TY  - JOUR
A1  - Zimniak, Melissa
A1  - Kirschner, Luisa
A1  - Hilpert, Helen
A1  - Geiger, Nina
A1  - Danov, Olga
A1  - Oberwinkler, Heike
A1  - Steinke, Maria
A1  - Sewald, Katherina
A1  - Seibel, Jürgen
A1  - Bodem, Jochen
T1  - The serotonin reuptake inhibitor Fluoxetine inhibits SARS-CoV-2 in human lung tissue
JF  - Scientific Reports
N2  - To circumvent time-consuming clinical trials, testing whether existing drugs are effective inhibitors of SARS-CoV-2, has led to the discovery of Remdesivir. We decided to follow this path and screened approved medications "off-label" against SARS-CoV-2. Fluoxetine inhibited SARS-CoV-2 at a concentration of 0.8 mu g/ml significantly in these screenings, and the EC50 was determined with 387 ng/ml. Furthermore, Fluoxetine reduced viral infectivity in precision-cut human lung slices showing its activity in relevant human tissue targeted in severe infections. Fluoxetine treatment resulted in a decrease in viral protein expression. Fluoxetine is a racemate consisting of both stereoisomers, while the S-form is the dominant serotonin reuptake inhibitor. We found that both isomers show similar activity on the virus, indicating that the R-form might specifically be used for SARS-CoV-2 treatment. Fluoxetine inhibited neither Rabies virus, human respiratory syncytial virus replication nor the Human Herpesvirus 8 or Herpes simplex virus type 1 gene expression, indicating that it acts virus-specific. Moreover, since it is known that Fluoxetine inhibits cytokine release, we see the role of Fluoxetine in the treatment of SARS-CoV-2 infected patients of risk groups.
KW  - SARS-CoV-2
KW  - viral epidemiology
KW  - viral infection
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-259820
VL  - 11
ER  - 
TY  - THES
A1  - Zhang, Guoliang
T1  - Phytochemical Research on Two Ancistrocladus Species, Semi-Synthesis of Dimeric Naphthylisoquinoline Alkaloids, and Structure Optimization of Antitumoral Naphthoquinones
T1  - Phytochemische Untersuchungen an zwei Ancistrocladus-Arten, Semi-Synthese dimerer Naphthylisochinolin-Alkaloide und Strukturoptimierung von antitumoralen Naphthochinonen
N2  - Plant-derived natural products and their analogs continue to play an important role in the discovery of new drugs for the treatment of human diseases. Potentially promising representatives of secondary metabolites are the naphthylisoquinoline alkaloids, which show a broad range of activities against protozoan pathogens, such as plasmodia, leishmania, and trypanosoma. Due to the increasing resistance of those pathogens against current therapies, highly potent novel agents are still urgently needed. Thus, it is worthy to discover new naphthylisoquinoline alkaloids hopefully with pronounced bioactivities by isolation from plants or by synthesis. The naphthylisoquinoline alkaloids are biosynthetically related to another class of plant-derived products, the naphthoquinones, some of which have been recently found to display excellent anti-multiple myeloma activities without showing any cytotoxicities on normal blood cells. Multiple myeloma still remains incurable, although remissions may be induced with co-opted therapeutic treatments. Therefore, more potent naphthoquinones are urgently required, and can be obtained by isolation from plants or by synthesis. In detail, the results in this thesis are listed as follows: 1) Isolation and characterization of naphthylisoquinoline alkaloids from the stems of a Chinese Ancistrocladus tectorius species. Nine new naphthylisoquinoline alkaloids, named ancistectorine A1 (60), N-methylancistectorine A1 (61), ancistectorine A2 (62a), 5-epi-ancistectorine A2 (62b), 4'-O-demethylancistectorine A2 (63), ancistectorine A3 (64), ancistectorine B1 (65), ancistectorine C1 (66), and 5-epi-ancistrolikokine D (67) were isolated from the Chinese A. tectorius and fully characterized by chemical, spectroscopic, and chiroptical methods. Furthermore, the in vitro anti-infectious activities of 60-62 and 63-66 have been tested. Three of the metabolites, 61, 62a, and 62b, exhibited strong antiplasmodial activities against the strain K1 of P. falciparum without showing significant cytotoxicities. With IC50 values of 0.08, 0.07, and 0.03 μM, respectively, they were 37 times more active than the standard chloroquine (IC50 = 0.26 μM). Moreover, these three compounds displayed high antiplasmodial selectivity indexes ranging from 100 to 3300. According to the TDR/WHO guidelines, they could be considered as lead compounds. In addition, seven alkaloids, 69-74 (structures not shown here), were isolated from A. tectorius that were known, but new to the plant, together with another fourteen known compounds (of these, only the structures of the three main alkaloids, 5a, 5b, and 78 are shown here), which had been previously found in the plant. The three metabolites ancistrocladine (5a), hamatine (5b), and (+)-ancistrocline (78) were found to show no or moderate activities against the MM cell lines. 2) Isolation and characterization of naphthylisoquinoline alkaloids from the root bark of a new, botanically yet undescribed Congolese Ancistrocladus species. An unprecedented dimeric Dioncophyllaceae-type naphthylisoquinoline alkaloid, jozimine A2 (84), as first recognized by G. Bauckmann from an as yet undescribed Ancistrocladus species, was purified and characterized as part of this thesis. Its full structural assignment was achieved by spectroscopic and chiroptical methods, and further confirmed by an X-ray diffraction analysis, which had never succeeded for any other dimeric naphthylisoquinoline alkaloids before. Structurally, the dimer is composed of two identical 4'-O-demethyldioncophylline A halves, coupled through a sterically hindered central axis at C-3',3'' of the two naphthalene moieties. Pharmacologically, jozimine A2 (84) showed an extraordinary antiplasmodial activity (IC50 = 1.4 nM) against the strain NF54 of P. falciparum. Beside jozimine A2 (85), another new alkaloid, 6-O-demethylancistrobrevine C (84), and four known ones, ancistrocladine (5a), hamatine (5b), ancistrobrevine C (86), and dioncophylline A (6) were isolated from the Ancistrocladus species, the latter in a large quantity (~500 mg), showing that the plant produces Ancistrocladaceae-type, mixed-Ancistrocladaceae/Dioncophyllaceae-type, and Dioncophyllaceae-type naphthyl- isoquinoline alkaloids. Remarkably, it is one of the very few plants, like A. abbreviatus, and A. barteri, that simultaneously contain typical representatives of all the above three classes of alkaloids. 3) Semi-synthesis of jozimine A2 (85), 3'-epi-85, jozimine A3 (93) and other alkaloids from dioncophylline A (6). The dimeric naphthylisoquinoline alkaloids, jozimine A2 (85) and 3'-epi-85, constitute rewarding synthetic targets for a comparative analysis of their antiplasmodial activities and for a further confirmation of the assigned absolute configurations of the isolated natural product of 85. They were semi-synthesized in a four-step reaction sequence from dioncophylline A (6) in cooperation with T. Büttner. The key step was a biomimetic phenol-oxidative dimerization at C-3' of the N,O-dibenzylated derivative of 89 by utilizing Pb(OAc)4. This is the first time that the synthesis of such an extremely sterically hindered (four ortho-substituents) naphthylisoquinoline alkaloid – with three consecutive biaryl axes! – has been successfully achieved. A novel dimeric naphthylisoquinoline, jozimine A3 (93), bearing a 6',6''-central biaryl axis, was semi-synthesized from 5'-O-demethyldioncophylline A (90) by a similar biomimetic phenol-oxidative coupling reaction as a key step, by employing Ag2O. HPLC analysis with synthetic reference material of 3'-epi-85 and 93 for co-elution revealed that these two alkaloids clearly are not present in the crude extract of the Ancistrocladus species from which jozimine A2 (85) was isolated. This evidences that jozimine A2 (85) is very specifically biosynthesized by the plant with a high regio- and stereoslectivity. Remarkably, the two synthetic novel dimeric naphthylisoquinoline alkaloids 3'-epi-85 and 93 were found to display very good antiplasmodial activities, albeit weaker than that of the natural and semi-synthetic product 85. Additionally, the two compounds 3'-epi-85 and 93 possessed high or moderate selectivity indexes, which were much lower than that of 85. However, they can still be considered as new lead structures. Two unprecedented oxidative products of dioncophylline A, the diastereomeric dioncotetralones A (94a) and B (94b), were synthesized from dioncophylline A (6) in a one-step reaction. Remarkably, the aromatic properties in the “naphthalene” and the “isoquinoline” rings of 94a and 94b are partially lost and the “biaryl” axis has become a C,C-double bond, so that the two halves are nearly co-planar to each other, which has never been found among any natural or synthetic naphthylisoquinoline alkaloid. Their full structural characterization was accomplished by spectroscopic methods and quantum-chemical CD calculations (done by Y. Hemberger). The presumed reaction mechanism was proposed in this thesis. In addition, one of the two compounds, 94a, exhibited a highly antiplasmodial activity (IC50 = 0.09 μM) with low cytotoxicity, and thus, can be considered as a new promising lead structure. Its 2'-epi-isomer, 94b, was inactive, evidencing a significant effect of chirality on the bioactivity. Of a number of naphthylisoquinoline alkaloids tested against the multiple-myeloma cell lines, the three compounds, dioncophylline A (6), 4'-O-demethyldioncophylline A (89), and 5'-O-demethyldioncophylline A (90) showed excellent activities, even much stronger than dioncoquinones B (10), C (102), the epoxide 175, or the standard drug melphalan. 4) Isolation and characterization of bioactive naphthoquinones from cell cultures of Triphyophyllum peltatum. Three new naphthoquinones, dioncoquinones C (102), D (103), and E (104), the known 8-hydroxydroserone (105), which is new to this plant, and one new naphthol dimer, triphoquinol A (107), were isolated from cell cultures of T. peltatum in cooperation with A. Irmer. Dioncoquinone C (102) showed an excellent activity against the MM cells, very similar to that of the previously found dioncoquinone B (10), without showing any inhibitory effect on normal cells. The other three naphthoquinones, 103105, were inactive or only weakly active. 5) Establishment of a new strategy for a synthetic access to dioncoquinones B (10) and C (102) on a large scale for in vivo experiments and for the synthesis of their analogs for first SAR studies. Before the synthesis of dioncoquinone B (10) described in this thesis, two synthetic pathways had previously been established in our group. The third approach described here involved the preparation of the joint synthetic intermediate 42 with the previous two routes. The tertiary benzamide 135 was ortho-deprotonated by using s-BuLi/TMEDA, followed by transmetallation with MgBr2▪2Et2O, and reaction with 2-methylallyl bromide (139). It resulted in the formation of ortho-allyl benzamide 140, which was cyclized by using methyl lithium to afford the naphthol 42. This strategy proved to be the best among the established three approaches with regard to its very low number of steps and high yields. By starting with 136, this third strategy yielded the related bioactive natural product, dioncoquinone C (102), which was accessed by total synthesis for the first time. To identify the pharmacophore of the antitumoral naphthoquinones, a library of dioncoquinone B (10) and C (102) analogs were synthesized for in vitro testing. Among the numerous naphthoquinones tested, the synthetic 7-O-demethyldioncoquinone C (or 7-O-hydroxyldioncoquinone B) (145), constitutes another promising basic structure to develop a new anti-MM agent. Furthermore, preliminary SAR results evidence that the three hydroxy functions at C-3, C-5, and C-6 are essential for the biological properties as exemplarily shown through the compounds 10, 102, and 145. All other mixed OH/OMe- or completely OMe-substituted structures were entirely inactive. By a serendipity the expoxide 175 was found to display the best anti-MM activity of all the tested isolated metabolites from T. peltatum, the synthesized naphthoquinones, and their synthetic intermediates. Toxic effects of 175 on normal cells were not observed, in contrast to the high toxicities of all other epoxides. Thus, the anti-MM activity of 175 is of high selectivity. The preliminary SAR studies revealed that the 6-OMe group in 175 is required, thus differed with the above described naphthoquinones (where 6-OH is a requisite in 10, 102, and 145), which evidenced potentially different modes of action for these two classes of compounds. 6) The first attempted total synthesis of the new naturally occurring triphoquinone (187a), which was recently isolated from the root cultures of T. peltatum in our group. A novel naphthoquinone-naphthalene dimer, 187a (structure shown in Chapter 10), was isolated in small quantities from the root cultures of T. peltatum. Thus, its total synthesis was attempted for obtaining sufficient amounts for selected biotestings. The key step was planned to prepare the extremely sterically hindered (four ortho-substituents) binaphthalene 188 by a coupling reaction between the two 2-methylnaphthalene derivatives. Test reactions involving a system of two simplified 2-methylnaphthylboron species and 2-methylnaphthyl bromide proved the Buchwald ligand as most promising. The optimized conditions were then applied to the two true - highly oxygenated - coupling substrates, between the 2-methylnaphthylboron derivatives 210, 211, 213, or 214 and the 2-methylnaphthyl iodides (or bromides) 215 (206), 215 (206), 212 (205), or 212 (205), respectively. Unfortunately, this crucial step failed although various bases and solvent systems were tested. This could be due to the high electron density of the two coupling substrates, both bearing strongly OMOM/OMe-donating function groups. Therefore, a more powerful catalyst system or an alternative synthetic strategy must be explored for the total synthesis of 187a. 7) Phytochemical investigation of the Streptomyces strain RV-15 derived from a marine sponge. Cyclodysidins A-D (216-219), four new cyclic lipopeptides with a- and ß-amino acids, were isolated from the Streptomyces strain RV15 derived from a marine sponge by Dr. U. Abdelmohsen. Their structures were established as cyclo-(ß-AFA-Ser-Gln-Asn-Tyr-Asn-Ser-Thr) by spectroscopic analysis using 2D NMR techniques and CID-MS/MS in the course of this thesis. In conclusion, the present work contributes to the discovery of novel antiplasmodial naphthylisoquinoline alkaloids and antitumoral naphthoquinones, which will pave the way for future studies on these two classes of compounds.
N2  - Naturstoffe pflanzlichen Ursprungs und deren Derivate waren seit jeher eine wichtige Quelle für die Entdeckung neuer Arzneistoffe. Darunter stellen die Naphthylisochinolin-Alkaloide eine besonders bedeutsame Klasse an Sekundärmetaboliten dar, die gegen eine breite Vielfalt an pathogenen Protozoen, wie z.B. Plasmodien, Leishmanien und Trypanosomen, aktiv sind. Die zunehmende Resistenz dieser Krankheitserreger gegen vorhandene Therapeutika macht die Erschließung neuer hochwirksamer Substanzen – durch direkte Isolierung aus Pflanzenmaterial oder chemische Synthese – zu einer lohnenswerten Aufgabe. Kürzlich wurde entdeckt, dass Naphthochinone, eine biosynthetisch eng mit den Naphthylisochinolin-Alkaloiden verwandte Naturstoffklasse, exzellente Aktivitäten gegen das Multiple Myelom aufweist. Diese Krebserkrankung ist mit gegenwärtigen Arzneimitteln nicht heilbar, wenngleich unterstützende Therapeutika zu einer Remission führen können. Die Suche nach pharmakologisch wirksamen Naphthochinonen, mittels Isolierung aus Pflanzen oder durch chemische Synthese, ist daher dringend geboten. Die Ergebnisse dieser Arbeit umfassen im Detail die folgenden Teilbereiche: 1) Isolierung diverser Naphthylisochinolin-Alkaloide aus dem Stamm der chinesischen Ancistrocladus tectorius Spezies. Es Wurch neun neue Naphthylisochinlin-Alkaloide aus der in China beheimateten Pflanze A. tectorius. Diese umfassten die sechs 5,1'-gekuppelten Verbindungen Ancistectorin A1 (60), N-Methylancistectorin A1 (61), Ancistectorin A2 (62a), 5-epi-Ancistectorin A2 (62b), 4'-O-Demethylancistectorin A2 (63), Ancistectorin A3 (64), das 7,1'-gekuppelte Ancistectorin B1 (65), das 7,8'-verknüpfte Ancistectorin C1 (66), sowie das 5,8'-verknüpfte 5-epi-Ancistrolikokin D (65) die allesamt vollständig charakterisiert und auf ihre antiplasmodiale Aktivität untersucht wurden. Drei dieser Metabolite, 61, 62a, und 62b, zeigten eine starke antiplasmodiale Aktivität gegen den Stamm K1 von P. falciparum und dennoch keine signifikante Cytotoxizität. Mit IC50-Werten von 0.08, 0.07 und 0.03 μM waren sie 37 mal aktiver als der Standard Chloroquin (IC50 = 0.26 μM). Darüber hinaus verfügten diese drei Verbindungen über einen hohen antiplasmodialen Index von 100 bis 300. Laut WHO-Richtlinien können diese erfolgversprechenden Antimalaria-Wirkstoffe als neue Leitstrukturen angesehen werden. Des Weiteren wurden sieben bekannte Alkaloide, 69-74 (nicht abgebildet), erstmals aus A. tectorius isoliert. 14 weitere, aus dieser Pflanze bereits bekannte, Verbindungen (z.B. 5a, 5b, und 78) wurden ebenfalls gefunden. Die drei Hauptalkaloide Ancistrocladin (5a), Hamatin (5b) und (+)-Ancistroclin (78) hatten jedoch keine bzw. nur mäßige Aktivitäten gegen MM-Zelllinien. 2) Isolierung der Naphthylisochinolin-Alkaloide aus der Stammrinde einer neuen und botanisch noch unbeschriebenen, kongolesichen Ancistrocladus Spezies. Ein beispielloses dimeres Naphthylisochinolin-Alkaloid aus der Klasse der Dioncophyllaceae, Jozimin A2 (85), wurde aus einer bis dahin noch nicht beschriebenen Ancistrocladus Spezies in Zusammenarbeit mit G. Bauckmann isoliert. Mithilfe von spektroskopischen und chiroptischen Methoden erfolgte die vollständige Strukturaufklärung. Zum ersten Mal bei einem dimeren Naphthylisochinolin-Alkaloid wurde darüber hinaus dessen Struktur mittels Röntgenstrukturanalyse verifiziert. Die Struktur weist zwei identische miteinander verknüpfte 4'-O-Demethyldioncophyllin A Hälften auf, die in den Naphthalin-Einheiten an C-3' und C-3'' sterisch so stark gehindert sind, dass eine dritte rotationsstabile – und daher chirale – Achse vorliegt. Jozimin A2 (85) ragt pharmakologisch betrachtet durch die beste bis dahin gemessene antiplasmodiale Aktivität (IC50 = 1.4 nM, P. falciparum NF54) aller natürlichen monomeren und dimeren Naphthylisochinoline heraus. Neben Jozimin A2 (85) wurde ein weiteres neues Alkaloid, 6-O-Demethylancistrobrevin C (84), und die vier bekannten Monomere Ancistrocladin (5a), Hamatin (5b), Dioncophyllin A (6), und Ancistrobrevin C (86) aus dieser Ancistrocladus Spezies isoliert. Man konnte zeigen, dass die Pflanze Naphthylisochinolin-Alkaloide vom Ancistrocladaceae Typ, vom gemischten Ancistrocladaceae/Dioncophyllaceae Typ und vom Dioncophyllaceae Typ produziert. Dies ist umso bemerkenswerter, als dass nur wenige Pflanzen wie A. abbreviatus und A. barteri bekannt sind, die typische Vertreter aller drei Alkaloid-Klassen beinhalten. 