflanzen mit virulenten oder avirulenten Stämmen von Pseudomonas syringae pv. tomato durchgeführt. Zunächst wurde dazu eine im nL-Maßstab anwendbare Analysenmethode für die Hauptmetabolite von A. thaliana – die Glucosinolate – entwickelt. Mit Hilfe dieser empfindlichen Methode wurden in Pflanzenextrakten von A. thaliana viele bekannte und einige neue Glucosinolate (8-Methylsulfonyl-n-octyl-, 2-Hydroxy-4-methylsulfinyl-n-butyl-, 2-Hydroxy-4-methylsulfonyl-n-butyl- und 4-Hydroxy- benzoyloxymethylglucosinolat) identifiziert. Des weiteren wurden MS/MS-Analysen der Glucosinolate durchgeführt, bei denen neben mehreren typischen Fragmenten für die Thiozucker-Einheit auch einige charakteristische Fragmente für die unterschiedlichen Seitenketten (z.B. Methylsulfinyl-n-alkyl- oder Methylthio-n-alkyl-Struktur) detektiert wurden. Leider ergaben vor allem die aromatischen und heteroaromatischen Seitenketten-Typen kein typisches Fragmentierungs-muster. • Bei der Analyse der Phloemexsudate konnte in Phloemsäften von unbehandelten Pflanzen neben Methoxyglucobrassicin (73) ein für Pflanzen neuartiges Phosphat 87 (1-Glycero-1-myo-inositolphosphat) identifiziert werden. In den Phloemsäften der unterschiedlich behandelten Pflanzen (infiltriert mit MgCl2, einem virulentem oder einem avirulentem Pseudomonas-Stamm) kamen sämtliche Hauptmetabolite der Blätter vor. Lediglich ein leichter, nicht signifikanter Konzentrationsanstieg von Methoxyglucobrassicin (73) wurde im Phloemsaft von mit avirulenten Pathogenen infizierten Pflanzen festgestellt. Dieser Anstieg muss aber kritisch betrachtet werden, da er auch ein Artefakt des starken mechanischen Reizes des Infiltrationsprozesses sein könnte. Andere kleine Konzentrationsänderungen könnten außerdem durch das starke ''Grundrauschen'' der Infiltration überlagert werden. C: Strukturaufklärung polyketidischer Sekundärmetabolite aus Mikroorganismen: • Zwei niedermolekulare Naturstoffe aus dem extremophilen Streptomyceten-Stamm KC 1030, die in der Arbeitsgruppe von Prof. H.-P. Fiedler (Universität Tübingen) isoliert worden waren, wurden strukturell aufgeklärt. Bei dem einen handelt es sich um das bereits bekannte Frigocyclinon (89), bei dem anderen um ein neues Angucyclinon 88 mit Fridamycin-E-Grundkörper. Darüber hinaus wurden aus einem weiteren Streptomyces-Stamm (AK 671) zwei neue (97, 98) und drei (96, 99, 100) bekannte biosynthetisch interessante Sekundärmetabolite isoliert.
N2 - In detail, the following results were achieved during this doctoral thesis: A: Isolation and structural elucidation of naphthylisoquinoline alkaloids from Ancistrocladus species: • The not yet phytochemically investigated bark extracts of the Vietnamese subspecies Ancistrocladus tectorius ssp. cochinchinensis were analyzed. Four already known and three unknown naphthylisoquinoline alkaloids were identified. The three new metabolites were isolated and structurally elucidated by the use of different 2D NMR techniques. The defined structures – ancistrocladinium A (30) and its two O-demethyl derivatives 31 and 32 – are the first representatives of the new N,8'-naphthyl dihydroisoquinoline coupling type. These natural products exhibit promising biological activities – above all against the pathogen of leishmaniasis. • The botanically not yet fully characterized liana species ''A. ikela'', which was collected in the Congo Basin (Democratic Republic Congo), was morphologically and phytochemically investigated and described botanically. Besides the two N,C-coupled naphthylisoquinolines, ancistrocladinium A (30) and ancistrocladinium B [(M/P)-39], a new C,C-coupled alkaloid – 8-O-methylancistrogriffine C (40) – was isolated. Furthermore, by establishing a gradient system for the baseline separation of both atropodiastereomers of 39 HPLC-NMR and HPLC-CD analyses of the individual two purified epimers were performed to define the rotational barrier of the biaryl axis, which slowly rotates at room temperature. • From the leaves of the already well-investigated Indian Ancistrocladus species A. heyneanus, 6-O-methyl-8,4'-O-didemethylancistrocladine (42), a hitherto unknown naphthylisoquinoline alkaloid, was isolated. • A phytochemical investigation of the plant family of the Ancistrocladaceae with respect to the occurrence of N,C-coupled naphtylisoquinolines proved that these structurally exceptional alkaloids are quite common in this liana family. B: The role of the phloem during the propagation of pathogen-mediated signals: • Within the scope of the project B8 of the SFB 567, investigations on the role of the phloem during the propagation of long-distance signals after infection of plants of Arabidopsis thaliana with virulental or avirulental strains of Pseudomonas syringae pv. tomato were carried out. For this purpose initially an analytical method for the main metabolites – the glucosinolates – of A. thaliana applicable at a nL-scale was developed. Using this sensitive method, many known but also some new glucosinolates (8-methylsulfonyl-n-octyl-, 2-hydroxy-4-methylsulfinyl-n-butyl-, 2-hydroxy-4-methylsulfonyl-n-butyl-, and 4-hydroxy-benzoyloxymethyl-glucosinolate) were identified in plant extracts of A. thaliana. Furthermore, MS/MS analyses of the glucosinolates were carried out to verify their structures. Next to some typical fragments of the thiosugar moiety a few characteristic fragments of the different side chain structures (e.g. methylsulfinyl-n-alkyl- or methylthio-n-alkyl structure) were detected. Unfortunately, not all of the different types of side chaines led to typical fragmentation pattern. • In the phloem sap of entirely untreated plants, only methoxyglucobrassicin (73) and a phosphate 87 (1-glycero-1-myo-inositolphosphate), which was not kown so far to be located in plants, were identified in the course of the analysis of the phloem exudates. In the phloem saps of all the differently treated plants (infiltrated with MgCl2, virulental or avirulental Pseudomonas strain) all of the main leaf metabolites occurred. Solely a slight but not significant increase of the concentration of methoxyglucobrassicin (73) was measured in the phloem exudates of plants infected with avirulental pathogens. One has to be extremely careful with respect to the observed increase since it is possible that the enhanced glucosinolate concentration was the result of the strong mechanical stimulus of the infiltration procedure. Furthermore, slight changes in the concentration of other metabolites could be superimposed by signals caused by the infiltration procedure. C: Structural elucidation of polyketidic secondary metabolites from microorganisms • The structures of two low-molecular natural products isolated in the working group of Prof. H.-P. Fiedler (University of Tübingen) from the extremophilic Streptomyces strain KC 1030 were elucidated. One of them was the already known frigocyclinone (89) and the other one was the new angucyclinone 88 with a fridamycine E core structure. Moreover, from the Streptomyces strain AK 671, two new (97, 98) and three known (96, 99, 100) biosynthetically interesting secondary metabolites were isolated.