3) Semi-Synthese des dimeren Naphthylisochinolin-Alkaloids Jozimine A2 (85) und seiner Derivate. Aufgrund seiner exzellenten antiplasmodialen Aktivität stellte das Naphthylisochinolin-Alkaloid Jozimin A2 (85), eine lohneswerte Zielstruktur für eine Synthese dar. Die Verbindung wurde durch Semisynthese in vier Stufen aus Dioncophyllin A (6) in Zusammenarbeit mit T. Büttner erschlossen. Als Schlüsselschritt erwies sich die biomimetische, oxidative Kupplung von 89 an C-3’ unter Verwendung von Pb(OAc)4. Der Aufbau einer solch sterisch gehinderten, zentralen Achse mit vier ortho-Substituenten wurde zum ersten Mal an Naphthylisochinolin-Alkaloiden erfolgreich durchgeführt. Zusammen mit Jozimin A2 (85) erhielt man sein 3',3''-Atropisomer 3'-epi-85. Parallel dazu wurde Jozimine A3 (93) dargestellt, dessen 6',6''-Zentral-Achse ebenfalls ausgehend von Dioncophyllin A (6) in einer Schlüsselsequenz mittels Ag2O aufgebaut wurde. HPLC-Coelutionsexperimente der synthetisch erhaltenen Verbindungen 3'-epi-85 und 93 zeigten zweifelsfrei, dass die beiden Alkaloide nicht im Rohextrakt der bisher unbestimmten Ancistrocladus-Art, aus welcher Jozimin A2 (85) isoliert wurde, vorhanden waren. Die Biosynthese von 85 erfolgt in der Pflanze offensichtlich mit hoher Spezifität. Die neuen synthetisch hergestellten, dimeren Naphthylisochinolin-Alkaloide 3'-epi-85 und 93 zeigten sehr gute, wenn auch im Vergleich zum natürlichen und semi-synthetisch erhaltenen 85 schwächere, antiplasmodiale Aktivitäten. Desweiteren besitzen die beiden Verbindungen 3'-epi-85 und 93 hohe bzw. moderate Selektivitäts-Indices, welche allerdings weit unter dem Wert von 85 liegen. Nichtsdestotrotz können sie als neue Leitstrukturen betrachtet werden. Im Verlauf der Synthese von Jozimin A2-Derivaten wurden des weiteren die zwei unbekannten Diastereoisomere, Dioncophynon A (94a) and B (94b), synthetisiert. Man erhielt diese in einer Stufe aus Dioncophyllin A (6). Die Strukturen von 94a und 94b zeichneten sich durch einen partiellen Verlust der Aromatizität am Naphthalin-Ring und eine C,C-Doppelbindung an der früheren Biarylachse aus. Die gefundenen Strukturmotive waren bis dahin weder von natürlichen noch von synthetischen Naphthylisochinolinen bekannt. Die vollständige Charakterisierung gelang durch spektroskopische Methoden und quantenchemische CD-Berechnungen (Y. Hemberger). Ein möglicher Mechanismus zur Bildung dieser Moleküle wurde ebenfalls in dieser Arbeit vorgestellt. Darüber hinaus zeigte eine dieser Verbindungen, 94a, eine hohe antiplasmodiale Aktivität (IC50 = 0.09 μM) bei gleichzeitig nur geringer Toxizität und konnte daher als vielversprechende Leitstruktur betrachtet werden. Dagegen war 94b inaktiv, was den signifikanten Effekt stereogener Elemente auf die Bioaktivität unterstrich. Aus einer ganzen Reihe von Naphthylisochinolin-Alkaloiden, die bzgl. ihrer Aktivität gegen das Multiple Myelom getestet wurden, zeigten v.a. drei Verbindungen, nämlich Dioncophyllin A (6), 4'-O-Demethyldioncophyllin A (89) und 5'-O-Demethyldioncophyllin A (90), exzellente Wirksamkeiten und übertrafen dabei sogar die Dioncochinone B (10) und C (102), das Epoxid 175 und die Referenzsubstanz Melphalan. 4) Isolierung der bioaktiven Naphthochinone aus Zellkulturen von Triphyophyllum peltatum. Drei neue Dioncochinone C (102), D (103) und E (104), das für diese Pflanze noch unbekannte 8-Hydroxydroseron (105) und ein neues Naphthalin-Dimer 107 wurden aus Zellkulturen von T. peltatum in Kooperation mit A. Irmer isoliert. Dioncochinon C (102) wies eine ausgezeichnete Aktivität gegen MM-Zellen, ähnlich zu der von Dioncochinon B, auf, wobei jedoch kein inhibierender Effekt auf normale Zellen beobachtet wurde. Die anderen drei Naphthochinone 103105 waren inaktiv oder nur sehr schwach aktiv gegenüber MM-Zellen. 5) Etablierung neuer Strategien für einen Zugang zu den Dioncochinonen B und C im großen Maßstab für In-vivo-Biotests sowie Synthese von Dioncochinon B-Analoga für SAR-Untersuchungen. Vor Beginn dieser Arbeiten zur Synthese von Dioncochinon B (10) existierten bereits zwei, in unserem Arbeitskreis erschlossene, Synthesewege. Die hier beschriebene dritte Möglichkeit zur Darstellung von Dioncochinon B (10) etablierte einen neuen Zugang zu dem gemeinsamen Intermediat 42. Man ortho-deprotonierte zunächst das tertiäre Amid 135 mit sec-BuLiTMEDA, führte anschließend eine Transmetallierung mit MgBr2▪2Et2O durch und setzte das Intermediat mit 2-Methylallylbromid (139) zum ortho-Allylbenzamid 140 um, welches schließlich mit Methyllithium zum Naphthol 42 zyklisiert wurde. Diese Strategie war den beiden früheren Ansätzen hinsichtlich der hohen Ausbeute und der geringen Anzahl an Synthesestufen überlegen. Darauf aufbauend gelang die erste Totalsynthese des bioaktiven Naturstoffes Dioncochinon C (102). Zur Untersuchung der Struktur-Wirkungs-Beziehung und zur Identifizierung des Pharmakophors der antitumoralen Naphthochinone wurden ca. 30 Analoga von Dioncochinon B (10) und C (102) synthetisiert und auf ihre Anti-MM-Wirkung getestet. Unter den zahlreichen dabei untersuchten Derivaten stellte die synthetische Verbindung 7-O-Demethyldioncochinon C (oder 7-O-Hydroxyldioncochinon B) (145) eine weitere vielversprechende Leitstruktur für die Entwicklung neuer Anti-MM-Kandidaten dar. Als besonders bemerkenswert erwiesen sich die antitumoralen Eigenschaften der Verbindungen 10, 102, und 145. Diese besitzen drei Hydroxygruppen an C-3, C-5 und C-6, die für Ihre biologischen Eigenschaften essentiell zu sein scheinen, da alle anderen Strukturen mit einem gemischten OH/OMe-Muster und jene vollständig OMe-substituierten Verbindungen inaktiv waren. Das Expoxid 175, zeigte unter allen natürlich vorkommenden als auch synthetischen Naphthochinonen und deren Derivaten die beste Aktivität gegen das Multiple Myelom. Gleichzeitig wurde keine Toxizität gegenüber normalen Zellen festgestellt. Dies stand im Gegensatz zu anderen Epoxiden, die über recht hohe Toxizitäten verfügten, wenngleich bei sehr guten Anti-MM-Aktivitäten. Umso bemerkenswerter ist die hohe Selektivität von 175 gegenüber Multiple-Myelom-Zellen. Einleitende SAR Studien zu 175 zeigten, dass die O-Me-Gruppe unbedingt erforderlich ist. Dies lässt auf einen von den Naphthochinonen 10, 102 und 145 verschiedenen Wirkmechanismus schließen, da die drei genannten Verbindungen an C-6 eine OH-Funktionalität tragen. 6) Die erste Totalsynthese eines neuen natürlichen Dimers aus T. peltatum, bestehend aus einer Naphthalin- und einer 1,2-Naphthochinon-Einheit. Man isolierte nur in Spuren ein neuartiges Naphthochinon-Naphthalin-Dimer 187a aus Wurzelkulturen von T. peltatum. Die Totalsynthese von 187a sollte deshalb ausreichende Mengen für ausgewählte Biotests verfügbar machen. Den Schlüsselschritt stellte die Kupplung von zwei sterisch sehr stark gehinderten 2-Methylnaphthalin-Ringen mit jeweils zwei ortho-Substituenten dar. Die Kupplung der 2-Methylnaphthylboronsäure -Derivate mit 2-Methylnaphthylbromid führte unter Verwendung des von Buchwald entwickelten Liganden 196, Pd2(dba)3 und geeigneten Lösungsmitteln und Basen zum racemischen Produkt. Die für das oben beschriebene System optimierten Bedingungen wurden auf die beiden genuinen – hoch-oxygenierten – Substrate die 2-Methylnaphthyl boronsäure-Derivate 210, 211, 213, oder 214 und 2-Methylnaphthyliodide (oder -bromide) 215 (206), 215 (206), 212 (205) oder 212 (205) angewandt. Leider führten zahlreiche Versuche unter Erprobung diverser Basen- und Lösungsmittelsysteme nicht zum Erfolg. Eine mögliche Erklärung liegt in der hohen Elektronendichte der beiden Kupplungspartner, die von den zwei bzw. drei Sauerstoffsubstituenten herrührt. Eine alternative Synthesestrategie oder der Einsatz eines leistungsfähigeren Katalysatorsystems muss deshalb zur Totalsynthese von 187a in Erwägung gezogen werden. 7) Phytochemische Untersuchung des marinen Streptomyces-Stammes RV-15 aus Schwämmen. Die vier neuen cyclischen Lipopeptide Cyclodysidin A-D (216219), welche sowohl aus - als auch - Aminosäuren aufgebaut sind, wurden aus RV-15, einem Streptomyces- Stamm, der mit Schwämmen vergesellschaft ist, isoliert. In Zusammenarbeit mit Dr. U. Abdelmohsen identifizierte man deren Struktur als Cyclo-(ß-AFA-Ser-Gln-Asn-Tyr-Asn- Ser-Thr) mithilfe von 2D-NMR-Spektroskopie und CID-MS/MS.
KW  - Ancistrocladus
KW  - dimerer Naphthylisochinolin-Alkaloide
KW  - Naphthochinonen
KW  - Ancistrocladus
KW  - Dimeric Naphthylisoquinoline Alkaloids
KW  - Naphthoquinones
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-72734
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Zhang, Fangyuan
A1  - Radacki, Krzysztof
A1  - Braunschweig, Holger
A1  - Lambert, Christoph
A1  - Ravat, Prince
T1  - Zinc-[7]helicenocyanine and its discrete π-stacked homochiral Dimer
JF  - Angewandte Chemie International Edition
N2  - In this communication, we demonstrate a novel approach to prepare a discrete dimer of chiral phthalocyanine (Pc) by exploiting the flexible molecular geometry of helicenes, which enables structural interlocking and strong aggregation tendency of Pcs. Synthesized [7]helicene-Pc hybrid molecular structure, zinc-[7]helicenocyanine (Zn-7HPc), exclusively forms a stable dimeric pair consisting of two homochiral molecules. The dimerization constants were estimated to be as high as 8.96×10\(^6\) M\(^{−1}\) and 3.42×107 M\(^{−1}\) in THF and DMSO, respectively, indicating remarkable stability of dimer. In addition, Zn\(^{-7}\)HPc exhibited chiral self-sorting behavior, which resulted in preferential formation of a homochiral dimer also in the racemic sample. Two phthalocyanine subunits in the dimeric form strongly communicate with each other as revealed by a large comproportionation constant and observation of an IV-CT band for the thermodynamically stable mixed-valence state.
KW  - organic chemistry
KW  - supramolecular assembly
KW  - chirality
KW  - helicenes
KW  - homochiral dimer
KW  - phthalocyanines
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-256534
VL  - 60
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Zhang, Fangyuan
A1  - Michail, Evripidis
A1  - Saal, Fridolin
A1  - Krause, Ana-Maria
A1  - Ravat, Prince
T1  - Stereospecific Synthesis and Photophysical Properties of Propeller-Shaped C\(_{90}\)H\(_{48}\) PAH
JF  - Chemistry - A European Journal
N2  - Herein, we have synthesized an enantiomerically pure propeller‐shaped PAH, C\(_{90}\)H\(_{48}\), possessing three [7]helicene and three [5]helicene subunits. This compound can be obtained in gram quantities in a straightforward manner. The photophysical and chiroptical properties were investigated using UV/Vis absorption and emission, optical rotation and circular dichroism spectroscopy, supported by DFT calculations. The nonlinear optical properties were investigated by two‐photon absorption measurements using linearly and circularly polarized light. The extremely twisted structure and packing of the homochiral compound were investigated by single‐crystal X‐ray diffraction analysis.
KW  - chirality
KW  - enantiomers
KW  - helicenes
KW  - polycyclic aromatic hydrocarbons
KW  - stereospecific sythesis
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-208682
VL  - 25
IS  - 71
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Zahran, Eman Maher
A1  - Albohy, Amgad
A1  - Khalil, Amira
A1  - Ibrahim, Alyaa Hatem
A1  - Ahmed, Heba Ali
A1  - El-Hossary, Ebaa M.
A1  - Bringmann, Gerhard
A1  - Abdelmohsen, Usama Ramadan
T1  - Bioactivity Potential of Marine Natural Products from Scleractinia-Associated Microbes and In Silico Anti-SARS-COV-2 Evaluation
JF  - Marine Drugs
N2  - Marine organisms and their associated microbes are rich in diverse chemical leads. With the development of marine biotechnology, a considerable number of research activities are focused on marine bacteria and fungi-derived bioactive compounds. Marine bacteria and fungi are ranked on the top of the hierarchy of all organisms, as they are responsible for producing a wide range of bioactive secondary metabolites with possible pharmaceutical applications. Thus, they have the potential to provide future drugs against challenging diseases, such as cancer, a range of viral diseases, malaria, and inflammation. This review aims at describing the literature on secondary metabolites that have been obtained from Scleractinian-associated organisms including bacteria, fungi, and zooxanthellae, with full coverage of the period from 1982 to 2020, as well as illustrating their biological activities and structure activity relationship (SAR). Moreover, all these compounds were filtered based on ADME analysis to determine their physicochemical properties, and 15 compounds were selected. The selected compounds were virtually investigated for potential inhibition for SARS-CoV-2 targets using molecular docking studies. Promising potential results against SARS-CoV-2 RNA dependent RNA polymerase (RdRp) and methyltransferase (nsp16) are presented.
KW  - Scleractinia
KW  - marine bacteria
KW  - marine fungi
KW  - zooxanthellae
KW  - marine natural products
KW  - ADME analysis
KW  - SARS-CoV-2
KW  - molecular docking
KW  - RNA-dependent RNA polymerase
KW  - methyltransferase
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-220041
SN  - 1660-3397
VL  - 18
IS  - 12
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Würthner, Frank
A1  - Noll, Niklas
T1  - A Calix[4]arene‐Based Cyclic Dinuclear Ruthenium Complex for Light‐Driven Catalytic Water Oxidation
JF  - Chemistry - A European Journal
N2  - A cyclic dinuclear ruthenium(bda) (bda: 2,2’‐bipyridine‐6,6’‐dicarboxylate) complex equipped with oligo(ethylene glycol)‐functionalized axial calix[4]arene ligands has been synthesized for homogenous catalytic water oxidation. This novel Ru(bda) macrocycle showed significantly increased catalytic activity in chemical and photocatalytic water oxidation compared to the archetype mononuclear reference [Ru(bda)(pic)\(_2\)]. Kinetic investigations, including kinetic isotope effect studies, disclosed a unimolecular water nucleophilic attack mechanism of this novel dinuclear water oxidation catalyst (WOC) under the involvement of the second coordination sphere. Photocatalytic water oxidation with this cyclic dinuclear Ru complex using [Ru(bpy)\(_3\)]Cl\(_2\) as a standard photosensitizer revealed a turnover frequency of 15.5 s\(^{−1}\) and a turnover number of 460. This so far highest photocatalytic performance reported for a Ru(bda) complex underlines the potential of this water‐soluble WOC for artificial photosynthesis.
KW  - water
KW  - oxidation
KW  - ruthenium
KW  - dinuclear
KW  - catalytic
KW  - artificial photosynthesis
KW  - homogenous catalysis
KW  - photocatalysis
KW  - ruthenium complexes
KW  - water oxidation
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230030
UR  - https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/chem.202004486
VL  - 27
IS  - 1
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Würthner, Frank
A1  - Meza-Chincha, Ana-Lucia
A1  - Schindler, Dorothee
A1  - Natali, Mirco
T1  - Effects of Photosensitizers and Reaction Media on Light‐Driven Water Oxidation with Trinuclear Ruthenium Macrocycles
JF  - ChemPhotoChem
N2  - Photocatalytic water oxidation is a promising process for the production of solar fuels and the elucidation of factors that influence this process is of high significance. Thus, we have studied in detail light‐driven water oxidation with a trinuclear Ru(bda) (bda: 2,2’‐bipyridine‐6,6’‐dicarboxylate) macrocycle MC3 and its highly water soluble derivative m‐CH\(_2\)NMe\(_2\)‐MC3 using a series of ruthenium tris(bipyridine) complexes as photosensitizers under varied reaction conditions. Our investigations showed that the catalytic activities of these Ru macrocycles are significantly affected by the choice of photosensitizer (PS) and reaction media, in addition to buffer concentration, light intensity and concentration of the sensitizer. Our steady‐state and transient spectroscopic studies revealed that the photocatalytic performance of trinuclear Ru(bda) macrocycles is not limited by their intrinsic catalytic activities but rather by the efficiency of photogeneration of oxidant PS\(^+\) and its ability to act as an oxidizing agent to the catalysts as both are strongly dependent on the choice of photosensitizer and the amount of employed organic co‐solvent.
KW  - photosenitizers
KW  - water oxidation
KW  - ruthenium complexes
KW  - macrocycles
KW  - trinuclear
KW  - homogenous catalysis
KW  - photocatalysis
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230116
VL  - 5
IS  - 2
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wächtler, Maria
A1  - Kübel, Joachim
A1  - Barthelmes, Kevin
A1  - Winter, Andreas
A1  - Schmiedel, Alexander
A1  - Pascher, Torbjörn
A1  - Lambert, Christoph
A1  - Schubert, Ulrich S.
A1  - Dietzek, Benjamin
T1  - Energy transfer and formation of long-lived \(^3\)MLCT states in multimetallic complexes with extended highly conjugated bis-terpyridyl ligands
JF  - Physical Chemistry Chemical Physics
N2  - Multimetallic complexes with extended and highly conjugated bis-2,2':6',2''-terpyridyl bridging ligands, which present building blocks for coordination polymers, are investigated with respect to their ability to act as light-harvesting antennae. The investigated species combine Ru(II)- with Os(II)- and Fe(II)-terpyridyl chromophores, the latter acting as energy sinks. Due to the extended conjugated system the ligands are able to prolong the lifetime of the \(^3\)MLCT states compared to unsubstituted terpyridyl species by delocalization and energetic stabilization of the \(^3\)MLCT states. This concept is applied for the first time to Fe(II) terpyridyl species and results in an exceptionally long lifetime of 23 ps for the Fe(II) \(^3\)MLCT state. While partial energy (>80%) transfer is observed between the Ru(II) and Fe(II) centers with a time-constant of 15 ps, excitation energy is transferred completely from the Ru(II) to the Os(II) center within the first 200 fs after excitation.
KW  - polypyridyl complexes
KW  - bis-terpyridyl ligands
KW  - multimetallic complexes
KW  - metal-to-ligand charge transfer (MLCT)
KW  - RU-(II) complexes
KW  - Ru(II)–Fe(II)–Ru(II) complex
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-191041
VL  - 18
IS  - 4
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wu, Zhu
A1  - Roldao, Juan Carlos
A1  - Rauch, Florian
A1  - Friedrich, Alexandra
A1  - Ferger, Matthias
A1  - Würthner, Frank
A1  - Gierschner, Johannes
A1  - Marder, Todd B.
T1  - Pure Boric Acid Does Not Show Room-Temperature Phosphorescence (RTP)
JF  - Angewandte Chemie
N2  - Boric acid (BA) has been used as a transparent glass matrix for optical materials for over 100 years. However, recently, apparent room-temperature phosphorescence (RTP) from BA (crystalline and powder states) was reported (Zheng et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 9500) when irradiated at 280 nm under ambient conditions. We suspected that RTP from their BA sample was induced by an unidentified impurity. Our experimental results show that pure BA synthesized from B(OMe)\(_{3}\) does not luminesce in the solid state when irradiated at 250–400 nm, while commercial BA indeed (faintly) luminesces. Our theoretical calculations show that neither individual BA molecules nor aggregates would absorb light at >175 nm, and we observe no absorption of solid pure BA experimentally at >200 nm. Therefore, it is not possible for pure BA to be excited at >250 nm even in the solid state. Thus, pure BA does not display RTP, whereas trace impurities can induce RTP.
KW  - boric acid
KW  - room-temperature phosphorescence (RTP)
KW  - optical materials
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-318308
VL  - 61
IS  - 15
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wu, Zhu
A1  - Dinkelbach, Fabian
A1  - Kerner, Florian
A1  - Friedrich, Alexandra
A1  - Ji, Lei
A1  - Stepanenko, Vladimir
A1  - Würthner, Frank
A1  - Marian, Christel M.
A1  - Marder, Todd B.
T1  - Aggregation-Induced Dual Phosphorescence from (o-Bromophenyl)-Bis(2,6-Dimethylphenyl)Borane at Room Temperature
JF  - Chemistry—A European Journal
N2  - Designing highly efficient purely organic phosphors at room temperature remains a challenge because of fast non-radiative processes and slow intersystem crossing (ISC) rates. The majority of them emit only single component phosphorescence. Herein, we have prepared 3 isomers (o, m, p-bromophenyl)-bis(2,6-dimethylphenyl)boranes. Among the 3 isomers (o-, m- and p-BrTAB) synthesized, the ortho-one is the only one which shows dual phosphorescence, with a short lifetime of 0.8 ms and a long lifetime of 234 ms in the crystalline state at room temperature. Based on theoretical calculations and crystal structure analysis of o-BrTAB, the short lifetime component is ascribed to the T\(^M_1\) state of the monomer which emits the higher energy phosphorescence. The long-lived, lower energy phosphorescence emission is attributed to the T\(^A_1\) state of an aggregate, with multiple intermolecular interactions existing in crystalline o-BrTAB inhibiting nonradiative decay and stabilizing the triplet states efficiently.
KW  - AIE
KW  - luminescence
KW  - phosphorescence
KW  - triarylborane
KW  - triplet
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-318297
VL  - 28
IS  - 30
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wortmann-Saleh, D.
A1  - Engels, Bernd
A1  - Peyerimhoff, S. D.
T1  - Theoretical Study of the Reaction O(\(^3\)P) + C\(_2\)H\(_4\) and comparison with the \(^3\)CH\(_3\) + C\(_2\)H\(_4\) Reaction
N2  - The minimum energy path for the reaction O(\(^3\)P\(_g\)) + C\(_2\)H\(_4\)(\(^1\)A\(_g\)) has been calculated by optimizing all relevant geometrical parameters along the approach of oxygen to ethene. A barrier of 4.7 kcal/mol in the \(^3\)A"( ... 9a'\(^2\)- 10a'3a") potential energy surface and an energy difference of 14.4 kcal/mol between the product and the fragments is found at the multireference-configuration interaction level. The corresponding values at the lower-level treatment CASSCF are 9 kcal/mol for the barrier and 9 kcal/mol for the depth of the potential; this shows the importance of inclusion of electron correlation. The barrier for CH\(_2\) rotation for the lowestenergy structure (asymmetric OC\(_2\)H\(_4\)) is around 5 kcal/mol. The energy gap to the first excited state \(^3\)A'( ... 9a'l0a'3a'12) is found tobe 3.6 kcal/mol in MRD-CI calculations at the ground-state minimum. Comparison with \(^3\)CH\(_2\) + C\(_2\)H\(_4\) shows that in this system the lowest-energy surface is \(^3\)A', i.e., the state which is the excited state in 0 + C\(_2\)H\(_4\). This difference in energy ordering of \(^3\)A' and \(^3\)A" states results from the fact that the p\(_x\), p\(_y\), p\(_z\) degeneracy of oxygen orbitals is lifted in \(^3\)CH\(_2\)leading to b\(_1\), b\(_2\). and a\(_1\) MOs whereby the lowest b\(_2\) (a") remains doubly occupied; as a consequence, the reaction pattem between the oxygen and \(^3\)CH\(_2\) approach is different, which is also quite apparent in the calculated charge transfer.
KW  - Organische Chemie
Y1  - 1994
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-59076
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wolter, Steffen
A1  - Aizezers, Janis
A1  - Fennel, Franziska
A1  - Seidel, Marcus
A1  - Würthner, Frank
A1  - Kühn, Oliver
A1  - Lochbrunner, Stefan
T1  - Size-dependent exciton dynamics in one-dimensional perylene bisimide aggregates
JF  - New Journal of Physics
N2  - The size-dependent exciton dynamics of one-dimensional aggregates of substituted perylene bisimides are studied by ultrafast transient absorption spectroscopy and kinetic Monte-Carlo simulations as a function of the excitation density and the temperature in the range of 25-90 degrees C. For low temperatures, the aggregates can be treated as infinite chains and the dynamics is dominated by diffusion-driven exciton-exciton annihilation. With increasing temperature the aggregates dissociate into small fragments consisting of very few monomers. This scenario is also supported by the time-dependent anisotropy deduced from polarization-dependent experiments.
KW  - rotational diffusion
KW  - spectroscopy
KW  - dyes
KW  - annihilation
KW  - migration
KW  - films
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-135190
VL  - 14
IS  - 105027
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wissing, Elmo
A1  - Kaupp, Martin
A1  - Boersma, Jaap
A1  - Spek, Anthony L.
A1  - Koten, Gerard van
T1  - Alkylation Reactions of Dialkylzinc Compounds with 1,4- Diaza- 1,3-butadienes: Cationic and radical Anionic Organozinc Intermediates. Molecular Structure of the Cationic Organozinc Species [MeZn(t-BuN=CHCH=N-t-Bu)]O\(_3\)SCF\(_3\) and Me\(_2\)Zn(bpy)(bpy = 2,2' -Bipyridine)
N2  - No abstract available
KW  - Anorganische Chemie
Y1  - 1994
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-60008
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wildervanck, Martijn J.
A1  - Hecht, Reinhard
A1  - Nowak-Król, Agnieszka
T1  - Synthesis and strong solvatochromism of push-pull thienylthiazole boron complexes
JF  - Molecules
N2  - The solvatochromic behavior of two donor-π bridge-acceptor (D-π-A) compounds based on the 2-(3-boryl-2-thienyl)thiazole π-linker and indandione acceptor moiety are investigated. DFT/TD-DFT calculations were performed in combination with steady-state absorption and emission measurements, along with electrochemical studies, to elucidate the effect of two different strongly electron-donating hydrazonyl units on the solvatochromic and fluorescence behavior of these compounds. The Lippert–Mataga equation was used to estimate the change in dipole moments (Δµ) between ground and excited states based on the measured spectroscopic properties in solvents of varying polarity with the data being supported by theoretical studies. The two asymmetrical D-π-A molecules feature strong solvatochromic shifts in fluorescence of up to ~4300 cm\(^{−1}\) and a concomitant change of the emission color from yellow to red. These changes were accompanied by an increase in Stokes shift to reach values as large as ~5700–5800 cm\(^{−1}\). Quantum yields of ca. 0.75 could be observed for the N,N-dimethylhydrazonyl derivative in nonpolar solvents, which gradually decreased along with increasing solvent polarity, as opposed to the consistently reduced values obtained for the N,N-diphenylhydrazonyl derivative of up to ca. 0.20 in nonpolar solvents. These two push–pull molecules are contrasted with a structurally similar acceptor-π bridge-acceptor (A-π-A) compound.
KW  - solvatochromism
KW  - donor–acceptor
KW  - fluorescence
KW  - hydrazone
KW  - Lippert–Mataga plot
KW  - push–pull thienylthiazole
KW  - tetracoordinated boron
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-286186
SN  - 1420-3049
VL  - 27
IS  - 17
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wiese, Teresa
A1  - Dennstädt, Fabio
A1  - Hollmann, Claudia
A1  - Stonawski, Saskia
A1  - Wurst, Catherina
A1  - Fink, Julian
A1  - Gorte, Erika
A1  - Mandasari, Putri
A1  - Domschke, Katharina
A1  - Hommers, Leif
A1  - Vanhove, Bernard
A1  - Schumacher, Fabian
A1  - Kleuser, Burkard
A1  - Seibel, Jürgen
A1  - Rohr, Jan
A1  - Buttmann, Mathias
A1  - Menke, Andreas
A1  - Schneider-Schaulies, Jürgen
A1  - Beyersdorf, Niklas
T1  - Inhibition of acid sphingomyelinase increases regulatory T cells in humans
JF  - Brain Communications
N2  - Genetic deficiency for acid sphingomyelinase or its pharmacological inhibition has been shown to increase Foxp3\(^+\) regulatory T-cell frequencies among CD4\(^+\) T cells in mice. We now investigated whether pharmacological targeting of the acid sphingomyelinase, which catalyzes the cleavage of sphingomyelin to ceramide and phosphorylcholine, also allows to manipulate relative CD4\(^+\) Foxp3\(^+\) regulatory T-cell frequencies in humans. Pharmacological acid sphingomyelinase inhibition with antidepressants like sertraline, but not those without an inhibitory effect on acid sphingomyelinase activity like citalopram, increased the frequency of Foxp3\(^+\) regulatory T cell among human CD4\(^+\) T cells in vitro. In an observational prospective clinical study with patients suffering from major depression, we observed that acid sphingomyelinase-inhibiting antidepressants induced a stronger relative increase in the frequency of CD4\(^+\) Foxp3\(^+\) regulatory T cells in peripheral blood than acid sphingomyelinase-non- or weakly inhibiting antidepressants. This was particularly true for CD45RA\(^-\) CD25\(^{high}\) effector CD4\(^+\) Foxp3\(^+\) regulatory T cells. Mechanistically, our data indicate that the positive effect of acid sphingomyelinase inhibition on CD4\(^+\) Foxp3\(^+\) regulatory T cells required CD28 co-stimulation, suggesting that enhanced CD28 co-stimulation was the driver of the observed increase in the frequency of Foxp3+ regulatory T cells among human CD4\(^+\) T cells. In summary, the widely induced pharmacological inhibition of acid sphingomyelinase activity in patients leads to an increase in Foxp3+ regulatory T-cell frequencies among CD4\(^+\) T cells in humans both in vivo and in vitro.
KW  - acid sphingomyelinase
KW  - antidepressants
KW  - major depression
KW  - regulatory T cells
KW  - sphingolipids
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-259868
VL  - 3
IS  - 2
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  - JOUR
A1  - Wen, Xinbo
A1  - Nowak-Król, Agnieszka
A1  - Nagler, Oliver
A1  - Kraus, Felix
A1  - Zhu, Na
A1  - Zheng, Nan
A1  - Müller, Matthias
A1  - Schmidt, David
A1  - Xie, Zengqi
A1  - Würthner, Frank
T1  - Tetrahydroxy-perylene bisimide embedded in zinc oxide thin film as electron transporting layer for high performance non-fullerene organic solar cells
JF  - Angewandte Chemie International Edition
N2  - By introduction of four hydroxy (HO) groups into the two perylene bisimide (PBI) bay areas, new HO‐PBI ligands were obtained which upon deprotonation can complex ZnII ions and photosensitize semiconductive zinc oxide thin films. Such coordination is beneficial for dispersing PBI photosensitizer molecules evenly into metal oxide films to fabricate organic–inorganic hybrid interlayers for organic solar cells. Supported by the photoconductive effect of the ZnO:HO‐PBI hybrid interlayers, improved electron collection and transportation is achieved in fullerene and non‐fullerene polymer solar cell devices, leading to remarkable power conversion efficiencies of up to 15.95 % for a non‐fullerene based organic solar cell.
KW  - hydroxylation
KW  - metal complexenes
KW  - perylene bisimide
KW  - photoconductive interlayer
KW  - solar cells
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-204723
VL  - 58
IS  - 37
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wehner, Marius
A1  - Röhr, Merle Insa Silja
A1  - Stepanenko, Vladimir
A1  - Würthner, Frank
T1  - Control of self-assembly pathways toward conglomerate and racemic supramolecular polymers
JF  - Nature Communications
N2  - Homo- and heterochiral aggregation during crystallization of organic molecules has significance both for fundamental questions related to the origin of life as well as for the separation of homochiral compounds from their racemates in industrial processes. Herein, we analyse these phenomena at the lowest level of hierarchy - that is the self-assembly of a racemic mixture of (R,R)- and (S,S)-PBI into 1D supramolecular polymers. By a combination of UV/vis and NMR spectroscopy as well as atomic force microscopy, we demonstrate that homochiral aggregation of the racemic mixture leads to the formation of two types of supramolecular conglomerates under kinetic control, while under thermodynamic control heterochiral aggregation is preferred, affording a racemic supramolecular polymer. FT-IR spectroscopy and quantum-chemical calculations reveal unique packing arrangements and hydrogen-bonding patterns within these supramolecular polymers. Time-, concentration- and temperature-dependent UV/vis experiments provide further insights into the kinetic and thermodynamic control of the conglomerate and racemic supramolecular polymer formation. Homo- and heterochiral aggregation is a process of interest to prebiotic and chiral separation chemistry. Here, the authors analyze the self-assembly of a racemic mixture into 1D supramolecular polymers and find homochiral aggregation into conglomerates under kinetic control, while under thermodynamic control a racemic polymer is formed.
KW  - perylene bismide dye
KW  - nucleation-elongation
KW  - PI stacking
KW  - polymerization
KW  - complexity
KW  - mechanism
KW  - crystals
KW  - kinetics
KW  - growth
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-230580
VL  - 11
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wehner, Marius
T1  - Supramolecular Polymorphism in Homo- and Heterochiral Supramolecular Polymerizations
T1  - Supramolekularer Polymorphismus in homo- und heterochiralen supramolekularen Polymerisationen
N2  - The aim of the first part of this thesis was to investigate (R,R)-PBI as a model system for polymorphism at its origin by a supramolecular approach. The pathway complexity of (R,R)-PBI was fine-tuned by experimental parameters such as solvent, temperature and concentration to make several supramolecular polymorphs accessible. Mechanistic and quantum chemical studies on the kinetics and thermodynamics of the supramolecular polymerization of (R,R)-PBI were conducted to shed light on the initial stages of polymorphism. The second part of this work deals with mechanistic investigations on the supramolecular polymerization of the racemic mixture of (R,R)- and (S,S)-PBI with regard to homochiral and heterochiral aggregation leading to conglomerates and  a racemic supramolecular polymer, respectively.
N2  - Das Ziel des ersten Teils der Dissertation war es, anhand des Modellsystems (R,R)-PBI Polymorphismus mit Hilfe eines supramolekularen Ansatzes an dessen Ursprung zu untersuchen. Durch die Wahl geeigneter experimenteller Parameter wie Lösungsmittel, Temperatur und Konzentration wurden die komplexen Polymerisationspfade von (R,R)-PBI gezielt beeinflusst und verschiedene supramolekulare Polymorphe zugänglich gemacht. Mechanistische und quantenchemische Untersuchungen der Kinetik und Thermodynamik der supramolekularen Polymerisation von (R,R)-PBI wurden durchgeführt, um die Anfangsphase des Polymorphismus zu beleuchten. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit befasst sich mit mechanistischen Untersuchungen der supramolekularen Polymerisation der racemischen Mischung aus (R,R)- und (S,S)-PBI im Hinblick auf homo- und heterochirale Aggregation, welche zu Konglomeraten beziehungsweise einem racemischen supramolekularen Polymer führte.
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - Polymorphismus
KW  - Konglomerat
KW  - Aggregat <Chemie>
KW  - Organische Chemie
KW  - Aggregation
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-211519
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Weh, Manuel
A1  - Rühe, Jessica
A1  - Herbert, Benedikt
A1  - Krause, Ana‐Maria
A1  - Würthner, Frank
T1  - Deracemization of Carbohelicenes by a Chiral Perylene Bisimide Cyclophane Template Catalyst
JF  - Angewandte Chemie International Edition
N2  - Deracemization describes the conversion of a racemic mixture of a chiral molecule into an enantioenriched mixture or an enantiopure compound without structural modifications. Herein, we report an inherently chiral perylene bisimide (PBI) cyclophane whose chiral pocket is capable of transforming a racemic mixture of [5]‐helicene into an enantioenriched mixture with an enantiomeric excess of 66 %. UV/Vis and fluorescence titration studies reveal this cyclophane host composed of two helically twisted PBI dyes has high binding affinities for the respective homochiral carbohelicene guests, with outstanding binding constants of up to 3.9×10\(^{10}\) m\(^{-1}\) for [4]‐helicene. 2D NMR studies and single‐crystal X‐ray analysis demonstrate that the observed strong and enantioselective binding of homochiral carbohelicenes and the successful template‐catalyzed deracemization of [5]‐helicene can be explained by the enzyme‐like perfect shape complementarity of the macrocyclic supramolecular host.
KW  - chirality transfer
KW  - cyclophanes
KW  - deracemization
KW  - dyes/pigments
KW  - template catalysis
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-244787
VL  - 60
IS  - 28
SP  - 15323
EP  - 15327
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wawra, Stephan
A1  - Fesel, Philipp
A1  - Widmer, Heidi
A1  - Timm, Malte
A1  - Seibel, Jürgen
A1  - Leson, Lisa
A1  - Kesseler, Leona
A1  - Nostadt, Robin
A1  - Hilbert, Magdalena
A1  - Langen, Gregor
A1  - Zuccaro, Alga
T1  - The fungal-specific beta-glucan-binding lectin FGB1 alters cell-wall composition and suppresses glucan-triggered immunity in plants
JF  - Nature Communications
N2  - β-glucans are well-known modulators of the immune system in mammals but little is known about β-glucan triggered immunity in planta. Here we show by isothermal titration calorimetry, circular dichroism spectroscopy and nuclear magnetic resonance spectroscopy that the FGB1 gene from the root endophyte Piriformospora indica encodes for a secreted fungal-specific β-glucan-binding lectin with dual function. This lectin has the potential to both alter fungal cell wall composition and properties, and to efficiently suppress β-glucan-triggered immunity in different plant hosts, such as Arabidopsis, barley and Nicotiana benthamiana. Our results hint at the existence of fungal effectors that deregulate innate sensing of β-glucan in plants.
KW  - Effectors in plant pathology
KW  - Fungal host response
KW  - Lectins
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-165945
VL  - 7
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wang, Hui
A1  - Li, Min-Yi
A1  - Katele, Félix Zongwe
A1  - Satyanandamurty, Tirumani
A1  - Wu, Jun
A1  - Bringmann, Gerhard
T1  - Decandrinin, an unprecedented \(C_9\)-spiro-fused 7,8-\( seco-ent\)-abietane from the Godavari mangrove \(Ceriops\ decandra\)
JF  - Beilstein Journal of Organic Chemistry
N2  - Decandrinin (1), an unprecedented \(C_9\)-spiro-fused 7,8-\(seco-ent\)-abietane, was obtained from the bark of an Indian mangrove, \(Ceriops\ decandra\), collected in the estuary of Godavari, Andhra Pradesh. The constitution and the relative configuration of 1 were determined by HRMS (ESI) and extensive NMR investigations, and the absolute configuration by circular dichroism (CD) and optical-rotatory dispersion (ORD) spectroscopy in combination with quantum-chemical calculations. Decandrinin is the first 7,8-\(seco-ent\)-abietane.
KW  - ceriops decandra
KW  - abietane
KW  - absolute configuration
KW  - circular dichroism
KW  - decandrinin
KW  - rhizophoraceae
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-119983
SN  - 1860-5397
VL  - 10
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Walter, T.
A1  - Collenburg, L.
A1  - Japtok, L.
A1  - Kleuser, B.
A1  - Schneider-Schaulies, S.
A1  - Müller, N.
A1  - Becam, J.
A1  - Schubert-Unkmeir, A.
A1  - Kong, J. N.
A1  - Bieberich, E.
A1  - Seibel, J.
T1  - Incorporation and visualization of azido-functionalized N-oleoyl serinol in Jurkat cells, mouse brain astrocytes, 3T3 fibroblasts and human brain microvascular endothelial cells
JF  - Chemical Communications
N2  - The synthesis and biological evaluation of azido-N-oleoyl serinol is reported. It mimicks biofunctional lipid ceramides and has shown to be capable of click reactions for cell membrane imaging in Jurkat and human brain microvascular endothelial cells.