KW - CE-oTOF-MS
KW - Arabidopsis thaliana
KW - Glucosinolate
KW - Ancistrocladaceae
KW - Ancistrocladus cochinchinenesis
KW - Ancistrocladinium A
KW - Naphthylisochinolinalkaloide
KW - CE-oTOF-MS
KW - Arabidopsis thaliana
KW - glucosinolates
KW - Ancistrocladus cochinchinensis
KW - ancistrocladinium A
KW - naphthylisoquinoline alkaloids
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27288
ER -
TY - THES
A1 - Schmidt, Johann
T1 - Wasserstoffbrückengesteuerte Ausrichtung von Merocyaninfarbstoffen für photorefraktive Materialien
T1 - Hydrogen-Bond-Directed Orientation of Merocyanine Dyes for Photorefractive Materials
N2 - Merocyaninchromophore spielen eine herausragende Rolle bei der Entwicklung von photorefraktiven Materialien für Anwendungen in der Holographie. Der photorefraktive Effekt beruht auf einer Orientierung der dipolaren Merocyanine in einem elektrischen Feld. Diese können umso effektiver ausgerichtet werden, je größer ihr Dipolmoment ist. Folglich sollten Merocyanine mit sehr großen Dipolmomenten den gewünschten Effekt hervorbringen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass solche Merocyanine Dimere mit antiparalleler zentrosymmetrischer Struktur bilden. In dieser Anordnung addieren sich die Dipolmomente destruktiv, so dass die dipolare Eigenschaft des Materials verloren geht. In dieser Arbeit ist es gelungen, Merocyanine über sechsfache Wasserstoffbrückenbindungen zu supramolekularen Strukturen mit großen resultierenden Dipolmomenten zu assoziieren. Diese Komplexe werden in schwach polaren Lösungsmitteln sogar bei sehr niedrigen Farbstoffkonzentrationen gebildet.
N2 - Merocyanine dyes play a major role in the development of photorefractive materials to be applied in holography. The photorefractive effect is based on the orientation of dipolar merocyanine dyes by an external electric field. Merocyanine dyes with very high dipole moments are supposed to be the most suitable for achieving an optimal effect because, with increasing dipole moment, a higher degree of orientation can be achieved are the more efective is the their orientation. However, strongly dipolar merocyanine dyes form antiparallel dimers with vanishing dipole moment due to their dipolar interaction. Thus, the dimers can not be oriented by an electric field. In this thesis, merocyanine dyes were successfully assembled through six-fold hydrogen-bonding into supramolecular structures with large resulting dipole moments. In less polar solvents, these complexes are formed even at very low dye concentration.
KW - Merocyanine
KW - Wasserstoffbrückenbindung
KW - Supramolekulare Chemie
KW - Ausrichtung
KW - Polymethinfarbstoff
KW - Rezeptor
KW - Dipolmoment
KW - Dipol-Dipol-Wechselwir
KW - Hamilton-Rezeptor
KW - Merocyanine Dye
KW - Hydrogen-Bond
KW - Orientation
KW - Supramolecular Chemistry
KW - Synthesis
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-27156
ER -
TY - THES
A1 - Röger, Cornelia
T1 - Bioinspired Light-Harvesting Zinc Chlorin Rod Aggregates Powered by Peripheral Chromophores
T1 - Bioinspirierte lichtsammelnde Zinchlorin-Stabaggregate
N2 - Artificial light-harvesting (LH) systems have been obtained by self-assembly of naphthalene diimide-functionalized zinc chlorin dyads and triad in nonpolar, aprotic solvents. UV-vis, CD, and steady-state emission spectroscopy as well as atomic force microscopy showed that rod-like structures are formed by excitonic interactions of zinc chlorin units, while the appended naphthalene diimide dyes do not aggregate at the periphery of the cylinders. In all cases, photoexcitation of the enveloping naphthalene diimides at 540 and 620 nm, respectively, was followed by highly efficient energy-transfer processes to the inner zinc chlorin backbone, as revealed by time-resolved fluorescence spectroscopy on the picosecond time-scale. As a consequence, the LH efficiencies of zinc chlorin rod aggregates were increased by up to 63%. The effective utilization of solar energy recommends these biomimetic systems for an application in electronic materials on the nanoscale.
N2 - In der vorliegenden Arbeit werden selbstorganisierte Lichtsammelsysteme auf der Basis von Napthalinbisimid-funktionalisierten Zinkchlorinen beschrieben.