KW  - Ceramide
KW  - Apoptosis
KW  - Golgi
KW  - N-oleoyl serinol
KW  - Jurkat cells
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-191263
VL  - 52
IS  - 55
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wagner, Wolfgang
T1  - Supramolecular Block Copolymers by Seeded Living Supramolecular Polymerization of Perylene Bisimides
T1  - Supramolekulare Blockcopolymere von Perylenbisimiden mittels saat-induzierter lebender supramolekularer Polymerisation
N2  - The research on supramolecular polymerization has undergone a rapid development in the last two decades, particularly since supramolecular polymers exhibit a broad variety of functionalities and applications in organic electronics, biological science or as functional materials (Chapter 2.1). Although former studies have focused on investigation of the thermodynamics of supramolecular polymerization (Chapter 2.2), the academic interest in the recent years shifted towards gaining insight into kinetically controlled self-assembly and pathway complexity to generate novel out-of-equilibrium architectures with interesting nanostructures and features (Chapter 2.3). Along this path, the concepts of seeded and living supramolecular polymerization were recently developed to enable the formation of supramolecular polymers with controlled length and low polydispersity under precise kinetic control (Chapter 2.4). Besides that, novel strategies were developed to achieve supramolecular copolymerization resulting in complex multicomponent nanostructures with different structural motives. The classification of these supramolecular copolymers on the basis of literature examples and an overview of previously reported principles to create such supramolecular architectures are provided in Chapter 2.5.
The aim of the thesis was the non-covalent synthesis of highly desirable supramolecular block copolymers by the approach of living seeded supramolecular polymerization and to study the impact of the molecular shape of the monomeric building blocks on the supramolecular copolymerization. Based on the structure of the previously investigated PBI organogelator H-PBI a series of novel PBIs, bearing identical hydrogen-bonding amide side-groups in imide-position and various kind or number of substituents in bay-position, was synthesized and analyzed within this thesis. The new PBIs were successfully obtained in three steps starting from the respective bromo-substituted perylene-3,4:9,10-tetracarboxylic acid tetrabutylesters or from the N,N’-dicyclohexyl-1,7-dibromoperylene-3,4:9,10-tetracarboxylic acid bisimide. All target compounds were obtained in the final step by imidization reactions of the respective perylene tetracarboxylic acid bisanhydride precursors with N-(2-aminoethyl)-3,4,5-tris(dodecyloxy)-benzamide and were fully characterized by 1H and 13C NMR spectroscopy as well as high resolution mass spectrometry.
The variation of bay-substituents strongly changes the optical properties of the monomeric PBIs which were investigated by UV/vis and fluorescence spectroscopy. The increase of the number of the methoxy-substituents provokes, for example, a red-shift of the absorption maxima concomitant with a decrease of extinction coefficients and leads to a drastic increase of the fluorescence quantum yields. Furthermore, the molecular geometry of the PBIs is also affected by variations of the bay-substituents. Thus, increasing the steric demand of the bay-substituents leads to an enlargement of the twist angles of the PBI cores as revealed by DFT calculations.
Especially the 1,7-dimethoxy bay-substituted MeO-PBI proved to be very well-suited for the studies envisioned within this thesis. The self-assembly of this PBI derivative was analyzed in detail by UV/vis, fluorescence and FT-IR spectroscopy as well as atomic force microscopy (Chapter 3). These studies revealed that MeO-PBI forms in a solvent mixture of methylcyclohexane and toluene (2:1, v/v) kinetically trapped off-pathway H-aggregated nanoparticles upon fast cooling of a monomeric solution from 90 to 20 °C. However, upon slow cooling of the monomer solution fluorescent J-type nanofibers are formed by π π interactions and intermolecular hydrogen-bonding.
The kinetically metastable off-pathway H-aggregates can be transformed into the thermodynamically more favored J-type aggregates by addition of seeds, which are produced by ultrasonication of the polymeric nanofibers. Interestingly, the living character of this seed-induced supramolecular polymerization process was proven by a newly designed multicycle polymerization experimental protocol. This living polymerization experiment clearly proves, that the polymerization can only occur at the “active” ends of the polymeric seed and that almost no recombination or chain termination processes are present. Hence, the approach of living supramolecular polymerization enables the formation of supramolecular polymers with controlled length and narrow polydispersity.
In Chapter 4 the copolymerization of MeO-PBI with the structurally similar 1,7-dichloro (Cl-PBI) and 1,7-dimethylthio (MeS-PBI) bay-substituted PBIs is studied in detail. Both PBIs form analogous to MeO-PBI kinetically trapped off-pathway aggregates, which can be converted into the thermodynamically stable supramolecular polymers by seed-induced living supramolecular polymerization under precise kinetic control. However, the stability of the kinetically trapped aggregates of Cl-PBI and MeS-PBI is distinctly reduced compared to that of MeO-PBI, because the π-π-interactions of the kinetically metastable aggregates are hampered through the increased twisting of the PBI-cores of the former PBIs. UV/vis studies revealed that the two-component seeded copolymerization of the kinetically trapped state of MeO-PBI with seeds of Cl-PBI leads to the formation of unprecedented supramolecular block copolymers with A-B-A pattern by a living supramolecular polymerization process at the termini of the seeds. Remarkably, the resulting A-B-A block pattern of the obtained copolymers was clearly confirmed by atomic force microscopy studies as the respective blocks formed by the individual monomeric units could be distinguished by the pitches of the helical nanofibers.
Moreover, detailed UV/vis and AFM studies have shown that by inverted two-component seed-induced polymerization, e.g., upon addition of seeds of MeO-PBI to the kinetically trapped aggregates of Cl-PBI, triblock supramolecular copolymers with B-A-B pattern can be generated. The switching of the block pattern could only be achieved because of the perfectly matching conditions for the copolymerization process and the tailored molecular geometry of the individual building blocks of both PBIs. These studies have demonstrated for the first time, that the block pattern of a supramolecular copolymer can be modulated by the experimental protocol through the approach of living supramolecular polymerization. Furthermore, by UV/vis analysis of the living copolymerization of MeO-PBI and MeS-PBI similar results were obtained showing also the formation of both A-B-A and B-A-B type supramolecular block copolymers. Although for these two PBIs the individual blocks could not be identified by AFM because the helical nanofibers of both PBIs exhibit identical helical pitches, these studies revealed for the first time that the approach of seeded living polymerization is not limited to a special pair of monomeric building blocks.
In the last part of the thesis (Chapter 5) a systematic study on the two-component living copolymerization of PBIs with various sterical demanding bay-substituents is provided. Thus, a series of PBIs containing identical hydrogen-bonding amide groups in imide position but variable number (1-MeO-PBI, MeO-PBI, 1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12-MeO-PBI) or size (EtO-PBI, iPrO-PBI) of alkoxy bay-substituents was investigated. The molecular geometry of the monomeric building blocks has a strong impact on the thermodynamically and even more pronounced on the kinetically controlled aggregation in solvent mixtures of MCH and Tol. While the mono- and dialkoxy-substituted PBIs form kinetically metastable species, the self-assembly of the tri- and tetramethoxy-substituted PBIs (1,6,7-MeO-PBI and 1,6,7,12-MeO-PBI) is completely thermodynamically controlled. The two 1,7-alkoxy substituted PBIs (EtO-PBI, iPrO-PBI) form very similar to MeO-PBI kinetically off-pathway H-aggregates and thermodynamically more favored J-type aggregates. However, the stability of the kinetically metastable state is drastically lower and the conversion into the thermodynamically favored state much faster than for MeO-PBI. In contrast, the monomethoxy-substituted PBI derivative (1-MeO-PBI) forms a kinetically trapped species by intramolecular hydrogen-bonding of the monomers, which can be transformed into the thermodynamically favored nanofibers by seeded polymerization.
Importantly, the two-component seeded copolymerization of the kinetically trapped MeO PBI with seeds of other PBIs of the present series was studied by UV/vis and AFM revealing that the formation of supramolecular block copolymers is only possible for appropriate combinations of PBI building blocks. Thus, the seeded polymerization of the trapped state of the moderately core-twisted MeO-PBI with the, according to DFT-calculations, structurally similar PBIs (EtO-PBI and iPrO-PBI) leads to the formation of A-B-A block copolymers, like in the seeded copolymerization of MeO-PBItrapped with seeds of Cl-PBI and MeS-PBI already described in Chapter 4. However, by addition of seeds of the almost planar PBIs (H-PBI and 1-MeO-PBI) or seeds of the strongly core-twisted PBIs (1,6,7-MeO-PBI and 1,6,7,12-MeO-PBI) to the kinetically trapped state of MeO-PBI no block copolymers can be obtained. The mismatching geometry of these molecular building blocks strongly hampers both the intermolecular hydrogen-bonding and the π-π-interactions between the two different PBIs and consequently prevents the copolymerization process.
Furthermore, the studies of the two-component seeded copolymerization of the kinetically trapped species of 1-MeO-PBI with seeds of the other PBIs also corroborated that a precise shape complementarity is crucial to generate supramolecular block copolymers. Thus, by addition of seeds of H-PBI to the kinetically trapped monomers of 1-MeO-PBI supramolecular block copolymers were generated. Both PBIs exhibit an almost planar PBI core according to DFT-calculations leading to strong non-covalent interactions between these PBIs. This perfectly matching geometry of both PBIs also enables the inverted seeded copolymerization of the kinetically trapped monomers of H-PBI with 1-MeO-PBIseed concomitant with a switching of the block pattern of the supramolecular copolymer from A-B-A to B-A-B type. In contrast, the seeding with the moderately twisted (MeO-PBI, EtO-PBI and iPrO-PBI) and the strongly twisted PBIs (1,6,7-MeO-PBI and 1,6,7,12 MeO-PBI) has no effect on the kinetically trapped state of 1-MeO-PBI, because the copolymerization of these PBIs is prevented by the mismatching geometry of the molecular building blocks.
In conclusion, the supramolecular polymerization and two-component seeded copolymerization of a series of PBI monomers was investigated within this thesis. The studies revealed that the thermodynamically and kinetically controlled self-assembly can be strongly modified by subtle changes of the monomeric building blocks. Moreover, the results have shown that living supramolecular polymerization is an exceedingly powerful method to generate unprecedented supramolecular polymeric nanostructures with controlled block pattern and length distribution. The formation of supramolecular block copolymers can only be achieved under precise kinetic control of the polymerization process and is strongly governed by the shape complementarity already imparted in the individual components. Thus, these insightful studies might enable a more rational design of monomeric building blocks for the non-covalent synthesis of highly complex supramolecular architectures with interesting properties for possible future applications, e.g., as novel functional materials.
N2  - Das Forschungsgebiet der supramolekularen Polymerisation hat sich in den letzten Jahrzehnten sehr rasch entwickelt, zumal da supramolekulare Polymere eine Fülle an Anwendungsmöglichkeiten in der organischen Elektronik, der Biologie oder als Funktionsmaterialen bieten (Kapitel 2.1). Während frühere Studien den Fokus auf die Untersuchung der Thermodynamik der supramolekularen Polymerisation gelegt haben (Kapitel 2.2), hat sich das akademische Interesse in jüngster Zeit dahingehend verschoben, Einblicke in kinetisch kontrollierte Selbstassemblierungsprozesse zu erhalten, um neuartige Strukturen mit faszinierenden Eigenschaften zu generieren (Kapitel 2.3). Im Zuge dieser Entwicklung wurde das Konzept der Saat-induzierten und der lebenden supramolekularen Polymerisation entwickelt, welche die Bildung von supramolekularen Polymeren mit geringer Polydispersität in kinetisch kontrollierten Prozessen ermöglichen (Kapitel 2.4). Des Weiteren wurden neue Strategien zu Erzeugung von Nanostrukturen entwickelt, die aus verschiedenen Komponenten aufgebaut sind und somit neue komplexe Strukturmotive zeigen. Eine Einteilung dieser supramolekularen Copolymere anhand einiger Literaturbeispiele und eine kurze Übersicht über die bisherigen Methoden, solche supramolekularen Strukturen zu erzeugen ist in Kapitel 2.5 dargestellt.
Das Ziel der Doktorarbeit war die nicht-kovalente Synthese von erstrebenswerten supramolekularen Blockcopolymeren mittels lebender Saat-induzierter Polymerisation und zu erforschen, wie die molekulare Form der Monomerbausteine die supramolekulare Copolymerisation beeinflusst. Basierend auf der Molekülstruktur des zuvor untersuchten Perylenbisimidfarbstoffes H-PBI wurden in dieser Arbeit eine Reihe von neuen Perylenbisimiden mit identischen Amid-Seitengruppen in Imidposition und unterschiedlicher Art oder Anzahl von Buchtsubstituenten synthetisiert und charakterisiert. Die neuen Perylenbisimide wurden erfolgreich in drei Stufen durch neu entwickelte Syntheserouten erhalten, wobei von den jeweiligen Brom substituierten Perylen-3,4:9,10-tetracarbonsäuretetrabutylestern oder von N,N‘ Dicyclohexyl-1,7-dibromperylen-3,4:9,10-tetracarbonsäurebisimid ausgegangen wurde. Alle Zielverbindungen wurden im letzten Syntheseschritt mittels einer Imidisierungsreaktion der jeweiligen Perylenbisanhydridvorstufen mit N (2-Aminoethyl)-3,4,5-tris(dodecyloxy)benzamid erhalten und mittels 1H- und 13C NMR-Spektroskopie sowie mit hochauflösender Massenspektrometrie charakterisiert.
Die Variation der Buchtsubstituenten hat einen starken Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Perylenbisimidmonomere, was mittels UV/vis- und Fluoreszenzspektroskopie untersucht wurde. Die ansteigende Zahl der Methoxysubstituenten verursacht zum Beispiel eine Rotverschiebung der Absorptionsmaxima, welche mit einer Abnahme der Extinktionskoeffizienten einhergeht, und führt zu einem starken Anstieg der Fluoreszenzquantenausbeute. Außerdem wird auch die Molekülgeometrie der Perylenbisimide durch die Variation der Buchtsubstituenten beeinflusst. Mittels DFT-Rechnungen konnte gezeigt werden, dass eine Zunahme des sterischen Anspruchs der Buchtsubstituenten eine Vergrößerung des Torsionswinkels der Perylenbisimidkerne zur Folge hat.
Als besonders geeignet für die im Rahmen dieser Arbeit anvisierten Studien erwies sich das mit zwei Methylgruppen in 1,7-Buchtposition substituierte MeO-PBI. Die Selbstassemblierung dieses 1,7-Dimethoxy-substituierten Perylenbisimid-Derivates wurde mit Hilfe von UV/vis-, Fluoreszenz- und FT-IR-Spektroskopie sowie mittels Rasterkraftmikroskopie detailliert analysiert (Kapitel 3). Diese Studien haben gezeigt, dass MeO-PBI in einem Lösungsmittelgemisch aus Methylcyclohexan und Toluol (2:1, v/v) in einem kinetisch kontrollierten Prozess durch schnelles Abkühlen der Monomerlösung von 90 auf 20 °C „off-pathway“ Nanopartikel ausbildet. Durch langsames Abkühlen der Monomerlösung entstehen hingegen fluoreszierende, J-aggregierte Nanofasern aufgrund von π-π-Wechselwirkungen und intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen. Die kinetisch metastabilen „off-pathway“ H-Aggregate können durch Zugabe einer polymeren J-Aggregat-Saat, welche durch eine Behandlung der polymeren Nanofasern mit Ultraschall gewonnen werden kann, in die thermodynamisch begünstigten J-Aggregate transformiert werden. Außerdem wurde der lebende Charakter dieser supramolekularen Saat-induzierten Polymerisation durch ein neu entworfenes multizyklisches Versuchsprotokoll nachgewiesen. Diese Experimente zur lebenden supramolekularen Polymerisation zeigen deutlich, dass der Polymerisationsprozess nur an den „aktiven“ Enden der polymeren Saat stattfinden kann und dass außerdem kaum Rekombinations- oder Kettenterminationsprozesse auftreten. Folglich ermöglicht die Methode der lebenden supramolekularen Polymerisation die Synthese von supramolekularen Polymeren mit kontrollierbarer Polymerlänge und geringer Polydispersität.
In Kapitel 4 wird die Copolymerisation von MeO-PBI mit den strukturell ähnlichen 1,7 Dichlor- (Cl-PBI) und 1,7-Dimethylthiosubstituierten (MeS-PBI) Perylenbisimiden ausgeführt. Beide neuen Perylenbisimide bilden analog zu MeO-PBI „off-pathway“ Aggregate, die durch Saatzugabe in einem kinetisch kontrollierten Prozess in die thermodynamisch stabileren supramolekularen Polymere umgewandelt werden können. Die Stabilität der kinetisch gefangenen Aggregate von Cl-PBI und MeS-PBI ist jedoch verglichen mit den metastabilen Aggregaten von MeO-PBI deutlich geringer, da die π π Wechselwirkungen zwischen den molekularen Bausteinen aufgrund des vergrößerten Torsionswinkels der Peryleneinheiten stark reduziert sind. UV/vis-spektroskopische Studien zeigen, dass die Saat-induzierte Copolymerisation des kinetisch gefangenen Zustandes von MeO-PBI mit der Saat von Cl-PBI durch einen lebenden Kettenwachstumsprozess an den Polymerenden der Saat zur Ausbildung von neuartigen supramolekularen Blockcopolymeren mit A B A Blockstruktur führt.
Die erzeugte A-B-A-Blockstruktur der erhaltenen Copolymere konnte eindeutig mittels Rasterkraftmikroskopie bestätigt werden, da die jeweiligen Polymerblöcke bestehend aus den einzelnen monomeren Einheiten anhand der Ganghöhe der helikalen Nanofasern unterschieden werden können. Ausführliche UV/vis- und Rasterkraftmikroskopiestudien haben außerdem demonstriert, dass, zum Beispiel durch Zugabe der Saat von MeO-PBI zu den kinetisch gefangenen Aggregaten von Cl PBI, Triblockcopolymere mit B-A-B-Blockstruktur in einer invertierten Saat-induzierten Zweikomponenten-Copolymerisation, erzeugt werden können. Dieser Wechsel der Blockstruktur kann nur durch perfekt abgestimmte Bedingungen für die Copolymerisation und bei übereinstimmender Molekülgeometrie der Monomereinheiten erreicht werden. Diese Studien zeigen erstmals, dass die Blockstruktur der supramolekularen Polymere durch das Versuchsprotokoll der lebenden supramolekularen Polymerisation variiert werden kann. Des Weiteren lieferten UV/vis-spektroskopische Untersuchungen der lebenden Copolymerisation von MeO-PBI und MeS-PBI ähnliche Ergebnisse, was darauf hindeutet, dass ebenfalls supramolekulare Blockcopolymere mit A-B-A- und B-A-B-Struktur gebildet werden können. Obwohl die einzelnen Polymerblöcke in diesem Fall wegen der identischen Helixganghöhe der Nanofasern nicht zugeordnet werden konnten, so zeigten diese Experimente doch, dass die Methode der Saat-induzierten lebenden Polymerisation nicht auf ein spezielles Paar von Monomerbausteinen limitiert ist.
Im letzten Abschnitt der Doktorarbeit (Kapitel 5) wird eine systematische Studie der lebenden Zweikomponenten-Copolymerisation von Perylenbisimiden mit unterschiedlich sterisch anspruchsvollen Buchtsubstituenten dargestellt. Dementsprechend wurde eine Reihe von Perylenbisimiden mit identischen Amidseitenketten, aber unterschiedlicher Anzahl (1-MeO-PBI, MeO-PBI, 1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12-MeO-PBI) oder Größe (EtO PBI, iPrO-PBI) der Alkoxybuchtsubstituenten untersucht. Die Molekülgeometrie der Monomereinheiten hat einen starken Einfluss auf das thermodynamisch und mehr noch auf das kinetisch kontrollierte Aggregationsverhalten in Lösungsmittelgemischen aus Methylcyclohexan und Toluol. Während die mono- und dialkoxysubstituierten Perylenbisimide kinetisch metastabile Zustände ausbilden, findet die Selbstassemblierung der tri- und tetramethoxysubstituierten Perylenbisimide (1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12 MeO PBI) vollständig unter thermodynamischer Kontrolle statt. Die zwei 1,7 alkoxysubstituierten Perylenbisimide (EtO-PBI, iPrO-PBI) bilden analog zu MeO PBI sowohl kinetische „off-pathway“ H-Aggregate als auch thermodynamisch begünstigte J Aggregate. Verglichen mit MeO-PBI ist jedoch die Stabilität der kinetisch metastabilen Zustände von EtO-PBI und iPrO-PBI viel geringer und die Umwandlung in die thermodynamisch stabileren Aggregate geschieht daher viel schneller. Das monomethoxysubstituierte Perylenbisimid-Derivat (1 MeO PBI) bildet im Gegensatz dazu kinetisch gefangene Monomere durch intramolekulare Wasserstoffbrücken-bindungen, welche sich durch Saat-induzierte Polymerisation in die thermodynamisch begünstigteren Nanofasern transformieren lassen.
Die Saat-induzierte Zweikomponenten-Copolymerisation des kinetisch gefangenen Zustands von MeO-PBI durch Saatzugabe der anderen Perylenbisimide der Reihe wurde mittels UV/vis-Spektroskopie und Rasterkraftmikroskopie analysiert. Diese Studien eröffneten, dass die Bildung von supramolekularen Blockcopolymeren nur für geometrisch passende Kombinationen der Perylenbisimide möglich ist. Dementsprechend führt die Saat-induzierte Polymerisation des kinetisch gefangenen Zustands von MeO-PBI mit den, laut DFT Rechnungen, strukturell ähnlichen Perylenbisimiden (EtO-PBI, iPrO-PBI) zur Bildung von A B A Blockcopolymeren, analog zu dem im Kapitel 4 beschriebenem Fall der Saat induzierten Copolymerisation mit Cl-PBI und MeS-PBI.
Die Zugabe einer Saat der planaren Perylenbisimide (H-PBI, 1-MeO-PBI) oder der Perylenbisimide mit stark verdrehten Perylenkernen (1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12 MeO PBI) zum kinetisch metastabilen Zustand von MeO-PBI führt dagegen nicht zur Bildung von Blockcopolymeren. Der Unterschied in der Molekülgeometrie dieser Monomerbausteine vermindert erheblich die Stärke der π π Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Perylenbisimiden und verhindert daher deren Copolymerisation.
Die Studien zur Saat induzierten Zweikomponenten-Copolymerisation des kinetisch gefangenen Zustands von 1-MeO-PBI mit den anderen Perylenbisimiden der Serie bestätigte weiterhin, dass eine genaue Übereinstimmung der molekularen Geometrie entscheidend für die Erzeugung von supramolekularen Blockcopolymeren ist. Durch Zugabe der Saat von H-PBI zum kinetisch metastabilen Zustand von 1-MeO-PBI konnten folglich supramolekulare Blockcopolymere generiert werden. Mittels DFT-Rechnungen wurde gezeigt, dass beide Perylenbisimide einen relativ planaren Perylenkern aufweisen, was zu sehr starken, nicht-kovalenten Wechselwirkungen zwischen diesen beiden Monomerbausteinen führt. Die übereinstimmende Geometrie beider Perylenbisimide ermöglicht auch die invertierte Saat-induzierte Copolymerisation des kinetisch gefangenen Zustands von H-PBI mit 1-MeO-PBISaat, was mit einem Wechsel der Blockstruktur des supramolekularen Blockcopolymers von A B A zu B A B einhergeht. Die Zugabe der Saat der mäßig (EtO-PBI, iPrO PBI) und stark verdrehten Perylenbisimide (1,6,7-MeO-PBI, 1,6,7,12-MeO-PBI) hat im Gegensatz dazu keinen Effekt auf den kinetisch gefangenen Zustand von 1-MeO-PBI, da die Copolymerisation dieser Perylenbisimide durch die Nichtübereinstimmung der Molekülgeometrie der Monomerbausteine verhindert wird.
Abschließend lässt sich zusammenfassen, dass in dieser Arbeit die supramolekulare Polymerisation und Saat-induzierte Zweikomponenten-Copolymerisation einer Reihe von Perylenbisimidmonomeren untersucht worden ist. Die Studien haben demonstriert, dass die thermodynamisch und kinetisch kontrollierten Selbstassemblierungsprozesse durch subtile Änderungen der Monomerbausteine stark variiert werden können. Außerdem zeigen die Ergebnisse, dass die lebende supramolekulare Polymerisation eine sehr leistungsfähige Methode zur Erzeugung von neuartigen supramolekularen, polymeren Nanostrukturen mit kontrollierter Blockstruktur und Längenverteilung darstellt. Die Bildung dieser supramolekularen Blockcopolymere kann nur unter präziser kinetischer Kontrolle erreicht werden und ist durch die Komplementarität der einzelnen molekularen Komponenten stark beeinflusst. Diese aufschlussreichen Studien bilden möglicherweise die Grundlage für ein rationaleres Design neuer Monomerbausteine zur nicht-kovalenten Synthese von hochkomplexen, supramolekularen Strukturen mit potentiell einzigartigen Eigenschaften für mögliche Anwendungen, beispielsweise als neuartige Funktionsmaterialien.
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - Perylenbisdicarboximide <Perylen-3,4:9,10-bis(dicarboximide)>
KW  - Lebende Polymerisation
KW  - Aggregation
KW  - Supramolecular Block Copolymers
KW  - Perylenbisimides
KW  - Kinetic Self-assembly
KW  - Living Polymerisation
KW  - Organische Chemie
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-193004
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wagenhäuser [geb. Vonhausen], Yvonne
T1  - Thermodynamic Investigations on the Dimerization and Anti-Cooperative Self-Assembly of Dipolar Merocyanines
T1  - Thermodynamische Untersuchungen zur Dimerisierung und anti-kooperativen Selbstassemblierung von dipolaren Merocyaninen
N2  - Dipolar merocyanines are very attractive supramolecular building blocks, as they combine interesting functional properties with strong, directional intermolecular interactions. The pyridine dioxocyano-pyridine (PYOP) chromophore (Chapter 2.2), used in this thesis, stands out because of its exceptionally high ground state dipole moment (g ~ 17 D), in combination with the option to retain good solubility also in unpolar solvents, by decoration with solubilizing groups. 
The reliable binding motif of anti-parallel -stacking due to dipole-dipole interactions has allowed the design of molecular building blocks that form assemblies of predictable geometry. The intense unstructured charge transfer UV/Vis absorption band (eg ~ 10.7 D) is a result of the dominant contribution of the zwitterionic resonance structure which brings the PYOP chromophore just beyond the cyanine limit in solvents of low polarity (c2 = 0.60, 1,4 dioxane). The high sensitivity of the S0 – S1 UV/Vis absorption band to the environment manifests itself in a pronounced negative solvatochromism and strong H-type exciton coupling within -stacked PYOP assemblies. In accordance with the classical molecular exciton theory, an increasing hypsochromic shift of the dominant absorption band of these H aggregates can be observed as the stack size increases up to about six chromophores, where it levels out at about max ~ 440 nm (CHCl3). This allows a uniquely simple estimation of the number of interacting chromophores within the self-assembled structure from a single UV/Vis absorption spectrum of an aggregate.
The defined and well investigated PYOP dimer formation was employed in this thesis to probe the applicability and limitations of concentration-, temperature-, and solvent-dependent self-assembly studies (Chapter 3). Straightforward theoretical models to evaluate datasets of concentration-, temperature-, and solvent-dependent UV/Vis absorption by nonlinear regression analysis were derived for the case of dimer formation (Chapter 2.1). Although the dimer model is well known and widely applied in literature, this detailed derivation is helpful to understand assumptions and potential problems of the different approaches for the determination of thermodynamic parameters. This helps to decide on the most appropriate method to analyse a system of interest. In this regard it should be noted that covering a large portion of the self-assembly process with the experimental data is a prerequisite for the accuracy of the analysis.  Additionally, many of the insights can also be transferred to other self-assembly systems like supramolecular polymerization or host-guest interactions. 
The concentration-dependent analysis is the most straightforward method to investigate self-assembly equilibria. No additional assumptions, besides mass balance and mass action law, are required. Since it includes the least number of parameters (only K, if M/D are known), it is the most, or even only, reliable method, to elucidate the self-assembly mechanism of an unknown system by model comparison. To cover a large concentration range, however, the compound must be soluble enough and generally sample amounts at least in the low mg scale must be available. 
The temperature-dependent analysis has the advantage that all thermodynamic parameters G0, H0 and S0 can be obtained from a single sample in one automated measurement. However, the accessible temperature-range is experimentally often quite limited and dependent on the solvent. For systems which do not show the transition from monomer to aggregate in a narrow temperature range, as given for, e.g., cooperative aggregation or processes with a high entropy contribution, often not the entire self-assembly process can be monitored. Furthermore, the assumptions of temperature-independent extinction coefficients of the individual species as well as temperature-independent H0 and S0 must be met. Monte Carlo simulations of data sets demonstrated that even minor changes in experimental data can significantly impact the optimized values for H0 and S0. This is due to the redundancy of these two parameters within the model framework and even small thermochromic effects can significantly influence the results. The G0 value, calculated from H0 and S0, is, however, still rather reliable. 
Solvent-dependent studies can often cover the entire self-assembly process from monomeric (agg = 0) to the fully aggregated state (agg = 1). However, for dyes with strong solvatochromic effects, such as the dipolar merocyanines investigated in this thesis, the results are affected. Also, the assumption of a linear relation of the binding energy G0 and the fraction of denaturating solvent f, which is based on linear free energy relationships between G0 and the solvent polarity, can lead to errors. Especially when specific solvent effects are involved. 
For the evaluation of experimental data by nonlinear regression, general data analysis software can be used, where user-defined fit models and known parameters can be implemented as desired. Alternatively, multiple specialized programs for analysing self-assembly data are available online. While the latter programs are usually more user-friendly, they have the disadvantage of being a “black box” where only pre-implemented models can be used without the option for the user to adapt models or parameters for a specific system. 
In Chapter 3 comprehensive UV/Vis absorption datasets are presented for the dimerization of merocyanine derivative 1 in 1,4-dioxane, which allowed for the first time a direct comparison of the results derived from concentration-, temperature-, and solvent-dependent self-assembly studies. 
The results for the binding constant K and corresponding G0 from the concentration- and temperature-dependent analysis were in very good agreement, also in comparison to the results from ITC. For the temperature-dependent analysis, though, multiple datasets of samples with different concentration had to be evaluated simultaneously to cover a meaningful part of the self-assembly process. Furthermore, a significant dependence of the optimized parameters H0 and S0 on the wavelength chosen for the analysis was observed. This can be rationalized by the small thermochromic shifts of both the monomer and the dimer UV/Vis absorption band. The results from the solvent-dependent evaluation showed the largest deviation, as expected for the highly solvatochromic merocyanine dye.
However, even here by evaluation at 491 and 549 nm the deviation for G0 was only 2.5 kJ mol1 (9%) with respect to the results from the concentration-dependent analysis (G0 = 29.1 kJ mol1). Thus, despite the strong solvatochromism of the dipolar chromophore, it can still be considered a reliable method for estimating the binding strength. Furthermore, multiple repetitions of the concentration-, temperature-, and solvent-dependent studies provided insight into the reproducibility of the results and possible sources of experimental errors. In all cases, the deviations of the results were small (G0 < 0.4 kJ mol1) and within the same range as the fit error from the nonlinear regression analysis. 
The insights from these studies were an important basis for the in-depth investigation of a more complex supramolecular system in Chapter 4, as a single method is often not enough to capture the full picture of a more complicated self-assembly process. To elucidate the anti-cooperative self-assembly of the chiral merocyanine 2, a combination of multiple techniques had to be applied. 
Solvent-dependent UV/Vis absorption studies in CH2Cl2/MCH mixtures showed the step-wise assembly of the merocyanine monomer (max(M) = 549 nm, CH2Cl2) to first a dimer (max(D) = 498 nm, CH2Cl2/MCH 15:85) by dipole-dipole interactions, and then a -stacked higher aggregate (max(H) = 477 nm, MCH), with pronounced H-type coupling. 
The thermodynamic evaluation of this data, however, suffered from the severe solvatochromism, especially of the monomeric species (max(M, CH2Cl2) = 549 nm, max(M, MCH) = 596 nm). Therefore, concentration-dependent studies were performed  at three different temperatures (298, 323, 353 K) to elucidate the self-assembly mechanism and determine reliable thermodynamic parameters. The studies at elevated temperatures were hereby necessary, to obtain experimental data over a larger agg--range. Due to the pronounced difference in the thermodynamic driving force for dimerization and higher aggregate formation (KD/K5 = 6500) a concentration range exists in MCH where almost exclusively the dimer species of 2 is present, before further self-assembly by dispersion interactions occurs. Therefore, the data could be evaluated independently for the two self-assembly steps. The self-assembly of dimers into the higher aggregate could not be described by the isodesmic model but was fitted satisfactorily to a pentamer model. This rather small size of about ten -stacked PYOP chromophores was, furthermore, consistently indicated by AFM, VPO and DOSY NMR measurements. Based on 1D and 2D NMR data as well as the strong bisignate CD signal of the higher aggregate in combination with TD-DFT calculations, a P-helical stack is proposed as its structure. The small size can be rationalized by the anti-cooperative self-assembly mechanism and the sterical demand of the solubilizing trialkoxyphenyl and the chiral tetralin substituents. Additionally, the aliphatic shell formed by the solubilizing chains around the polar chromophore stack, can account for the exceptionally high solubility of 2 in MCH (> 15 mg mL1). These combined studies of the self-assembly process enabled the identification of suitable conditions for the investigation of fluorescence properties of the individual aggregate species. Aggregation-induced emission enhancement was observed for the almost non-emissive monomer (Fl(M) = 0.23%), which can be rationalized by the increasing rigidification within the dimer (Fl(D) = 2.3%) and the higher aggregate (Fl(H) = 4.5%). The helical chirality of the PYOP decamer stack, furthermore, gave rise to a strong CPL signal with a large glum value of 0.011.
The important conclusion of this thesis is that the temperature- and solvent-dependent analyses are valid alternatives to the classical concentration-dependent analysis to determine thermodynamic parameters of self-assembly equilibria. Although, for a specific supramolecular system, one approach might be favourable over the others for a variety of reasons. The experimental limitations often demand a combination of techniques to fully elucidate a self-assembly process and to gain insights in the aggregate structure. The anti-cooperative merocyanine self-assembly, which was described here for the first time for the PYOP merocyanine 2, is no exception. Besides the interest in the merocyanine assemblies from a structural and functional point of view, the insights gained from the presented studies can also be transferred to other self-assembly systems and be a guide to find the most appropriate analysis technique.
N2  - Dipolare Merocyanine sind sehr attraktive supramolekulare Bausteine, da sie interessante funktionale Eigenschaften mit starken, gerichteten zwischenmolekularen Wechselwirkungen vereinen. Der Pyridin-dioxocyano-pyridin (PYOP)-Chromophor (Kapitel 2.2), welcher in dieser Arbeit verwendet wurde, zeichnet sich durch sein besonders starkes Grundzustands-dipolmoment (g ~ 17 D) aus, in Kombination mit der Möglichkeit durch Funktionalisierung mit löslichkeitsvermittelnden Gruppen dennoch gute Löslichkeit zu bewahren. 
Das zuverlässige Bindungsmotiv der durch Dipol-Dipol Wechselwirkungen anti-parallel  gestapelten Merocyanine ermöglicht es, gezielt molekulare Bausteine zu entwerfen, welche sich zu Strukturen von vorhersagbarer Geometrie zusammenlagern. Der dominante Beitrag der zwitterionischen Resonanzstruktur führt zu einer intensiven, unstrukturierten Charge-Transfer UV/Vis-Absorptionsbande (eg ~ 10.7 D) und bringt den PYOP Chromophor leicht jenseits des Cyanin-Limits in unpolaren Lösungsmitteln (c2 = 0.60, 1,4-Dioxan). Die Sensitivität der S0   S1 UV/Vis-Absorptionsbande gegenüber der Umgebung zeigt sich in der ausgeprägten negativen Solvatochromie und einer starken H artigen excitonischen Kopplung in -gestapelten Aggregaten. In Übereinstimmung mit klassischer Excitonen-Theorie kann eine zunehmende hypsochrome Verschiebung der dominanten Absorptionsbande mit zunehmender Größe der H-Aggregate beobachtet werden, bis bei etwa sechs Chromophoren und max ~ 440 nm ein Plateau erreicht wird. Dies ermöglicht eine einmalig einfache Abschätzung, der Anzahl an wechselwirkenden Chromophoren innerhalb einer Aggregatstruktur, basierend auf einem einzigen UV/Vis-Absorptionsspektrum. 
Das definierte und gut untersuchte Beispiel des PYOP-Dimers wurde in dieser Arbeit verwendet, um die Anwendbarkeit und die Grenzen von konzentrations-, temperatur- und lösungsmittelabhängigen Aggregationsstudien auszutesten (Kapitel 3). Theoretische Modelle zur thermodynamischen Auswertung von konzentrations-, temperatur- und lösungsmittelabhängigen Studien mittels nichtlinearer Regression wurden für das Beispiel der Dimerisierung hergeleitet (Kapitel 2). Obwohl das Dimer-Modell literaturbekannt ist, ist diese detaillierte Herleitung hilfreich, um die Annahmen zu verstehen, die dem Modell zugrunde liegen. So können potenzielle Problemquellen der verschiedenen Methoden erkannt und die geeignetste Methode zur Bestimmung der thermodynamischen Parameter für ein bestimmtes System ausgewählt werden. Hierbei sollte man beachten, dass es sich für die Aussagekraft der Analyse klar als zuträglich erwiesen hat, wenn ein möglichst großer Bereich des Aggregationssprozesses von den experimentellen Daten abgedeckt werden kann. Viele der hier gewonnen Erkenntnisse lassen sich auch auf andere Systeme wie supramolekulare Polymere oder Wirt-Gast-Komplexe übertragen. 
Die konzentrationsabhängige Analyse ist die direkteste Methode, um ein supramolekulares Gleichgewicht zu untersuchen. Sie erfordert keine zusätzlichen Annahmen, außer dem Massenerhalt und dem Massenwirkungsgesetz. Da das konzentrationsabhängige mathematische Modell die wenigsten Parameter enthält (nur K, wenn M/D bekannt), ist es die zuverlässigste, wenn nicht sogar die einzig zuverlässige, Methode, um den Aggregationsmechanismus durch einen Vergleich der experimentellen Daten mit verschiedenen Modellen aufzuklären. Allerdings muss die zu untersuchende Verbindung hierbei löslich genug sein, damit ein großer Teil des Aggregationsprozesses in den Studien abgebildet werden kann und es werden üblicherweise Substanzmengen im niedrigen mg Bereich benötig.
Die temperaturabhängige Analyse hat den Vorteil, dass alle thermodynamischen Parameter G0, H0 und S0 in einer einzigen automatisierten Messung einer einzelnen Probe erhalten werden können. Allerdings ist der experimentell zugängliche Temperaturbereich oft sehr eingeschränkt und abhängig von dem verwendeten Lösungsmittel. Für Systeme, bei denen der Übergang vom Monomer zum Aggregat nicht in einem engen Temperaturbereich erfolgt, z.B. aufgrund von Kooperativität oder einem großen Entropie-Beitrag, ist es oft nicht möglich den gesamten Aggreationsprozess abzubilden. Zusätzlich sollten die Annahmen, dass sowohl die Extinktionskoeffizienten der einzelnen Spezies sowie H0 und S0 temperaturunabhängig sind, zutreffen. Mittels Monte Carlo Simulationen konnte gezeigt werden, dass selbst kleine Änderungen in den experimentellen Daten die erhaltenen Werte von H0 und S0 deutlich beeinflussen können. Dies liegt daran, dass die beiden Parameter im mathematischen Modell nicht völlig unabhängig voneinander sind. Selbst geringfügige thermochrome Veränderungen können daher die Ergebnisse für H0 und S0 beeinflussen. Die G0-Werte, die sich aus H0 und S0 berechnen lassen, sind allerding dennoch recht zuverlässig. Mittels lösungsmittelabhängiger Studien ist es oft am einfachsten, den vollständigen Prozess vom Monomer (agg = 0) bis zum Aggregat (agg = 1) abzubilden. Für stark solvatochrome Farbstoffe wie die hier untersuchten dipolaren Merocyanine werden die Ergebnisse allerdings deutlich verfälscht. Auch die Annahme einer linearen Abhängigkeit der Bindungsenergie G0 und der Lösungsmittelzusammensetzung f, die auf linearen Freie-Energie Beziehungen zwischen G0 und der Lösungsmittelpolarität beruhen, kann zu Abweichungen führen, vor allem, wenn spezifische Lösungsmitteleffekte involviert sind. Die Auswertung der experimentellen Daten erfolgt mittels nichtlinearer Regression. Hierfür können diverse Datenauswertungsprogramme genutzt werden, in die sich benutzerdefinierte Modelle inklusive bekannter Parameter implementieren lassen. Alternativ gibt es auch eine Auswahl von spezialisierten Programmen zur Auswertung von Aggregationsdaten im Internet. Diese sind zwar deutlich benutzerfreundlicher, aber auch „Black Boxes“, deren voreingestellte Modelle und Parameter in der Regel nicht vom Nutzer für ein spezielles System angepasst werden können. 