KW - Farbstoff
KW - Scheibe-Aggregat
KW - Naphthalinbisimid
KW - Chlorin
KW - Selbstorganisation
KW - Lichtsammelsystem
KW - Energietransfer
KW - naphthalene diimide
KW - chlorin
KW - self-assembly
KW - light harvesting
KW - energy transfer
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26760
ER -
TY - THES
A1 - Gulder, Tobias Alexander Marius
T1 - Neue bioaktive Naturstoffe : Strukturaufklärung, Biosynthese und Synthese sowie stereochemische Analyse von Naturstoffen und synthetischen Verbindungen durch HPLC-CD
T1 - Novel Bioactive Natural Products : Structural Elucidation, Biosynthesis and Synthesis as well as Stereochemical Analysis of Natural Products and Synthetic Compounds Using HPLC-CD
N2 - Die Natur entwickelte im Laufe der Evolution eine unvorstellbare Vielfalt an unterschiedlichsten Lebewesen. Viele diese Organismen besitzen die Fähigkeit, biologisch aktive Sekundärstoffe zu produzieren, die ihnen im täglichen Überlebenskampf einen Vorteil gegenüber ihren Konkurrenten bieten. Die Effizienz, mit der solche Naturstoffe in lebenden Organismen biosynthetisch dargestellt werden, wurde von der organisch-chemischen Synthese bislang nicht annähernd erreicht. Die Untersuchung von Biosynthese-Routen verspricht daher nicht nur die Entdeckung wissenschaftlich interessanter Phänomene, sondern bietet zudem die Chance, von der Natur zu lernen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen dabei deutlich, dass sowohl die genaue Analyse des Aufbaus bereits lange bekannter Metabolite, wie z.B. des Furanonaphthochinons I (FNQ I) oder des Chrysophanols, als auch die Untersuchung der Biosynthese strukturell neuartiger Sekundärstoffe, wie etwa des Sorbicillactons A, von großem Interesse sein können. Die gewonnenen Informationen können dann zur optimierten biotechnologischen oder synthetischen Produktion viel versprechender bioaktiver Substanzen genutzt werden. Auch die Gewinnung neuer Substanzen aus der Natur, z.B. als Leitstrukturen für die Pharma-Forschung, ist ein lohnendes Ziel. Eine stete Verbesserung der Methoden zur Charakterisierung von Naturstoffen, z.B. unter Anwendung von Online-Analyse-Verfahren, hilft dabei, die gezielte Entdeckung noch unbekannter Metabolite schneller und einfacher zu gestalten. Für die Aufklärung der Konstitution von Substanzen nützlich ist hier vor allem die Kopplung von HPLC mit NMR und MS, wie beispielsweise im Rahmen der Identifizierung von Secohyperforin und neuer mariner Macrolactame gezeigt. Die Kombination von HPLC mit CD bietet zudem die Chance zur effizienten Aufklärung der absoluten Stereostruktur chiraler Verbindungen direkt am Peak im Chromatogramm. Ziel der vorliegenden Arbeit war die Isolierung, die biosynthetische und strukturelle Charakterisierung sowie die Produktion bioaktiver Sekundärstoffe unter Anwendung und Weiterentwicklung unterschiedlichster Konzepte und Methoden der Naturstoffchemie. Die vielfältigen Ergebnisse sind das Resultat von interdisziplinären Kooperationen innerhalb des SPP 1152 (DFG Schwerpunktprojekts 'Evolution metabolischer Diversität') und des vom BMBF geförderten Exzellenzzentrums BIOTECmarin ('Nachhaltige Nutzung mariner Schwämme').
N2 - In the course of evolution nature has developed an unimaginable abundance of most diverse creatures. Most of these organisms produce biologically active secondary metabolites, which give them advantages over their competitors in their daily fight for survival. The efficiency of the biosynthesis of such natural products in living organisms has by far not been reached by organic-chemical synthesis. The investigation of biosynthetic routes therefore does not only promise to discover academically interesting phenomena, but additionally provides the chance to learn from nature. The results of the work presented here clearly show that both, the analysis of pathways to long-known metabolites, like, e.g., furanonaphthoquinone I (FNQ I) or chrysophanol, as well as investigations on the biosynthesis of structurally unprecedented, novel secondary metabolites, like, e.g., sorbicillactone A, can be of particular interest. The information thus obtained can then be utilized for an optimized biotechnological or synthetic production of promising biologically active compounds. The extraction of novel substances from natural sources, e.g., as lead structures for pharmaceutical research, is likewise a rewarding goal. The continuous improvement of methods for the characterization of natural products, e.g., by application of online analytical methods, helps to accelerate and to simplify the directed discovery of as yet unknown metabolites. To elucidate the constitutions of compounds, the hyphenation of HPLC with NMR and MS is of particular value, as it becomes obvious from the identification of secohyperforin and of new marine macrolactams. The combination of HPLC and CD additionally offers the possibility to elucidate full absolute stereostructures of chiral compounds directly from the peak in the chromatogram. The aim of the present work was the isolation, characterization, and production of secondary metabolites by applying und further developing diverse concepts and methods of natural products chemistry. The versatile findings are the result of interdisciplinary cooperations within the SPP 1152 (DFG priority programme 'Evolution of Metabolic Diversity') and the BMBF-funded center of excellence BIOTECmarin ('Sustainable Use of Marine Sponges').
KW - Naturstoff
KW - Biosynthese
KW - Chemische Synthese
KW - HPLC-CD-NMR
KW - Natural Products
KW - Biosynthesis
KW - Chemical Synthesis
KW - HPLC-CD-NMR
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26789
ER -
TY - THES
A1 - Gulder, Tanja
T1 - Neuartige Wirkstoffe gegen Infektionskrankheiten : N,C-gekuppelte Naphthylisochinolin-Alkaloide
T1 - Novel Lead Structures against Infectious Diseases : N,C-Coupled Naphthylisoquinoline Alkaloids
N2 - Infektionskrankheiten sind nach wie vor weltweit die Todesursache Nummer eins. Aufgrund der zunehmenden Resistenzbildung der Erreger gegen gängige Medikamente verlieren diese immer mehr an Wirksamkeit und bereits besiegt geglaubte Krankheiten, wie Tuberkulose und Malaria, erleben derzeit ein comeback. Aus diesem Grund ist die Suche nach neuartigen Wirkstoffen nach wie vor ein wichtiges Ziel. Eine aussichtsreiche Quelle neuer Leitstrukturen gegen Infektionskrankheiten sind Pflanzen, die ein breites Spektrum an strukturell facettenreichen Sekundärmetaboliten bieten. Eine solche viel versprechende neue Wirkstoffklasse phytochemischen Ursprungs sind die Naphthylisochinolin-Alkaloide, die ausgeprägte In-vitro-Aktivitäten gegen protozoische Erreger wie Plasmodien, Leishmanien und Trypanosomen aufweisen. Kürzlich wurde eine neuartige Unterklasse dieser Alkaloide entdeckt. Es handelte sich dabei um die ersten N,C-verknüpften Naphthylisochinoline, wie z.B. Ancisheynin sowie Ancistrocladinium A und B . Diese Alkaloide weisen als strukturelle Besonderheit eine bis dato beispiellose Hetero-'Biarylachse' auf, genauer die erste rotationsgehinderte Iminium-Stickstoff-Arylachse. Des Weiteren zeichnen sie sich durch eine hohe antileishmaniale Aktivitäten aus, bei vergleichsweise geringen Cytotoxizitäten gegen menschliche Zellen. Das Ziel der vorliegenden Dissertation war daher die erstmalige totalsynthetische Erschließung dieser neuartigen Strukturunterklasse der Naphthylisochinoline. Ebenfalls sollte die ausgezeichnete antiinfektive Aktivität der N,C-verknüpften Alkaloide in Studien zur Struktur-Aktivitäts-Beziehung (SAR) sowie in Untersuchungen zum Wirkmechanismus in enger Zusammenarbeit mit unseren Partnern innerhalb des Sonderforschungsbereiches 630 sowie mit externen Kooperationspartnern evaluiert werden.