In Kapitel 3 wurden umfangreiche UV/Vis-Absorptionsstudien für die Dimerisierung von Merocyanin 1 in 1,4-Dioxan vorgestellt, welche zum ersten Mal einen direkten Vergleich zwischen den Ergebnissen von konzentrations-, temperatur- und lösungsmittelabhängigen  Aggregationsstudien ermöglichten. Die Ergebnisse für die Bindungskonstante K und dem dazugehörigen G0-Wert aus der konzentrations- und temperaturabhängigen Analyse stimmen mit den Ergebnissen der isothermalen Titrationskalorimetrie (ITC) überein.
Bei der temperaturabhängigen Auswertung mussten allerdings mehrere Datensätze von Proben mit unterschiedlichen Konzentrationen zusammen ausgewertet werden, um einen aussagekräftigen Bereich des Aggregationsprozesses abzudecken. Außerdem wurde eine deutliche Abhängigkeit der Ergebnisse für H0 und S0 von der Wellenlänge festgestellt, die für die Auswertung gewählt wurde. Dies liegt an der kleinen thermochromen Verschiebung der Monomer- und Dimer-Absorptionsbande. Die Ergebnisse der lösungsmittelabhängigen Studien zeigten, wie für den stark solvatochromen Chromophor erwartet, die größte Abweichung. Allerdings beträgt die Abweichung für G0 selbst hier nur 2.5 kJ mol1 (9%), bei Auswertung bei 491 und 549 nm, im Vergleich zur konzentrationsabhängigen Auswertung (G0 = 29.1 kJ mol1). Trotz der ausgeprägten Solvatochromie sind die lösungsmittelabhängigen Studien also geeignet, um die Bindungsstärke eines Systems abzuschätzen. Mehrmalige Wiederholung der Experimente erlaubte eine Abschätzung der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und möglicher Fehlerquellen. Die Ergebnisse schwankten hierbei in allen Fällen nur geringfügig (G0 < 0.4 kJ mol1) und in der gleichen Größenordnung wie der Fehler der nichtlinearen Regression. 
Die Erkenntnisse aus diesen Studien waren eine wichtige Grundlage für die Untersuchung eines komplexeren supramolekularen Systems in Kapitel 4. Eine einzelne Methode ist oft nicht ausreichend, um einen mehrstufigen Aggregationsprozess vollständig aufzuklären, und auch zur Aufklärung der anti-kooperativen Aggregation des chiralen Merocyanins 2, wurde eine Kombination verschiedener Techniken angewandt. Lösungsmittelabhängige UV/Vis-Absorptionsstudien in CH2Cl2/MCH Mischungen zeigten die stufenweise Zusammenlagerung der Merocyanin-Monomere (max(M) = 549 nm, CH2Cl2) zuerst durch Dipol-Dipol Wechselwirkungen zu Dimeren (max(D) = 498 nm, CH2Cl2/MCH 15:85) und dann zu größeren -Stapeln (max(H) = 477 nm, MCH) mit ausgeprägter H-Kopplung. 
Die thermodynamische Auswertung dieser Daten leidet allerdings unter der ausgeprägten Solvatochromie, vor allem der Monomer-Spezies (max(M, CH2Cl2) = 549 nm, max(M, MCH) = 596 nm). Daher wurden stattdessen konzentrationsabhängige Studien bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt, um den Aggregationsmechanismus aufzuklären und verlässliche thermodynamische Parameter zu bestimmen. Die Studien bei höheren Temperaturen waren notwendig, um mit den experimentellen Daten einen größeren agg--Bereich abdecken zu können. Aufgrund des ausgeprägten Unterschieds in der thermodynamischen Triebkraft für die Dimerisierung und die Bildung höherer Aggregate (KD/K5 = 6500) gibt es in MCH einen Konzentrationsbereich, in dem fast ausschließlich die dimere Spezies vorhanden ist, bevor eine weitere Zusammenlagerung durch Dispersionswechselwirkungen erfolgt. Dies ermöglichte eine unabhängige Auswertung der Daten für die beiden Aggregationsschritte. Der Zusammenschluss von Dimeren zum höheren Aggregat ließ sich nicht durch das isodesmische Modell beschreiben, sondern durch ein Pentamer-Modell. Diese Größe von etwa zehn -gestapelten PYOP-Chromophoren wurde außerdem durch AFM-, VPO- und DOSY-NMR-Messungen bestätigt. Basierend auf 1D- und 2D-NMR-Daten und dem CD-Signal des höheren Aggregats mit positivem Cotton-Effekt in Kombination mit TD-DFT Rechnungen, wurde ein P-helikaler -Stapel als Struktur angenommen. Die geringe Größe lässt sich durch den anti-kooperativen Aggregationsmechanismus und den sterischen Anspruch der lösungsvermittelnden Trialkoxyphenyl- und der chiralen Tetralin-Substituenten erklären. Die durch diese Substituenten ausgebildete aliphatische Hülle um den polaren Chromophorstapel kann außerdem die ungewöhnlich hohe Löslichkeit der Verbindung 2 in MCH erklären (> 15 mg mL1). Die detaillierte Untersuchung des Selbstorganisationsprozesses ermöglichte die Identifizierung geeigneter Bedingungen für die Untersuchung der Fluoreszenzeigenschaften der einzelnen Aggregatspezies. Für das nahezu nicht emittierende Monomer (Fl(M) = 0.23%) wurde durch zunehmende Rigidisierung im Dimer (Fl(D) = 2.3%) und im höherem Aggregat (Fl(H) = 4.5%) eine durch Aggregation induzierte Emissionssteigerung beobachtet. Die helikale Chiralität des PYOP-Decamer-Stapels führte außerdem zu einem starken CPL Signal mit einem hohen glum-Wert von 0.011.
Das wichtige Fazit dieser Arbeit ist, dass sowohl temperatur- als auch lösungsmittelabhängige Studien valide Alternativen zu den klassischen konzentrationsabhängigen Untersuchungen sind, mit denen thermodynamische Parameter von Selbstorganisations-Gleichgewichten bestimmt werden können. Wobei für ein bestimmtes supramolekulares System eine der Methoden aus verschiedenen Gründen vorteilhafter sein kann als die anderen. Üblicherweise gegebene experimentelle Beschränkungen erfordern oft den kombinierten Einsatz von Techniken, um einen Selbstorganisationsprozess und die Aggregatstrukturen vollständig aufzuklären. Die anti-kooperative Merocyanin-Selbstorganisation, die hier zum ersten Mal für das PYOP-Merocyanin 2 beschrieben wurde, ist keine Ausnahme. Neben dem Interesse an den Merocyanin-Aggregaten aus struktureller und funktioneller Sicht können die aus den vorgestellten Studien gewonnenen Erkenntnisse auch auf andere Selbstassemblierungs-systeme übertragen werden und als Leitfaden für die Suche nach der am besten geeigneten Analysemethode dienen.
KW  - Merocyanine
KW  - Supramolekulare Chemie
KW  - Self-Assembly
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-352111
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Volz, H.
A1  - Shin, J.-H.
A1  - Prinzbach, H.
A1  - Babsch, H.
A1  - Christl, Manfred
T1  - Stability of Tricyclo[4.1.0.0\(^{2,7}\)]heptenyl-Cations
N2  - No abstract available
KW  - Organische Chemie
Y1  - 1978
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-58001
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Turkin, Arthur
A1  - Holzapfel, Marco
A1  - Agarwal, Mohit
A1  - Fischermeier, David
A1  - Mitric, Roland
A1  - Schweins, Ralf
A1  - Gröhns, Franziska
A1  - Lambert, Christoph
T1  - Solvent Induced Helix Folding of Defined Indolenine Squaraine Oligomers
JF  - Chemistry—A European Journal
N2  - A protecting group strategy was employed to synthesise a series of indolenine squaraine dye oligomers up to the nonamer. The longer oligomers show a distinct solvent dependence of the absorption spectra, that is, either a strong blue shift or a strong red shift of the lowest energy bands in the near infrared spectral region. This behaviour is explained by exciton coupling theory as being due to H- or J-type coupling of transition moments. The H-type coupling is a consequence of a helix folding in solvents with a small Hansen dispersity index. DOSY NMR, small angle neutron scattering (SANS), quantum chemical and force field calculations agree upon a helix structure with an unusually large pitch and open voids that are filled with solvent molecules, thereby forming a kind of clathrate. The thermodynamic parameters of the folding process were determined by temperature dependent optical absorption spectra.
KW  - UV/Vis spectroscopy
KW  - dye chemistry
KW  - solvent effects
KW  - superstructure
KW  - supramolecular folding
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-256869
VL  - 27
IS  - 32
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Tshitenge Tshitenge, Dieudonné
A1  - Bruhn, Torsten
A1  - Feineis, Doris
A1  - Mudogo, Virima
A1  - Kaiser, Marcel
A1  - Brun, Reto
A1  - Bringmann, Gerhard
T1  - An unusually broad series of seven cyclombandakamines, bridged dimeric naphthylisoquinoline alkaloids from the Congolese liana Ancistrocladus ealaensis
JF  - Scientific Reports
N2  - A series of seven unusual dimeric naphthylisoquinoline alkaloids was isolated from the leaves of the tropical liana Ancistrocladus ealaensis J. Léonard, named cyclombandakamine A (1), 1-epi-cyclombandakamine A (2), and cyclombandakamines A3–7 (3–7). These alkaloids have a chemically thrilling structural array consisting of a twisted dihydrofuran-cyclohexenone-isochromene system. The 1′″-epimer of 4, cyclombandakamine A1 (8), had previously been discovered in an unidentified Ancistrocladus species related to A. ealaensis. Both lianas produce the potential parent precursor, mbandakamine A (9), but only A. ealaensis synthesizes the corresponding cyclized form, along with a broad series of slightly modified analogs. The challenging isolation required, besides multi-dimensional chromatography, the use of a pentafluorophenyl stationary phase. Featuring up to six stereocenters and two types of chiral axes, their structures were elucidated by means of 1D and 2D NMR, HRESIMS, in combination with oxidative chemical degradation experiments as well as chiroptical (electronic circular dichroism spectroscopy) and quantum chemical calculations. Compared to the ‘open-chain’ parent compound 9, these dimers displayed rather moderate antiplasmodial activities.
KW  - Screening
KW  - Solution-state NMR
KW  - Stereochemistry
KW  - Structure elucidation
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-200759
VL  - 9
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Tshitenge, Dieudonné Tshitenge
A1  - Feineis, Doris
A1  - Mudogo, Virima
A1  - Kaiser, Marcel
A1  - Brun, Reto
A1  - Bringmann, Gerhard
T1  - Antiplasmodial Ealapasamines A-C,'Mixed' Naphthylisoquinoline Dimers from the Central African Liana Ancistrocladus ealaensis
JF  - Scientific Reports
N2  - Three unusual heterodimeric naphthylisoquinoline alkaloids, named ealapasamines A-C (1–3), were isolated from the leaves of the tropical plant Ancistrocladus ealaensis J. Léonard. These ‘mixed’, constitutionally unsymmetric dimers are the first stereochemically fully assigned cross-coupling products of a 5,8′- and a 7,8′-coupled naphthylisoquinoline linked via C-6′ in both naphthalene portions. So far, only two other West and Central Ancistrocladus species were known to produce dimers with a central 6,6″-axis, yet, in contrast to the ealapasamines, usually consisting of two 5,8′-coupled monomers, like e.g., in michellamine B. The new dimers 1–3 contain six elements of chirality, four stereogenic centers and the two outer axes, while the central biaryl axis is configurationally unstable. The elucidation of the complete stereostructures of the ealapasamines was achieved by the interplay of spectroscopic methods including HRESIMS, 1D and 2D NMR (in particular ROESY measurements), in combination with chemical (oxidative degradation) and chiroptical (electronic circular dichroism) investigations. The ealapasamines A-C display high antiplasmodial activities with excellent half-maximum inhibition concentration values in the low nanomolar range.
KW  - structure elucidation
KW  - stereochemistry
KW  - Ancistrocladus ealaensis
KW  - dimers
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-170645
VL  - 7
IS  - 5767
ER  - 
TY  - THES
A1  - Toksabay, Sinem
T1  - Synthesis and on surface self assembly properties of pi extended tribenzotriquinacenes
T1  - Synthese und selbstorganisierende Eigenschaften von pi-erweitertem Tribenzotriquinacenen an der Oberfläche
N2  - Tribenzotriquinacene (TBTQ) is a polycyclic aromatic framework with a particularly rigid, C3v symmetrical, bowl-shaped core bearing three mutually fused indane wings. It has been discussed as a defect center for a nanographene by Kuck and colleagues. Therefore, extended TBTQ structures are promising models for saturated defect structures in graphene and graphene like molecules and could be used to investigate the role of defects for the electronic properties of graphene. With this motivation, three different pi-extended TBTQ derivatives have been synthesized in this work. Several different Scholl reaction conditions were tried to obtain fully annulated product of hexaphenyl substituted TBTQ. The desired benzannulated TBTQ derivative could not be obtained due to unfavourable electron density in the respective positions of the molecule and increased reactivity of the bay position of the precursor. As an another method for benzannulation is the on-surface synthesis of graphene flakes and can be carried out using electron beams e.g. in a tunneling microscope (STM). According to our previous research, the parent system TBTQ and centro-methyl TBTQ on silver and gold surfaces showed that the gas phase deposition of these molecules gives rise to the formation of highly ordered two-dimensional assemblies with unique structural features. This shows the feasibility for the formation of defective graphene networks starting from the parent structures. Therefore, the same deposition technique was used to deposit Me-TBTQ(OAc)3Ph6, and investigate the molecular self-assembly properties directly on the surface of Cu (111). In summary, the substrate temperature dependent self-assembly of Me-TBTQ(OAc)3Ph6 molecules on Cu(111), shows the following evolution of orientations. At room temperature, molecules form dimers, which construct a higher-coverage honeycomb lattice. Furthermore, one of the acetyl group located in the bay positions of the TBTQ core is cleaved and the remaining two induce the metal-molecule interaction. It was presumed that by increasing the temperature to 393 K, the remaining acetyl and methyl groups would beeliminated from the molecular structure.In addition, the smaller TBTQ-Ph6 molecules preferably lie flat on Cu(111) crystal and allowing the molecules to settle into a C3-symmetry and form a dense hexagonal structure.
N2  - Tribenzotriquinacen (TBTQ) ist eine polyzyklische aromatische Verbindung mit einem besonders starren, C3v-symmetrischen, schalenförmigen Kern, der drei anellierte Indan-Flügel trägt. Es wurde von Kuck und Kollegen als Defektzentrum für Nanographen untersucht. Daher sind erweiterte TBTQ-Strukturen vielversprechende Modelle für gesättigte Defektstrukturen in Graphen und graphenähnlichen Molekülen, die dazu verwendet werden können, um die Rolle Defekten auf die Ausprägung der elektronischen Eigenschaften von Graphen zu untersuchen. Mit dieser Motivation wurden in dieser Arbeit drei verschiedene TBTQ-Derivate mit erweitertem -System synthetisiert. Um im Anschluss eine vollständige Annellierung und damit Konjugation des p-Systems zu erreichen, wurden verschiedene Scholl-Reaktionen getestet, um das dreifach anellierte Produkt aus hexaphenylsubstituiertem TBTQ zu erhalten. Das gewünschte benzannulierte TBTQ-Derivat konnte aufgrund der relativ geringen Elektronendichte an den Annellierungspositionen und der erhöhten Reaktivität der Bay-Positionen des Moleküls nicht erhalten werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Annellierung von Nanographenen besteht in der On-Surface-Synthese. Diese kann mit Elektronenstrahlen z.B. in einem Rastertunnelmikroskop (STM) durchgeführt werden. Nach unseren früheren Untersuchungen, hochauflösende STM-Experimente mit dem Stammsystem TBTQ und centro-methyl TBTQ auf Silber- und Goldoberflächen, dass die Gasphasenabscheidung dieser Moleküle zur Bildung hochgeordneter zweidimensionaler Assemblierte mit einzigartigen strukturellen Eigenschaften führt. Dies zeigt die Möglichkeit zur Bildung von defekthaltigen Graphen-Netzwerken ausgehend von den Stammsystemen. Daher wurde hier die gleiche Abscheidungstechnik verwendet, um für Me-TBTQ(OAc)3Ph6  die molekulare Selbstanordnung auf der Oberfläche von Cu(111) untersuchen.
Zusammenfassend zeigt die Selbstorganisation von Me-TBTQ(OAc)3Ph6 auf Cu(111) eine ausgeprägte Temperaturabhängigkeit. Die Moleküle bilden bei 363 K ein höheres Wabengitter aus. Außerdem wird eine der Acetylgruppen, die sich in den Bay-Positionen des TBTQ-Kerns befinden, abgespalten und die verbleibenden Gruppen wechselwirken mit der Metalloberfläche. Daher stehen sich die Molekülschalen als einander zugewandte Halbkugeln gegenüber. Es wird vermutet, dass durch die Erhöhung der Temperatur auf 393 K die verbleibenden Acetyl- und Methylgruppen aus der Molekülstruktur eliminiert werden. Außerdem liegen die kleineren TBTQ-Ph6-Moleküle bevorzugt flach auf dem Cu (111) -Kristall, so dass sich die Moleküle in der C3-Symmetrie anordnen und eine dichte hexagonale Struktur bilden
KW  - Triquinacenderivate
KW  - Aromatisch anellierte Triquinacene
KW  - Aromatically annulated triquinacenes
KW  - Chemische Synthese
KW  - gekrümmte Kohlenwasserstoffe
KW  - curved hydrocarbons
KW  - triquinacene derivatives
KW  - on surface self-assembly
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-245734
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sánchez Naya, Roberto
T1  - Synthesis and Characterization of Dye-Containing Covalent Organic Frameworks
T1  - Synthese und Charakterisierung von farbstoffhaltigen kovalenten organischen Netzwerken
N2  - The present thesis adress the synthesis and characterization of novel COFs that contain dye molecules as integral components of the organic backbone. These chromophore-containing frameworks open new research lines in the field and call for the exploration of applications such as catalysis, sensing, or in optoelectronic devices. Initially, the fabrication of organic-inorganic composites by the growth of DPP TAPP COF around functionalized iron oxide nanoparticles is reported. By varying the ratio between inorganic nanoparticles and organic COFs, optoelectronic properties of the materials are adjusted. The document also reports the synthesis of a novel boron dipyrromethene-containing (BODIPY) COF. Synthesis, full characterization and the scope of potential applications with a focus on environmental remediation are discussed in detail. Last, a novel diketopyrrolopyrrole-containing (DPP) DPP-Py-COF based on the combination of DDP and pyrene building blocks is presented. The very low bandgap of these materials and initial investigations on the photosensitizing properties are discussed.