N2 - Infectious diseases are the most common cause of death worldwide. Due to the increasing resistance of the pathogens against commonly used drugs medical treatments are losing their efficacy and diseases like tuberculosis and malaria, which seemed to be defeated, are coming back. Thus, the search for novel agents is still a rewarding goal. A promising source for new lead structures against infectious diseases are plants with their broad and structurally manifold secondary metabolites. One promising class of new active plant-derived agents are the naphthylisoquinoline alkaloids, which show a pronounced in vitro activity against protozoan pathogens like plasmodia, leishmania, and trypanosoma. Recently, a novel type of such alkaloids has been discovered, viz. the first N,C-coupled NIQs, like ancisheynine, ancistrocladinium A and B. They possess as an unusual structural feature a as yet unprecedented N,C-hetero 'biaryl axis', in particular the first iminium-nitrogen-aryl axis. Furthermore, they exhibit very good antileishmanial activities with a comparably low cytotoxicity against mammalian cells. This thesis deals with the development of new strategies towards the first total syntheses of the structurally novel representatives of this subclass of naphthylisoquinolines, in particular with the synthesis of Ancisheynin, Ancistrocladinium A, B, and D. The excellent antiinfective activity of the N,C-coupled alkaloids was further evaluated in a close cooperation with our partners within the Collaborative Research Center 630 (SFB 630) and with external partners, by structure-activity-relationship studies (SAR-studies) and by investigations on the mode of action of these compounds.
KW - Totalsynthese
KW - Struktur-Aktivitäts-Beziehungsstudien
KW - Infektionskrankheiten
KW - N
KW - C-verknüpfte Naphthylisochinolin-Alkaloide
KW - N
KW - C-coupled naphthylisoquinoline alkaloids
KW - structure-activity-relationship studies
KW - total synthesis
KW - infectious diseases
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26771
ER -
TY - THES
A1 - Osswald, Peter Uwe
T1 - Perylene Bisimide Atropisomers : Synthesis and Optical and Chiroptical Properties
T1 - Perylenbisimid Atropisomere: Synthese, Optische und Chiroptische Eigenschaften
N2 - Zur Herstellung von atropo-enantiomeren Perylenbisimiden wurde die kovalente Verknüpfung von Aryloxysubstituenten durch Makrocyclisierung eingesetzt. Die Darstellung makrocyclischer Perylenbisimide erfolgte ausgehend von einem vierfach (3-Hydroxyphenoxy)-funktionalisierten Perylenbisimid mit achiralen 2,6-Diisopropylphenylsubstituenten an den Imidpositionen durch Williamsonsche Ethersynthese. Die Synthese konnte für vier unterschiedliche Oligoethylenglykol-Kettenlängen realisiert werden, wobei für jede Brückenlänge jeweils zwei regioisomere Makrocyclen, nämlich das diagonal verbrückte (1,7- und 6,12-Verküpfung) und das seitlich verbrückte Isomer (1,12- und 6,7- Verknüpfung), isoliert werden konnten. Die strukturelle Zuordnung der isolierten Makrocyclen zu einem der beiden Regioisomeren gelang zweifelsfrei anhand von Röntgenstrukturanalysen für zwei Makrocyclen und 1H NMR-Spektroskopie für alle Isomere. Der konformative Einfluß der Aryloxy-Substituenten auf die funktionenellen Eigenschaften dieser Farbstoffklasse konnte durch Vergleich der optischen und elektrochemischen Eigenschaften aller isolierter Makrocyclen mit einer offenkettigen Referenzverbindung abgeleitet werden. Hierbei zeigte sich, dass die Aryloxy-Substituenten dieser Farbstoffe in Lösung bevorzugt in einer horizontalen Konformation vorliegen. Durch lösungsmittelabhängige Fluoreszenzmessungen konnte gezeigt werden, dass ein photoinduzierter Elektronentransferprozess für die Fluoreszenzlösung elektronenreicher Aryloxy-Substituenten von Bedeutung ist. Die Trennung der Atropo-Diastereomere konnte für eine diagonal überbrückte makrocyclische Verbindung mit chiralen 2-(R)-Octylamin Imidsubstituenten und Diethyleneglykol als Brückenkette mittels semi-preparativer HPLC an einer chiralen stationären Phase realisiert werden. Die chiroptischen Eigenschaften der isolierten epimerenreinen Makrocyclen wurden mittels CD-Spektroskopie untersucht. Die Zuordnung der absoluten Stereochemie konnte anhand der erhaltenen CD-Spektren durch Anwendung der „Theorie der excitonischen Kopplung“ abgeleitet und durch quantenchemische Berechnung der CD-Spektren bestätigt werden. Dieses Synthesekonzept wurde auf 1,7-diaryloxy-substituierten Perylenbisimide erweitert. Die Struktur der erhaltenen diagonal verbrückten monocyclischen Verbindung konnte erneut durch NMR-Spektroskopie und Röntgenstrukturanalyse eindeutig bestimmt werden. Die Trennung der Atropo-Enantiomere gelang mittels semi-preparativer HPLC an einer chiralen stationären Phase. Die Zuordnung der Stereochemie konnte anhand des Vergleichs der CD-Spektren mit den zuvor für epimerenreine Bismakrocyclen erhaltenen CD-Spektren realisiert werden. Anhand der Röntgenstrukturanalysen sowohl der racemischen Mischung als auch eines Atropo-Enantiomers ließen sich bedeutende Informationen über die p-Dimerisierung von Perylenbisimiden ableiten. Die Abhängigkeit der Razemisierungsbarriere von der Größe der Bay-Substituenten wurde für vier halogensubstituierte Derivate untersucht. Die dynamischen Eigenschaften wurden mittels temperaturabhängiger NMR-Spektroskopie und kinetischer Messungen mittels CD-Spektroskopie bestimmt. Unter Anwendung des „Apparent Overlap“-Konzeptes konnte eine überzeugende lineare Beziehung zwischen der Größe der Substituenten und der Inversionsbarriere hergestellt werden. Darüber hinaus war es möglich die Atropo-Diastereomere bzw. Enantiomere der tetrachlor- und tetrabrom-substituierten Derivate zu trennen, wobei vor allem das 1,6,7,12-tetrabrom-substituierte Perylenbisimid stabile Enantiomere bei Raumtemperatur lieferte. Die abgeleitete Struktur-Eigenschaftsbeziehung sollte zukünftig die Herstellung von stabilen Enantiomeren durch geeignete Wahl der Substituenten in den Bay-Positionen ermöglichen. Um die Reversibilität der Selbstorganisation zur quantitativen Synthese makrocyclischer Perylenbisimide ausnützen zu können, wurde ein tetra(zinkporphyrin)-funktionalisiertes Perylenbisimid synthetisiert. Die Ausbildung des angestrebten 1:2-Sandwichkomplexes aus Tetra-Zinkporphyrin-Perylenbisimid und Diazabicyclo-[2.2.2]-undecan wurde mittels UV/Vis und 1H NMR Spektroskopie untersucht und die makrocyclische Struktur des Komplexes konnte mittels diffusionsabhängiger NMR Spektroskopie (DOSY NMR) eindeutig bewiesen werden. Weiterhin konnte mittels rasterkraftmikroskopischer (AFM) Untersuchungen gezeigt werden, dass diese funktionellen makrocyclischen Verbindungen sehr geordnet auf einer Graphitoberfläche (HOPG) abgeschieden werden können. Die Ausrichtung eines amino-funktionalsierten p-konjugierten Polymers durch Zugabe des bichromphoren Tetra-Zinkporphyrin-Perlyenbisimids wurde mittels UV/Vis-Spektroskopie und AFM-Messungen untersucht. Die Oberflächenanalyse mittels AFM zeigte, dass die bichromophore Verbindung die linearen p-konjugierten Polymere über weite Teile der Oberfläche auszurichten vermag, so dass eine definierte Anordnung von drei p-Systemen auf der Graphitoberfläche ermöglicht wurde.
N2 - The covalent linkage of the aryloxy-substituents through macrocyclisation was applied for the synthesis of perylene bisimide atropo-enantiomers. The synthesis of macrocyclic perylene bisimides was achieved by using a tetra(3-hydroxyphenoxy)-functionalized perylene bisimide with achiral 2,6-diisopropylphenyl as imide substituent through Williamson´s etherfication which could be realized for four different oligoethylene glycol bridging units. Two regioisomeric macrocycles, namely the diagonally bridged (1,7- and 6,12- linkage) and the laterally bridged (1,12- and 6,7-linkage) isomers, were obtained for each bridging unit. The structural assignment of the isolated regioisomeric macrocycles was unambiguously accomplished by X-ray analysis of two macrocycles and by 1H NMR spectroscopy for all isomers. The conformational influence of the aryloxy-substituents on the functional properties of this class of chromophores could be derived by comparison of the optical and electrochemical properties of all isolated macrocylces with those of an open-chained reference compound. It was shown that the aryloxy-substituents prefer a lateral conformation in solution. Furthermore, solvent dependent fluorescence studies indicated that a photoinduced electron transfer process is of importance for the fluorescence quenching of electron-rich aryloxy-substituted perylene bisimides. The resolution of the atropo-diastereomers of diagonally bridged macrocyclic perylene bisimides with chiral 2-(R)-octylamine as imide substituent and diethylene glycol bridging units could be accomplished by semi-preparative HPLC on a chiral column. The chiroptical properties of the isolated epimerically pure macrocycles were determined by CD spectroscopy. Based on the experimental CD spectra, the stereochemical assignment of the isolated epimers was accomplished by application of the excition chirality method and confirmed by quantum chemical calculation of the CD spectra. The synthetical concept was extended successfully to 1,7-diaryloxy-substituted perylene bisimides. The structure of the diagonally bridged macrocycle was unambiguously confirmed by X-ray analysis and NMR spectroscopy. The atropo-enantiomers of this macrocycle could be resolved by semi-preparative HPLC on a chiral column and the assignment of the absolute configuration was achieved by comparison of the CD spectra of the resolved enantiomers with those of epimerically pure bis(macrocycles) reported before. By comparison of the X-ray structures obtained for the racemic mixture as well as one enantiomer important information could be extracted for the formation of p-dimers of perylene bisimides. The dependence of the interconversion barrier on the bulkiness of the bay-substituents was investigated for four halogen-substituted perylene bisimides. The dynamic properties were investigated by temperature-dependent NMR spectroscopy and kinectic measurements using CD spectroscopy. By applying the concept of the “apparent overlap” a convincing linear relationship between the size of the substituents and the free enthalpy of activation could be derived. Furthermore, the resolution of the atropo-diastereomers or enantiomers of the tetrachloro and tetrabromo-substituted derivates was accomplished, whereupon especially the 1,6,7,12-tetrabromosubstituted perylene bisimide provided at room temperature stable enantiomers. Additionally, the derived structure-property relationship allows the design of conformationally stable perylene bisimide enantiomers by proper choice of the bay substituents. In order to utilize the reversibility of self-assembly for the quantitative formation of macrocyclic perylene bisimides, a tetrazinc porphyrin-functionalized perylene bisimide was synthesized. The self-assembly of the zinc porphyrin perylene bisimide bichromophoric building block and diazabicyclo-[2.2.2]-undecane into the desired 1:2 sandwich complex was investigated by UV/Vis and 1H NMR spectroscopy and the macrocyclic structure was unequivocally proven by diffusion-ordered NMR spectroscopy (DOSY NMR). Furthermore, the controlled deposition of these well-defined macrocycles on highly ordered pyrolitic graphite (HOPG) was demonstrated by atomic force microscopy (AFM) investigations. The alignment of a linear amino functionalised p-conjugated polymers upon addition of the bichromphoric tetrazinc porphyrin-perylene bisimide was investigated by UV/Vis spectroscopy and AFM measurement. The surface analysis by AFM investigations revealed that the bichromophoric system composed of perylene bisimide and zinc porphyrin is able to cross-link the linear p-conjugated polymer over a wide range of the graphite surface which provided a defined arrangement of three different functional p-systems.