N2  - Die Forschung an modernen porösen Materialien hat die Entwicklung von COFs als robuste,
leichtgewichtige, hochgeordnete und vielseitig einsetzbare organische Materialien
vorangetrieben. Der Einsatz von DCC ist entscheidend für den Aufbau hochkristalliner
Netzwerke, die in der Lage sind, strukturelle Defekte selbst zu heilen (Kapitel 2.2). Für die
einfache Bildung wohldefinierter Kristallite wurden verschiedene synthetische Strategien
entwickelt (Kapitel 2.3). Darüber hinaus ist ein detailliertes Verständnis über die
verschiedenen Reaktionen, die für die kovalente Verknüpfung organischer Bausteine eingesetzt
werden (Kapitel 2.4), und der verschiedenen Topologien, die sich nach der Vernetzung ergeben
(Kapitel 2.5), von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung einer breiten Auswahl von
Materialien für gezielte Anwendungen. ...
KW  - Organische Chemie
KW  - Porosität
KW  - Covalent Organic Framework
KW  - Reticular Chemistry
KW  - Dye
KW  - Porous Materials
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-288996
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Syamala, Pradeep P. N.
A1  - Würthner, Frank
T1  - Modulation of the Self‐Assembly of π‐Amphiphiles in Water from Enthalpy‐ to Entropy‐Driven by Enwrapping Substituents
JF  - Chemistry – A European Journal
N2  - Depending on the connectivity of solubilizing oligoethylene glycol (OEG) side chains to the π‐cores of amphiphilic naphthalene and perylene bisimide dyes, self‐assembly in water occurs either upon heating or cooling. Herein, we show that this effect originates from differences in the enwrapping capability of the π‐cores by the OEG chains. Rylene bisimides bearing phenyl substituents with three OEG chains attached directly to the hydrophobic π‐cores are strongly sequestered by the OEG chains. These molecules self‐assemble at elevated temperatures in an entropy‐driven process according to temperature‐ and concentration‐dependent UV/Vis spectroscopy and calorimetric dilution studies. In contrast, for rylene bisimides in which phenyl substituents with three OEG chains are attached via a methylene spacer, leading to much weaker sequestration, self‐assembly originates upon cooling in an enthalpy‐driven process. Our explanation for this controversial behavior is that the aggregation in the latter case is dictated by the release of “high energy water” from the hydrophobic π‐surfaces as well as dispersion interactions between the π‐scaffolds which drive the self‐assembly in an enthalpically driven process. In contrast, for the former case we suggest that in addition to the conventional explanation of a dehydration of hydrogen‐bonded water molecules from OEG units it is in particular the increase in conformational entropy of back‐folded OEG side chains upon aggregation that provides the pronounced gain in entropy that drives the aggregation process. Thus, our studies revealed that a subtle change in the attachment of solubilizing substituents can switch the thermodynamic signature for the self‐assembly of amphiphilic dyes in water from enthalpy‐ to entropy‐driven.
KW  - amphiphilic dyes
KW  - self-assembly
KW  - thermodynamics
KW  - OEG chains
KW  - π-conjugated systems
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-218107
VL  - 26
IS  - 38
SP  - 8426
EP  - 8434
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Suter, H. U.
A1  - Pleß, V.
A1  - Ernzerhof, M.
A1  - Engels, Bernd
T1  - Difficulties in the Calculation of Electron Spin Resonance Parameters using Density Functional Methods
N2  - Density functional theory is applied to the calculation ofthe isotropic byperfine coupJing constants in some small molecules. Various functionals are tested. The agreement of the calculated values to experimental data and values obtained from sophisticated ab initio methods depends on the functionals used and the system under consideration. With respect to spin density calculations the functional of Lee, Yang and Parr with Becke's excbange functional (BLYP) is found to give good results for tbe heavier center of the CH and the NH molecule, while the spin densities of other molecules such as OH, H\(_2\)CN, H\(_2\)CO\(^+\), NO and O\(_2\) deviate considerably from experimental and/or other theoretical results (30%-60%). In cases where the singly occupied orbital can contribute to the isotropic hyperfine coupling constants, accurate results are obtained. The reason fortbis is analyzed.
KW  - Organische Chemie
Y1  - 1994
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-59113
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Suter, H. U.
A1  - Huang, M.-B.
A1  - Engels, Bernd
T1  - A Multireference Configuration Interaction Study of the Hyperfine Structure of the Molecules CCO, CNN and NCN in their triplet ground states
N2  - The hyperfine structures of the isoelectronic molecules CCO. CNN, and NCN in their triplet ground states (X\(^3 \sum ^-\)) are investigated by means of ab initio methods. The infrared frequencies and geometries are detennined and compared with experiment. Configuration selected multireference configuration interaction calculations in combination with perturbation theory to correct the wave function (MRD-CI/B\(_K\)) employing extended atomic orbital (AO) basis sets yielded very accurate hyperfine properties. The theoretical values for CCO are in excellent agreement with the experimental values determined by Smith and Weltner [J. Chem. Phys. 62,4592 (1975)]. For CNN, the first assignment of Smith and Weltner for the two nitrogen atoms has to be changed. A qualitative discussion of the electronic structure discloses no simple relation between the structure of the singly occupied orbitals and the measured hyperfine coupling constants. Vibrational effects were found to be of little importance.
KW  - Organische Chemie
Y1  - 1994
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-59108
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Suter, H. U.
A1  - Engels, Bernd
T1  - Theoretical investigation of ESR parameters: H\(_2\)CN and H\(_2\)CO\(^+\)
N2  - The hyperfine structure of the two isoelectronic molecules H\(_2\)CN and H\(_2\)CO\(^+\) in their electronic ground state (X\(^2\)B\(_2\)) is studied. The influence of the atomic orbital (AO), basis sets, of the correlation treatment, and of the. equilibrium geometry on the obtained hyperfine propertles 1s - investigated. It is found that the multireference double excitation-configuration interaction (MRD-CI)/ BK treatment in which an MRD-CI wave function is corrected by a modified B\(_K\) method yields equivalent results to quadratic CI [QCISD(T)], coupled cluster single doubles [CCSD(T)), or Brueckner doubled [BD(T)]. Uncertainties in the equilibrium geometries are found to be the major source for discrepancies between theoretically and experimentally determined isotropic hyperfine coupling constants (hfccs). For the heavier centers, the calculated values of the isotropic hfccs agrees nearly perfectly with experimental values (\(\approx\) 1%-2%). The calculated values for the hydrogens are too low, but using the equilibrium structure suggested by Yamamoto and Sato [J. Chem. Phys. 96, 4157 ( 1992)], the best estimate deviates by less than 3%.
KW  - Organische Chemie
Y1  - 1994
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-59029
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sung, Jooyoung
A1  - Kim, Pyosang
A1  - Fimmel, Benjamin
A1  - Würthner, Frank
A1  - Kim, Dongho
T1  - Direct observation of ultrafast coherent exciton dynamics in helical π-stacks of self-assembled perylene bisimides
JF  - Nature Communications
N2  - Ever since the discovery of dye self-assemblies in nature, there have been tremendous efforts to exploit biomimetic supramolecular assemblies for tailored artificial photon processing materials. This feature necessarily has resulted in an increasing demand for understanding exciton dynamics in the dye self-assemblies. In a sharp contrast with pi-type aggregates, however, the detailed observation of exciton dynamics in H-type aggregates has remained challenging. In this study, as we succeed in measuring transient fluorescence from Frenkel state of π-stacked perylene tetracarboxylic acid bisimide dimer and oligomer aggregates, we present an experimental demonstration on Frenkel exciton dynamics of archetypal columnar π-π stacks of dyes. The analysis of the vibronic peak ratio of the transient fluorescence spectra reveals that unlike the simple π-stacked dimer, the photoexcitation energy in the columnar π-stacked oligomer aggregates is initially delocalized over at least three molecular units and moves coherently along the chain in tens of femtoseconds, preceding excimer formation process.
KW  - systems
KW  - molecules
KW  - J-aggregate behavior
KW  - absorption
KW  - spectroscopy
KW  - photoluminescence
KW  - diffusion
KW  - fluorescence
KW  - excimer formation
KW  - organic semiconductors
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-148157
VL  - 6
IS  - 8646
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Sun, Meng‐Jia
A1  - Anhalt, Olga
A1  - Sárosi, Menyhárt B.
A1  - Stolte, Matthias
A1  - Würthner, Frank
T1  - Activating Organic Phosphorescence via Heavy Metal–π Interaction Induced Intersystem Crossing
JF  - Advanced Materials
N2  - Heavy‐atom‐containing clusters, nanocrystals, and other semiconductors can sensitize the triplet states of their surface‐bonded chromophores, but the energy loss, such as nonradiative deactivation, often prevents the synergistic light emission in their solid‐state coassemblies. Cocrystallization allows new combinations of molecules with complementary properties for achieving functionalities not available in single components. Here, the cocrystal formation that employs platinum(II) acetylacetonate (Pt(acac)\(_{2}\)) as a triplet sensitizer and electron‐deficient 1,4,5,8‐naphthalene diimides (NDIs) as organic phosphors is reported. The hybrid cocrystals exhibit room‐temperature phosphorescence confined in the low‐lying, long‐lived triplet state of NDIs with photoluminescence (PL) quantum yield (Φ\(_{PL}\)) exceeding 25% and a phosphorescence lifetime (τ\(_{Ph}\)) of 156 µs. This remarkable PL property benefits from the noncovalent electronic and spin–orbital coupling between the constituents.
KW  - cocrystallization
KW  - naphthalene diimide
KW  - phosphorescence
KW  - platinum complexes
KW  - triplet sensitization
Y1  - 2022
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-312248
VL  - 34
IS  - 51
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Suliman, Salwa
A1  - Sun, Yang
A1  - Pedersen, Torbjorn O.
A1  - Xue, Ying
A1  - Nickel, Joachim
A1  - Waag, Thilo
A1  - Finne-Wistrand, Anna
A1  - Steinmüller-Nethl, Doris
A1  - Krueger, Anke
A1  - Costea, Daniela E.
A1  - Mustafa, Kamal
T1  - In vivo host response and degradation of copolymer scaffolds functionalized with nanodiamonds and bone morphogenetic protein 2
JF  - Advanced Healthcare Materials
N2  - The aim is to evaluate the effect of modifying poly[(L-lactide)-co-(epsilon-caprolactone)] scaffolds (PLCL) with nanodiamonds (nDP) or with nDP+physisorbed BMP-2 (nDP+BMP-2) on in vivo host tissue response and degradation. The scaffolds are implanted subcutaneously in Balb/c mice and retrieved after 1, 8, and 27 weeks. Molecular weight analysis shows that modified scaffolds degrade faster than the unmodified. Gene analysis at week 1 shows highest expression of proinflammatory markers around nDP scaffolds; although the presence of inflammatory cells and foreign body giant cells is more prominent around the PLCL. Tissue regeneration markers are highly expressed in the nDP+BMP-2 scaffolds at week 8. A fibrous capsule is detectable by week 8, thinnest around nDP scaffolds and at week 27 thickest around PLCL scaffolds. mRNA levels of ALP, COL1 alpha 2, and ANGPT1 are signifi cantly upregulating in the nDP+BMP-2 scaffolds at week 1 with ectopic bone seen at week 8. Even when almost 90% of the scaffold is degraded at week 27, nDP are observable at implantation areas without adverse effects. In conclusion, modifying PLCL scaffolds with nDP does not aggravate the host response and physisorbed BMP-2 delivery attenuates infl ammation while lowering the dose of BMP-2 to a relatively safe and economical level.
KW  - inflammatory response
KW  - biocompatibility
KW  - BMP-2 delivery
KW  - inflammation
KW  - tissue engineering
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-189764
VL  - 5
IS  - 6
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Suliman, Salwa
A1  - Mustafa, Kamal
A1  - Krueger, Anke
A1  - Steinmüller-Nethl, Doris
A1  - Finne-Wistrand, Anna
A1  - Osdal, Tereza
A1  - Hamza, Amani O.
A1  - Sun, Yang
A1  - Parajuli, Himalaya
A1  - Waag, Thilo
A1  - Nickel, Joachim
A1  - Johannessen, Anne Christine
A1  - McCormack, Emmet
A1  - Costea, Daniela Elena
T1  - Nanodiamond modified copolymer scaffolds affects tumour progression of early neoplastic oral keratinocytes
JF  - Biomaterials
N2  - This study aimed to evaluate the tumorigenic potential of functionalising poly(LLA-co-CL) scaffolds. The copolymer scaffolds were functionalised with nanodiamonds (nDP) or with nDP and physisorbed BMP-2 (nDP-PHY) to enhance osteoinductivity. Culturing early neoplastic dysplastic keratinocytes (DOK\(^{Luc}\)) on nDP modified scaffolds reduced significantly their subsequent sphere formation ability and decreased significantly the cells' proliferation in the supra-basal layers of in vitro 3D oral neoplastic mucosa (3D-OT) when compared to DOK\(^{Luc}\) previously cultured on nDP-PHY scaffolds. Using an in vivo non-invasive environmentally-induced oral carcinogenesis model, nDP scaffolds were observed to reduce bioluminescence intensity of tumours formed by DOK\(^{Luc}\) + carcinoma associated fibroblasts (CAF). nDP modification was also found to promote differentiation of DOK\(^{Luc}\) both in vitro in 3D-OT and in vivo in xenografts formed by DOKLuc alone. The nDP-PHY scaffold had the highest number of invasive tumours formed by DOK\(^{Luc}\) + CAF outside the scaffold area compared to the nDP and control scaffolds. In conclusion, in vitro and in vivo results presented here demonstrate that nDP modified copolymer scaffolds are able to decrease the tumorigenic potential of DOK\(^{Luc}\), while confirming concerns for the therapeutic use of BMP-2 for reconstruction of bone defects in oral cancer patients due to its tumour promoting capabilities.
KW  - Bone morphogenetic protein-2
KW  - Sinus floor augmentation
KW  - Marrow stromal cells
KW  - Growth; BMP-2
KW  - Tumorigenicity
KW  - Biodegradable polymer scaffolds
KW  - Mandibular continuity defects
KW  - Squamous-cell carcinoma
KW  - In-vitro
KW  - Mesenchymal transition
KW  - BMP-2
KW  - Bone tissue engineering
KW  - Biocompatibility
KW  - Microenvironment
KW  - Oral squamous cell carcinoma
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-188287
VL  - 95
ER  - 
TY  - THES
A1  - Sturm, Christian
T1  - Theoretical Investigation of the Geometrical Arrangements of alpha-alanyl-peptide Nucleic Acid Hexamer Dimers and the Underlying Interstrand Binding Motifs
T1  - Theoretische Untersuchungen der geometrischen Anordnung der alpha-Alanyl-Peptid-Nukleinsäure-Hexamer-Dimere und deren Interstrang-Bindungsmotive
N2  - Die Funktionalitäten der DNA oder RNA werden hauptsächlich durch die verschiedenen Wechselwirkungen der paarenden Nucleinbasen bestimmt. Um die komplexen Zusammenhänge dieser verschiedenen Wechselwirkungen zu verstehen, werden Modellsysteme benötigt, die weniger Restriktionen durch das Rückgrat besitzen. Ein Beispiel für solche Systeme sind Peptidnucleinsäuren (PNA), in denen das Zuckerphosphatrückgrat der DNA oder RNA durch ein Peptidrückgrat ersetzt wird. Diederichsen et al. gelang es, eine große Anzahl solcher Systeme mit einen alpha-Alanyl-Rückgrat zu synthetisieren, an das kanonische und nicht-kanonische Nucleinsäuren gebunden sind. Diese Systeme aggregieren in verschiedenen Bindungsmotiven, die nicht in der DNA oder RNA auftauchen. Diese ungewöhnlichen Paarungsmotive könnten einen tiefen Einblick in das Zusammenspiel der Wechselwirkungen der Nucleinbasen geben, aber die geringen Löslichkeit der alpha-Alanyl-PNA Oligomere verhinderte eine experimentelle Charakterisierung der geometrischen Anordnung durch Röntgenstruktur- oder NMR-Experimente. Lediglich die absolute Stabilität der verschiedenen Aggregate konnte durch Messungen der Schmelztemperatur mit Hilfe der UV-Spektroskopie bestimmt werden. Da die Kenntnis der geometrischen Strukturen sowie der ausgebildeten Bindungsmotive wichtig ist, um einen Einblick in das Zusammenspiel der einzelnen Wechselwirkungen zu erlangen, besteht das Ziel der vorliegenden Arbeit darin, solche Informationen mit der Hilfe von theoretischen Methoden zu erlangen. Zusätzlich sind Effekte von Interesse, aus denen sich Trends bezüglich der Stabilität bestimmen lassen. Solche Untersuchungen sind einfacher zu realisieren als die Berechnung der absoluten Stabilitäten, da viele Beiträge zur absoluten Energie für ähnliche Systeme (entropische und dynamische Effekte) in etwa gleich groß sind. Somit sind diese entropischen und dynamischen Effekte für das Ziel dieser Arbeit weniger wichtig. Zur Untersuchung der Bindungseigenschaften und der Stabilitäten von alpha-Alanyl-PNA Oligomeren war es notwendig, bis dato nicht parametrisierte Nucleinbasen in den Parametersatz des Amber4.1 Kraftfelds zu integrieren. Die fehlenden Ladungen wurden durch Berechungen mit dem R.E.D-Programm-Paket ermittelt. Das Programm bestimmt aus dem elektrostatischen Potential einer optimierten Struktur die atomzentrierten Ladungen. Die fehlenden Bindungsparameter wurden der Literatur entnommen. Die Untersuchungen der einzelnen Dimere begannen jeweils mit der Konstruktion der alpha-Alanyl-PNAs für alle möglichen Paarungsmodi. Es konnte gezeigt werden, dass bestimmte Paarungsmodi aufgrund der geometrischen Gegebenheiten der Dimere und des Rückgrats nicht realisierbar waren. Für andere Dimere war ein Aufbau der alpha-Alanyl-PNA-Dimere zwar möglich, jedoch zerfielen die Dimere wieder während einer ersten Geometrieoptimierung aufgrund der hohen Spannung im Rückgrat. Die stabilen Systeme wurden zunächst in verschiedenen Molekulardynamik-(MD)-Läufen simuliert. Informationen über die Geometrie bei T=0 K wurden durch Geometrieoptimierungen erhalten, die an verschieden Punkten der MD Läufe gestartet wurden. Die resultierenden Geometrien aus den verschiedenen Anfangspunkten waren identisch. Für die geometrieoptimierten Strukturen wurden für das T=0 K Modell die Wechselwirkungsenergien zwischen den Nucleinbasen und der Einfluss der Rückgrats auf die Stabilität der Dimer in zwei separaten Schritten bestimmt. Im ersten Schritt wurde das Rückgrat entfernt und die Schnittstellen mit Methylgruppen abgesättigt. Die Wechselwirkungsenergie zwischen den Nucleinbasen wurde durch die Differenz der Energien des gesamten Systems und der Summe der Energien der einzelnen Nucleinbasen in der Geometrie des Dimers bestimmt. Aufgrund der durchgeführten Untersuchungen und die sich daraus ergebenen Korrelation der berechneten Stabilisierungsenergien mit der Schmelztemperatur konnte gezeigt werden, dass mit der vorgeschlagenen Methode eine verlässliche Beschreibung der PNA Systeme möglich ist. Für eine weitere Verbesserung des vorgestellten Modells bedarf es zusätzliche Röntgenstruktur- oder NMR-Experimente, die zur Strukturaufklärung der alpha-Alanyl-PNA Dimere entscheidend beitragen. Weitere detaillierte Daten über die Enthalpiebeiträge zur absoluten Energie der verschiedenen Komplexe wären sehr hilfreich, um die vorgestellte Methode zu bestätigen und zu verbessern. Diese Informationen könnten zum einen durch die Auswertung der Form der Schmelzkurve sowie durch Mikrokalorimetrie erhalten werden. Für den Fall, dass die Vorhersagen durch die experimentellen Befunde bestätigt würden, könnte der Ansatz auf verwandte Systeme wie zum Beispiel beta-Alanyl-PNA, DNA oder RNA angewandt werden. Durch diese weiteren Informationen könnte unser Ansatz zusätzlich durch die Berücksichtigung von dynamischen und/oder entropischen Effekte erweitert werden.