KW - Farbstoffe
KW - Perylenbisimid
KW - Atropisomere
KW - optische Eigenschaften
KW - dyes
KW - perylene bisimide
KW - atropisomer
KW - optical properties
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-23248
ER -
TY - THES
A1 - Mladenovic, Milena
T1 - Theoretical Investigation into the Inhibition of Cystein Proteases
T1 - Theoretische Untersuchung der Inhibierung von Cysteinproteasen
N2 - Although known about and investigated since the late 1970’s, the picture of the basic principles governing inhibitor strengths and the structure-activity relationships of the cysteine protease inhibition mechanism is still very incomplete. Computational approaches can be a very useful tool for investigating such questions, as they allow the inspection of single, specific effects in isolation from all others, in a manner very difficult to achieve experimentally. The ab initio treatments of such large systems like proteins are still not feasible. However, there is a vast number of computational approaches capable of dealing with protein structures with reasonable accuracy. This work presents a summary of theoretical investigations into cysteine protease cathepsin B using a range of methods. We have concentrated on the investigation of cysteine protease inhibition by epoxide- and aziridine-based inhibitors in order to obtain better insight into these important topics. Various model systems are simulated by means of pure quantum mechanical methods and by hybrid (QM/MM) methods. Both approaches provide a static picture. Dynamical effects are then accounted for by additional molecular dynamics (MD) simulations, using both classical and QM/MM MD approaches. The quantum mechanical approach was used to study very small model systems consisting only of the electrophilic warhead of the inhibitor (both substitituted and not) and molecular moieties simulating a very simplified protein active site (methylthiolate instead of Cys29 and methylimidazolium instead of His199 residue) and solvent surroundings (two waters or two ammonium ions, in combination with a continuum solvent model). Although simple, such a system provides a good description of the most important interactions involved in the inhibition reaction. It also allows investigation of the influence of the properties of the electrophilic warhead on the reaction rate. Beside the properties of the electrophilic warhead, the protein and solvent environment is also an important factor in the irreversible deactivation of the enzyme active site by the inhibitor. The non-covalent interactions of the inhibitor with the oxyanion hole and other subsites of the enzyme, as well as its interaction with the solvent molecules, need to be explicitly taken into account in the calculations, because of their possible impact on the reaction profile. As molecular modeling methods allow the treatment of such large systems, but lack the possibility of describing covalent interactions, our method of choice was the combined quantum mechanics/molecular modeling approach. By splitting the system into a smaller part that undergoes the bond cleavage/formation process and must be treated quantum mechanically, and a larger part, comprised of the rest of the protein, which could be treated using force fields, we managed to simulate the system at the desired precision. Our investigations concentrated on the role of His199 in the inhibition mechanism as well as on the structure-reactivity relationships between cysteine protease and various inhibitors, yielding new insight into the kinetics, regio- and stereospecificity of the inhibition. In particular, our calculations provide the following insights: i.) an explanation for the regioselectivity of the reaction, and original insight into which interactions affect the stereoselectivity; ii.) a clear model which explains the known structure-activity relationships and connects these effects with the pH-dependency of the inhibition; iii.) our computations question the generally accepted two-step model by showing that substituent effects accelerate the irreversible step to such an extent that the achievement of an equilibrium in the first step is doubtful; iv.) by way of theoretical characterizations of aziridine models, the reasons for similarities and differences in the mode of action of epoxide- and aziridine-based inhibitors are elucidated; and finally, v.) combining our results with experimental knowledge will allow rational design of new inhibitors. To account for dynamical effects as well, molecular dynamics (MD) computations were also performed. In these calculations the potential energy was computed at the force field level. The results not only supported and clarified the QM/MM results, but comparison with previous X-ray structures helped correct existing errors in the available geometrical models and resolved inconsistencies in the weighting of various factors governing the inhibition. In the work the first QM/MM MD calculations on the active site of the cysteine proteases are presented. In contrast to the MD simulations, these calculations used potential energies computed at the QM/MM-level. With the help of these computations we sought to address strongly disputed questions about the reasons for the existence of the active site ion pair and its role in the high activity of the enzyme.
N2 - Obwohl bereits seit den späten 70ern bekannt und untersucht, ist das Bild über die grundsätzlichen Prinzipien, welche die Wirksamkeit der Inhibition und die Struktur-Aktivitäts-Beziehungen (SAB) der Cysteinprotease-Hemmmechanismen beeinflussen, immer noch sehr unvollständig. In dieser Arbeit wurden quantenmechanische (QM), molekulardynamische (MD) und gemischte quantenmechanische/molekularmechanische (QM/MM) Berechnungen durchgeführt, um die irreversible Inaktivierung des Enzyms durch den Inhibitor, zu untersuchen. Die Stärke von computergestützten Verfahren liegt in der Möglichkeit, den Einfluss einzelner spezifischer Effekte durch das Ausblenden von Umgebungseffekten zu untersuchen. Diese Herangehensweise ist nur sehr schwer im Experiment zu erreichen. Die quantenmechanische Methode wurde benutzt, um sehr kleine Modellsysteme zu untersuchen, welche lediglich aus dem elektrophilen Kerngerüst des Inhibitors und einigen, das aktive Zentrum im Protein vereinfachend darstellenden, Molekülen bestanden. Die Solvensumgebung wurde durch zwei explizite Wassermoleküle und zwei Ammoniumionen in Kombination mit einem Kontinuum-Solvensmodell berücksichtigt. Ein solches vereinfachtes System liefert bereits eine gute Beschreibung der meisten wichtigen Wechselwirkungen während der Inhibierungsreaktion. Es erlaubt die Untersuchung des Einflusses der Eigenschaften des elektrophilen „Warheads“ auf den Reaktionsverlauf. Neben den Eigenschaften des elektrophilen „Warheads“ ist sowohl die Protein- als auch die Solvensumgebung von großer Bedeutung für die irreversible Deaktivierung des aktiven Zentrums des Enzyms durch den Inhibitor. Aufgrund eines möglichen Einflusses auf das Reaktionsprofil müssen Solvensmoleküle sowie die nicht-kovalenten Wechselwirkungen des Inhibitors mit dem Oxyanionloch und anderen Nebenbindungstellen des Enzyms explizit behandelt werden. Berücksichtigt man, dass nur molekularmechanische Methoden eine Behandlung von solch großen Systeme erlauben, im Gegenzug aber nicht in der Lage sind, kovalente Wechselwirkungen zu beschreiben, so wurde als Methode der Wahl ein kombinierter QM/MM Ansatz gewählt. Durch das Aufteilen des Gesamtsystems in einen kleinen Bereich, der die Bindungsspaltung- und Bindungsbildungsreaktionen beinhaltet (mit QM behandelt), und in einen großen Teil, welcher den Rest des Proteins umfasst (mit MM behandelt), waren wir in der Lage, das System mit gewünschter Genauigkeit zu simulieren. In den Kapiteln 3.2.2 bis 3.2.4 werden die Struktur-Reaktivitäts-Beziehungen (SRB) zwischen der Cysteinprotease und verschiedenen Inhibitoren vorgestellt. Es wird gezeigt, dass die SRB eine entscheidende Rolle in Kinetik, Regio- und Stereoselektivität der Inhibierung spielen. Um auch die dynamischen Effekte im Anspruch zu nehmen, wurden klassische molekulardynamische (MD) Simulationen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Berechnungen haben nicht nur unterstützt und die QM/MM Ergebnisse näher erklärt, sondern auch durch der Vergleich mit bereits bestehenden Röntgenstrukturen verschiedener Cysteineprotease-Inhibitor-Komplexen geholfen, Fehler in vorhandenen Proteinkristallstrukturen zu korrigieren. Somit wurden Widersprüche in der Bewertung verschiedener Funktionen, die die Inhibierungsreaktion bestimmen, aufgelöst (Kapitel 3.2.5). In der Arbeit werden auch die ersten QM/MM MD Berechnungen vom aktiven Zentrum der Cysteineprotease vorgestellt. Im Kontrast zu den klassischen MD Simulationen, wird in diesen Untersuchungen die potentielle Energie auf dem QM/MM Theorieniveau berechnet. Hier haben wir versucht die stark umstrittene Frage über die Gründe für das Vorhandensein des aktiven Zentrums als His199+/Cys29- Ion-paar und seine Rolle für die hohe Aktivität des Enzyms zu beantworten.
KW - Quantenchemie
KW - Quantum mechanics / molecular modeling
KW - Molecular dynamics
Y1 - 2008
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25763
ER -
TY - THES
A1 - Holzapfel, Marco
T1 - Photoinduced Charge Transfer Processes in Triarylamine Based Redox Cascades
T1 - Photoinduzierte Ladungstransferprozesse in Triarylamin-Redoxkaskaden
N2 - In the first part of this work a new approach to measure transient absorption spectra of fluorescent compounds by means of laser flash photolysis technique was presented. Generally, the recorded transient absorption signal consists of transient absorption, fluorescence and ground state bleaching. Thus, for fluorescent chromophores a fluorescence correction is indispensable in order to obtain undisturbed absorption decay curves as well as accurate transient absorption spectra. Due to time response characteristics of the PMT detector the fluorescence contribution cannot be corrected by recording the fluorescence separately. Measuring two transient absorption signals with probe light differing in intensity, compounds with quantum yields up to ~ 35 % can be investigated. This is a major improvement because transient absorption spectroscopy is a powerful method to gain insight into the kinetics and the energy of excited states and information in the time domain of fluorescence are no longer lost. In the second part the synthesis and the photophysical characterisation of redox cascades were reported. These cascades consist of an acridine acceptor and up to three triarylamine donor subunits. The redox potentials of the triarylamines were tuned by adequate substituents in the para-position of the phenyl ring to ensure a directed redox gradient. Upon photoexcitation a locally excited state or a CT state is populated which then injects a hole onto the adjacent donor and consequently results in a CS state. Fluorescence and transient absorption measurements revealed that HT depends strongly on donor strength and solvent polarity. Formation of a CS state was only observed in case of strong terminal donors or polar solvents. A low lying localised triplet state acts as an energy trap and quenches all CS states even in case of the cascade with the strongest terminal donor in very polar solvents. Furthermore, population of a CS state catalyses the formation of this triplet states which results in a shorter lifetime of the CS state compared to the lifetime of the CT state of the corresponding reference compound. Compared to redox cascades already reported in literature, the electronic coupling between the redox centres was decreased by sterical as well as electronic effects. To prolong the lifetime of the CS state saturated spacers on the one hand and a perpendicular orientation of the acceptor and the adjacent donor on the other hand were selected. The twisting of the subunits forming the CT state results in a higher degree of charge separation but its contribution to increase the lifetimes of the CS states is of minor importance. The longer lifetime of the CS states can be ascribed to the saturated spacers. Experimental data in combination with calculated values indicate that charge recombination takes place in the Marcus normal region by a superexchange mechanisms. Although charge recombination of the known cascades is located in the Marcus inverted region, these CS states decay faster than the CS states of the compounds investigated in this work.
N2 - Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Methode vorgestellt, mit dem transiente Absorptionsspektren von fluoreszierenden Verbindungen mit Hilfe der Laser-Blitzlichtphotolyse aufgenommen werden können. Ein transientes Absorptionssignal setzt sich im Allgemeinen aus transienter Absorption, Fluoreszenz und einer Ausbleichung des Grundzustands zusammen. Daher ist es für fluoreszierende Verbindungen unerlässlich, die Fluoreszenz zu korrigieren, um sowohl einwandfreie Abklingkurven als auch korrekte Spektren zu erhalten. Aufgrund der Charakteristik der Ansprechzeit des Photomultiplier-Detektors kann der Fluoreszenzbeitrag nicht durch ein eigens aufgenommenes Fluoreszenzsignal korrigiert werden. Jedoch können Verbindungen mit einer Fluoreszenzquantenausbeute bis ungefähr 35 % fehlerfrei gemessen werden, sofern das transiente Signal aus zwei Messungen mit unterschiedlicher Weißlichtintensität bestimmt wird. Dieser neue Ansatz zur Ermittlung transienter Absorptionsspektren ist eine entscheidende Verbesserung, da die Laser-Blitzlichtphotolyse eine leistungsstarke Methode zur Ermittlung kinetischer und energetischer Eigenschaften angeregter Zustände darstellt. Im zweiten Abschnitt wurde die Synthese von Redoxkaskaden vorgestellt und gerichtete Elektronentransferprozesse an diesen Verbindungen untersucht. Die Chromophore bestehen stets aus einem Acridin-Akzeptor und bis zu drei Triarylamin-Untereinheiten als Donoren. Die Redoxpotenziale der Triarylamine können in gewissem Maße durch geeignete Substituenten in para-Position der Phenylringe abgestimmt werden, womit ein gerichteter Redoxgradient erzielt wird. Nach Anregung mit Licht geeigneter Wellenlänge wird ein lokal angeregter oder ein CT-Zustand bevölkert. Anschließend wird ein Loch in die benachbarte Donoreinheit injiziert, was schließlich zu einem ladungsgetrennten Zustand führt. Fluoreszenz- und transiente Absorptionsmessungen zeigen, dass der Lochtransfer in starkem Maße von der Lösungsmittelpolarität sowie der Stärke des terminalen Donors abhängt. Die Ausbildung eines ladungsgetrennten Zustands konnte nur bei starken terminalen Donoren oder polaren Lösungsmitteln beobachtet werden. Ein energetisch tief liegender lokal angeregter Triplettzustand agiert als energetische Falle und löscht alle ladungsgetrennten Zustände – selbst im Falle der stärksten Donoruntereinheit in sehr polaren Lösungsmitteln. Darüber hinaus beschleunigt die Bevölkerung eines ladungsgetrennten Zustands die Ausbildung dieses Triplettzustands, was sich in einer kürzeren Lebensdauer dieses ladungsgetrennten Zustands, verglichen mit dem CT-Zustand der Referenzverbindung, äußert. Die elektronische Kopplung zwischen den einzelnen Redoxzentren wurde im Vergleich zu ähnlichen bereits bekannten Redoxkaskaden sowohl durch sterische als auch durch elektronische Effekte verringert. Um die Lebensdauer des ladungsgetrennten Zustands zu verlängern, wurden einerseits gesättigte Einheiten, die die Untereinheiten verbrücken, eingebaut. Andererseits wurde mit Hilfe sterischer Faktoren die Akzeptoreinheit gegenüber dem benachbarten Donor verdrillt, was zwar in einer stärker ausgeprägten Ladungstrennung resultiert, jedoch nur geringfügig zu einer Verlängerung des ladungsgetrennten Zustands beiträgt. Somit kann die verlängerte Lebensdauer dieses ladungsgetrennten Zustands eindeutig auf die gesättigten Brückeneinheiten zurückgeführt werden. Experimentelle Daten stimmen mit berechneten Größen dahin gehend überein, dass die Ladungsrekombination in der normalen Marcus-Region über einen Superaustausch-Mechanismus erfolgt. Obwohl diese Rekombination bei den bekannten Kaskaden in der invertierten Marcus-Region erfolgt, werden die entsprechenden ladungsgetrennten Zustände schneller entvölkert als bei den Verbindungen, die Gegenstand dieses Kapitels waren.
KW - Ladungstransfer
KW - Fluoreszenzspektroskopie
KW - transiente Absorptionsspektroskopie
KW - Redoxkaskade
KW - Triplett
KW - transient absorption spectroscopy
KW - redox cascade
KW - triplet
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-25276
ER -
TY - THES
A1 - Hippius, Catharina
T1 - Multichromophoric Arrays of Perylene Bisimide Dyes - Synthesis and Optical Properties
T1 - Multichromophore Perylenbisimidkaskaden - Synthese und optische Eigenschaften
N2 - The present work deals with the synthesis and the investigation of the photophysical properties of covalently constructed calix[4]arene–perylene bisimide dye arrays containing various PBI units. The obtained conjugates are characterized with respect towards their application in a new, zigzag-type architecture of artificial light-harvesting systems. For this purpose, orange (core-unsubstituted), red (6,7,11,12-tert-butylphenoxy-functionalized) and green (1,7-pyrrolidino-substituted) perylene bisimide building blocks have been attached to the calix[4]arene scaffold. First, the monochromophoric reference systems have been studied, and second, the photophysical properties of a comprehensive series of newly synthesized, multichromophoric calix[4]arene–perylene bisimide conjugates showing efficient energy transfer processes between the individual dye subunits have been investigated. Furthermore, a series of bichromophoric compounds containing identical chromophoric units has been obtained. Towards this goal, a variety of spectroscopic techniques such as UV/vis absorption, steady state and time-resolved fluorescence emission, and femtosecond transient absorption spectroscopy as well as a spectrotemporal analysis of the obtained data has been applied. This work presents a new concept for an artificial light-harvesting system positioning the dye units by means of calix[4]arene spacers along a zigzag chain. The investigations start with the syntheses and optical properties of the monochromophoric building blocks and result in an elaborate study on the energy and electron transfer processes occurring after photoexcitation in a comprehensive series of multichromophoric calix[4]arene–perylene bisimide conjugates. Finally, the photophysical properties of a series of compounds containing each two identical PBI units are discussed.
N2 - Die vorliegende Arbeit hat die Synthese und die Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften kovalent verknüpfter Calix[4]aren–Perylenbisimid(PBI)-Farbstoffkaskaden zum Thema, die verschiedenartige PBI-Chromophore enthalten. Dazu wurden orange (kernunsubstituierte), rote (6,7,11,12-tert-butylphenoxy-funktionalisierte) und grüne (1,7-pyrrolidino-substituierte) Perylenbisimid-Bausteine an ein Calix[4]arengerüst geknüpft. Zunächst wurden die monochromophoren Referenzverbindungen bezüglich ihrer photophysikalischen Eigenschaften untersucht. Im Anschluss daran wurde eine umfassende Serie von Calix[4]aren–Perylenbisimid-Farbstoffkaskaden hinsichtlich der nach Photoanregung im angeregten Zustand stattfindenden Prozesse charakterisiert. Die erhaltenen Kaskaden weisen hocheffiziente und gerichtete Energietransferprozesse zwischen den einzelnen Untereinheiten auf, deren Transferraten sich unter Annahme einer Zickzack-Anordnung der Chromophoreinheiten gemäß der Förstertheorie erklären lassen. Weiterhin wurde eine Serie von Farbstoffkaskaden, die jeweils zwei identische PBI-Chromophore enthalten, bezüglich ihrer photophysikalischen Eigenschaften untersucht. Zur Charakterisierung wurden jeweils verschiedene spektroskopische Techniken wie UV/vis-Absorptions-, stationäre und zeitaufgelöste Fluoreszenzemissions-, sowie femtosekundenzeitaufgelöste transiente Absorptionsspektroskopie herangezogen, sowie zusätzlich eine spektrotemporale Analyse der erhaltenen Daten durchgeführt. Die vorliegende Arbeit beschreibt eine neue Architektur von künstlichen Lichtsammelsystemen, deren wesentliches Merkmal eine zickzack-Anordnung der Chromophoreinheiten ist. Zunächst wurden die Synthese und die optischen Eigenschaften der monochromophoren Bausteine diskutiert, und anschließend die Energie- und Elektronentransferprozesse nach Photoanregung in einer umfangreichen Serie von multichromophoren Perylenbisimid–Calix[4]arenkaskaden untersucht. Abschließend wurden die photophysikalischen Eigenschaften einer Serie von Calix[4]aren–PBI-Konjugaten diskutiert, die jeweils zwei identische PBI Chromophore enthalten.
KW - Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer
KW - Perylenbisimide
KW - Farbstoffe/Pigmente
KW - Calix[4]aren
KW - transiente Absorption
KW - FRET
KW - Dyes/pigments
KW - energy transfer
KW - multichromophoric arrays
KW - transient absorption spectroscopy
KW - calix[4]arene
Y1 - 2007
U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-24767
ER -