N2  - The functionalities of DNA and RNA are mainly determined by the various interactions between the pairing nucleobases. To understand the complex interplay of the various interactions model systems are needed in which the interstrand pairing is less restricted by the backbone. Such systems are peptide nucleo acids (PNA) in which the sugar phosphate backbone of DNA or RNA is replaced by a peptide backbone. Diederichsen et al. were able to synthesize a large number of systems with an alpha-alanyl backbone to which canonical and non-canonical nucleobases were attached (alpha-alanyl-PNA). These systems formed aggregates with various binding motifs which do not appear in DNA or RNA. Especially the unusual binding motifs would allow a deep insight into the complex interplay of the interactions between nucleobases but the small solubility of alpha-alanyl PNA oligomers hampers the experimental determination of the geometrical arrangement by X-Ray or NMR. Only the overall stability of the various aggregates could be determined by measurements of melting temperatures via UV spectroscopy. Since a detailed knowledge about the geometrical structure and bonding motifs are necessary to obtain insight into the interplay of the various interactions it is the goal of the present work to achieve such information with the help of theoretical approaches. Additionally we are interested in the effects which govern the trends in the stabilities of the systems. This task should be simpler than an investigation of the absolute stabilities since many contributions (e.g. entropic and dynamic effects) can be expected to be similar for similar systems. Consequently, such effects are less important for our goal. For the investigation of all experimentally tested alpha-alanyl-PNA oligomers it was essential to parameterize the noncanonical nucleobases since they were not implemented in the standard version of the Amber4.1 force field. This was achieved by adding the missing parameters to the Amber Force Field. The charges of each nucleobase were determined by the R.E.D program package. The investigation started with the construction of all possible pairing modes for alpha-alanyl-PNA dimer. It could be observed that certain pairing modes were not realizable due to the geometrical arrangement of the dimer and the restriction of the backbone. For other pairing modes a construction was possible, but due to the geometrical restrictions of the backbone the strain in the system is so high that they fall apart during a first geometry optimization. Stable systems were then simulated by various molecular dynamics (MD)-runs. Information about their geometrical arrangements for T=0 K were obtained from geometry optimizations which were started from various points of the MD-run. The resulting geometries were found to be virtually identical. Information about the interactions within a dimer at T=0 K were obtained from a two step procedure in which the effects connected with the nucleobases and the influence of the backbone are determined separately. It was performed for the optimized geometries. In a first step the backbone was removed and the resulting dangling bonds were saturated by methyl groups. The total interaction energy between the nucleobases can now be estimated by the difference between the energy of the complete system and the sum of the energies of the single nucleobases computed at the geometries they take in the whole system. According to the carried out investigation and the resulting correlation of the melting temperature with the calculated stabilization energies the presented method seems to represent a reliable tool for the description of the PNA systems. Despite this success additional experimental verifications of our method are necessary to ensure its applicability. Such verifications could be based on geometrical information obtained via X-Ray or NMR investigations. More detailed data about entropic an enthalpic contribution to the stability of the various complexes would also be very helpful to verify and improve our approach. Such information could be either obtained from a careful analysis of shape of the melting temperature curve or from microcalorimetric investigations. If such tests confirm our predictions the approach could be extended and applied to neighboring fields as for examples beta-alanyl-PNA, DNA or RNA systems with unusual nucleobases. Such information is also necessary to extend our approach in a way that dynamic and/or entropic effects are also taken into account.
KW  - Peptid-Nucleinsäuren
KW  - Räumliche Anordnung
KW  - Wasserstoffbrückenbindung
KW  - PNA
KW  - Wasserstoffbrückenbindung
KW  - Stacking
KW  - Nukleinsäure
KW  - Kraftfeld
KW  - PNA
KW  - Hydrogen bond
KW  - Stacking
KW  - nucleic acid
KW  - force field
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-20363
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Stolte, Matthias
A1  - Hecht, Reinhard
A1  - Xie, Zengqi
A1  - Liu, Linlin
A1  - Kaufmann, Christina
A1  - Kudzus, Astrid
A1  - Schmidt, David
A1  - Würthner, Frank
T1  - Crystal Engineering of 1D Exciton Systems Composed of Single‐ and Double‐Stranded Perylene Bisimide J‐Aggregates
JF  - Advanced Optical Materials
N2  - Single crystals of three at bay area tetraphenoxy‐substituted perylene bisimide dyes are grown by vacuum sublimation. X‐ray analysis reveals the self‐assembly of these highly twisted perylene bisimides (PBIs) in the solid state via imide–imide hydrogen bonding into hydrogen‐bonded PBI chains. The crystallographic insights disclose that the conformation and sterical congestion imparted by the phenoxy substituents can be controlled by ortho‐substituents. Accordingly, whilst sterically less demanding methyl and isopropyl substituents afford double‐stranded PBI chains of complementary P and M atropo‐enantiomers, single hydrogen‐bonded chains of homochiral PBIs are observed for the sterically more demanding ortho‐phenyl substituents. Investigation of the absorption and fluorescence properties of microcrystals and thin films of these PBIs allow for an unambiguous interpretation of these exciton systems. Thus, the J‐aggregates of the double‐stranded crystals exhibit a much larger (negative) exciton coupling than the single‐stranded one, which in contrast has the higher solid‐state fluorescence quantum yield.
KW  - fluorescence
KW  - J‐aggregates
KW  - perylene bisimides
KW  - reabsorption
KW  - single crystal structure
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-218221
VL  - 8
IS  - 18
ER  - 
TY  - THES
A1  - Stiller, Carina
T1  - Synthesis and applications of modified nucleosides and RNA nucleotides
T1  - Synthese und Anwendungen von modifizierten Nukleosiden und RNA-Nukleotiden
N2  - As central components of life, DNA and RNA encode the genetic information. However, RNA performs several functions that exceed the competences stated in the ‘central dogma of life‘. RNAs undergo extensive post-transcriptional processing like chemical modifications. Among all classes of RNA, tRNAs are the most extensively modified. Their modifications are chemically diverse and vary from simple methylations (e.g. m3C, m6A) to more complex residues, like isopentenyl group (e.g. i6A, hypermodifications: e.g. ms2i6A) or even amino acids (e.g. t6A). Depending on their location within the overall structure, modifications can have an impact on tRNA stability and structure, as well as affinity for the ribosome and translation efficiency and fidelity. Given the importance of  tRNA modifications new tools are needed for their detection and to study their recognition by proteins and enzymatic transformations.
The chemical synthesis of these naturally occurring tRNA modifications as phosphoramidite building blocks is a prerequisite to incorporate the desired modification via solid-phase synthesis into oligonucleotides. With the help of the m3C, (ms2)i6A, and t6A oligonucleotides, the importance and impact of tRNA modifications was investigated in this thesis. To this end, the role of METTL8 as the methyltransferase responsible for the installation of the methyl group at C32 for mt-tRNAThr and mt-tRNASer(UCN) was resolved. Thereby, the respective adenosine modification on position 37 is essential for the effectiveness of the enzyme. Besides, by means of NMR analysis, CD spectroscopy, thermal denaturation experiments, and native page separation, the impact of m3C32 on the structure of the tRNA ASLs was shown. The modification appeared to fine-tune the tRNA structure to optimize mitochondrial translation. To investigate the regulation of the dynamic modification pathway of m3C, demethylation assays were performed with the modified tRNA-ASLs and the (α-KG)- and Fe(II)-dependent dioxygenase ALKBH1 and ALKHB3. A demethylation activity of ALKBH3 on the mt-tRNAs was observed, even though it has so far only been described as a cytoplasmic enzyme. Whether this is physiologically relevant and ALKBH3 present a mitochondrial localization needs further validation. In addition, ALKBH1 was confirmed to not be able to demethylate m3C on mt-tRNAs, but indications for a deprenylation and exonuclease activity were found. Furthermore, the aforementioned naturally occurring modifications were utilized to find analytical tools that can determine the modification levels by DNAzymes, which cleave RNA in the presence of a specific modification. Selective DNA enzymes for i6A, as well as the three cytidine isomers m3C, m4C, and m5C have been identified and characterized. 
Besides the naturally occurring tRNA modifications, the investigation on artificially modified nucleosides is also part of this thesis. Nucleosides with specific properties for desired applications can be created by modifying the scaffold of native nucleosides.
During the pandemic, the potential of antiviral nucleoside analogues was highlighted for the treatment of the SARS-CoV-2 infection. For examinations of the potential drug-candidate Molnupiravir, the N4-hydroxycytidine phosphoramidite building block was synthesized and incorporated into several RNA oligonucleotides. A two-step model for the NHC-induced mutagenesis of SARS-CoV-2 was proposed based on RNA elongation, thermal denaturation, and cryo-EM experiments using the modified RNA strands with the recombinant SARS-CoV-2 RNA-dependent RNA polymerase. Two tautomeric forms of NHC enable base pairing with guanosine in the amino and with adenosine in the imino form, leading to error catastrophe after the incorporation into viral RNA. These findings were further corroborated by thermal melting curve analysis and NMR spectroscopy of the NHC-containing Dickerson Drew sequence. In conclusion, the anti-amino form in the NHC-G base pair was assigned by NMR analysis using a 15N-labeld NHC building block incorporated into the Dickerson Drew sequence. 
This thesis also addressed the synthesis of a 7-deazaguanosine crosslinker with a masked aldehyde as a diol linker for investigations of DNA-protein interactions. The diol functional group can be unmasked to release the reactive aldehyde, which can specifically form a covalent bond with amino acids Lys or Arg within the protein complex condensin. The incorporation of the synthesized phosphoramidite and triphosphate building blocks were shown and the functionality of the PCR product containing the crosslinker was demonstrated by oxidation and the formation of a covalent bond with a fluorescein label. 
The development of assays that detect changes in this methylation pattern of m6A could provide new insights into important biological processes. In the last project of this thesis, the influence of RNA methylation states on the structural properties of RNA was analyzed and a fluorescent nucleoside analog (8-vinyladenosine) as molecular tools for such assays was developed. Initial experiments with the fluorescent nucleoside analog N6-methyl-8-vinyladenosine (m6v8A) were performed and revealed a strong fluorescence enhancement of the free m6v8A nucleoside by the installation of the vinyl moiety at position 8.
Overall, this thesis contributes to various research topics regarding the application of naturally occurring and artificial nucleoside analogues. Starting with the chemical synthesis of RNA and DNA modifications, this thesis has unveiled several open questions regarding the dynamic (de-)methylation pathway of m3C and the mechanism of action of molnupiravir through in-depth analysis and provided the basis for further investigations of the protein complex condensin, and a new fluorescent nucleoside analog m6v8A.
N2  - Als zentrale Bestandteile des Lebens kodieren DNA und RNA die genetische Information. Die RNA erfüllt jedoch noch mehr Funktionen, die über die im 'zentralen Dogma des Lebens' ge-nannten Kompetenzen hinausreichen. RNA Stränge werden posttranskriptionell verändert, wie zum Beispiel durch chemische Modifikationen. tRNAs sind unter allen RNA-Klassen am umfangreichsten und chemisch vielfältigsten modifiziert. Ihre Modifikationen reichen von ein-fachen Methylierungen (z. B. m3C oder m6A) bis hin zu komplexeren Resten, wie einer Iso-pentenyl-Gruppe (i6A, Hypermodifikation: z. B. ms2i6A) oder sogar Aminosäuren (t6A). Ab-hängig von ihrer Position innerhalb der tRNA können Modifikationen Einfluss auf die tRNA Stabilität und Struktur, sowie die Affinität zu den Ribosomen und die Translationseffizienz und Genauigkeit, haben. Angesichts dieser Bedeutung von tRNA-Modifikationen werden zum einen Nachweisemethoden zur Detektion von Modifikationen, als auch Werkzeuge zur Unter-suchung der Erkennungsmechanismen spezifischer Proteine und deren enzymatischer Funk-tionalisierung benötigt. 
Dabei ist die chemische Synthese dieser natürlichen Modifikationen als Phosphoramidit-Bausteine die Voraussetzung, um die gewünschte Modifikation überhaupt erst über Festpha-sensynthese in Oligonukleotide einbauen zu können. Mit Hilfe der m3C-, (ms2)i6A- und t6A-modifizierten Oligonukleotide wurde die Bedeutung dieser tRNA-Modifikationen für die Struk-tur und Funktionalität des jeweiligen tRNA Anticodon-Loops (ACL) untersucht.
Ein Kapitel dieser Arbeit klärte die tatsächliche Rolle von METTL8 auf. Als Methyltransferase ist das Protein für den Einbau der Methylgruppe an C32 in den mitochondrialen tRNAThr und tRNASer(UCN) verantwortlich, kann dies aber nur bewerkstelligen, wenn zuvor bereits eine ent-sprechende Adenosin-Modifikation an A37 installiert wurde. Außerdem wurde mittels NMR-Analyse, CD-Spektroskopie, Schmelzkurvenanalysen und Gelelektrophorese der Einfluss von m3C32 auf die Struktur der tRNA Anticodon-Stem-Loops (ASLs) gezeigt. Die Modifikation scheint die tRNA-Struktur anzupassen, um die mitochondriale Translation zu optimieren.
Um herauszufinden, wie die dynamischen Modifikationswege von m3C reguliert werden, wurden mit den modifizierten tRNA-ASLs und den (α-KG)- und Fe(II)-abhängigen Dio-xygenasen ALKBH1 und ALKHB3 Demethylierungsassays durchgeführt. Obwohl ALKBH3 bisher nur als 
cytoplasmatisches Enzym bekannt war, konnte es mt-tRNAs demethylieren. Inwiefern diese Aktivität physiologisch relevant ist und ob ALKBH3 vielleicht zusätzlich auch eine mitochond-riale Lokalisierung aufweist, muss noch weiter untersucht werden. Zudem wurde gezeigt, dass ALKBH1 m3C32-modifizierte mt-tRNAs nicht demethylieren kann, es jedoch Hinweise darauf gibt, dass ALKBH1 zusätzlich zu der bereits beschriebenen Aktivität der Oxidation von m5C zu f5C in mitochondrialer tRNAMet eine noch näher zu untersuchende Deprenylierungs- und Exonuklease-Aktivität besitzt.
Außerdem wurden die zuvor erwähnten natürlichen Modifikationen verwendet, um DNA-Enzyme als analytische Werkzeuge zur Bestimmung des Modifikationsgrades zu finden. Die Enzyme katalysieren die Spaltung von RNA, falls eine spezielle Modifikation vorhanden ist. Es wurden selektive DNA-Enzyme für i6A sowie die drei Cytidin-Isomere m3C, m4C und m5C identifiziert und charakterisiert.
Neben den posttranskriptionalen Modifikationen war auch die Untersuchung künstlich modifi-zierter Nukleoside ein Teil dieser Arbeit. Das Gerüst nativer Nukleoside kann so modifiziert werden, dass die Nukleoside spezifischen Eigenschaften für die gewünschte Anwendung erhalten.
Während der Pandemie wurde antiviralen Nukleosidanaloga zur Behandlung der SARS-CoV-2-Infektion eine große Bedeutung zugeschrieben. Um den potenziellen Arzneimittelkandidaten Molnupiravir zu untersuchen, wurde N4-Hydroxycytidin als Phosphoramidit-Baustein syntheti-siert und in mehrere RNA-Oligonukleotide mittels Festphasensynthese eingebaut. Basierend auf den Ergebnissen von RNA-Elongations-, thermischen Denaturierungs- und Cryo-EM-Experimenten, bei denen die modifizierten RNA-Stränge und die rekombinante SARS-CoV-2-RNA-abhängige RNA-Polymerase verwendet wurde, wurde ein zweistufiges Modell für die NHC-induzierte Mutagenese von SARS-CoV-2 postuliert. Dieser Mechanismus wird durch die zwei tautomeren Formen von NHC ermöglicht, wobei die Amino-Form ein Basenpaar mit Guanosin bildet und die Imino-Form mit Adenosin basenpaaren kann. Nach dem Einbau in die virale RNA kommt es zu Mutationen und zur sogenannten Fehlerkatastrophe. Diese Er-kenntnisse wurden durch thermische Schmelzkurvenanalyse und NMR-Spektroskopie der NHC-haltigen Dickerson Drew Sequenz ergänzt. Mit Hilfe eines 15N-markierten NHC-Bausteins, der in die Dickerson Drew Sequenz eingebaut wurde, konnte schließlich die Anti-Amino Form in dem NHC-G Basenpaar durch NMR-Analyse eindeutig nachgewiesen wer-den. 
Ein weiteres Forschungsprojekt dieser Arbeit befasste sich mit der Synthese eines 7-Deazaguanosin-Crosslinkers, welcher einen geschützten Aldehyd als Diol-Linker enthielt. Die-ser Crosslinker sollte zur Untersuchung von DNA-Protein-Interaktionen dienen. Der Einbau der synthetisierten Phosphoramidit- und Triphosphat-Bausteine konnte erfolgreich durchge-führt werden und die Funktionalität des PCR-Produktes, welches den Crosslinker enthielt, wurde durch Oxidation und die Bildung einer kovalenten Bindung mit einem Fluorescein-Label demonstriert.
Der letzte Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der der Entwicklung eines Assays, um Ver-änderungen im Methylierungslevel von m6A nachweisen zu können. Dies könnte neue Einbli-cke in wichtige biologische Prozesse liefern. Daher wurde im letzten Projekt der Einfluss von RNA-Methylierungszuständen auf die strukturellen Eigenschaften von RNA untersucht und dafür ein fluoreszierendes Nukleosidanalog (8-Vinyladenosin) als molekulares Werkzeug ent-wickelt. Die ersten Experimente mit dem Nukleosidanalog N6-Methyl-8-Vinyladenosin (m6v8A) zeigten einen deutlichen Fluoreszenzanstieg durch den Einbau der Vinyleinheit an Position 8 im Vergleich zu dem nicht fluoreszierenden m6A.
Insgesamt trägt diese Arbeit zu verschiedenen Forschungsthemen bezüglich der Anwendung von natürlich vorkommenden und künstlichen Nukleosidanaloga bei. Ausgehend von der chemischen Synthese von RNA- und DNA-Modifikationen hat diese Arbeit durch eingehende Analysen mehrere offene Fragestellungen zum dynamischen (De-)Methylierungsweg von m3C und zum Wirkmechanismus von Molnupiravir aufgedeckt und die Grundlage für weitere Untersuchungen des Proteinkomplexes Condensin und eines neuen fluoreszierenden Nukle-osidanalogons m6v8A geschaffen.
KW  - Nucleinsäuren
KW  - Chemische Synthese
KW  - SARS-CoV-2
KW  - Oligonucleotide
KW  - Festphasensynthese
KW  - Crosslinker
KW  - Phosphoramidite
KW  - Methyltransferase
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-311350
ER  - 
TY  - THES
A1  - 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  - 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  - INPR
A1  - Stennett, Tom E.
A1  - Bissinger, Philipp
A1  - Griesbeck, Stefanie
A1  - Ullrich, Stefan
A1  - Krummenacher, Ivo
A1  - Auth, Michael
A1  - Sperlich, Andreas
A1  - Stolte, Matthias
A1  - Radacki, Krzysztof
A1  - Yao, Chang-Jiang
A1  - Würthner, Frank
A1  - Steffen, Andreas
A1  - Marder, Todd B.
A1  - Braunschweig, Holger
T1  - Near-Infrared Quadrupolar Chromophores Combining Three-Coordinate Boron-Based Superdonor and Superacceptor Units
T2  - Angewandte Chemie, International Edition
N2  - In this work, two new quadrupolar A-π-D-π-A chromophores have been prepared featuring a strongly electron- donating diborene core and strongly electron-accepting dimesitylboryl F(BMes2) and bis(2,4,6-tris(trifluoromethyl)phenyl)boryl (BMes2) end groups. Analysis of the compounds by NMR spectroscopy, X-ray crystallography, cyclic voltammetry and UV-vis-NIR absorption and emission spectroscopy indicated that the compounds possess extended conjugated π-systems spanning their B4C8 cores. The combination of exceptionally potent π-donor (diborene) and π- acceptor (diarylboryl) groups, both based on trigonal boron, leads to very small HOMO-LUMO gaps, resulting in strong absorption in the near-IR region with maxima in THF at 840 and 1092 nm, respectively, and very high extinction coefficients of ca. 120,000 M-1cm-1. Both molecules also display weak near-IR fluorescence with small Stokes shifts.
KW  - boron
KW  - near-IR chromophores
KW  - conjugation
KW  - low-valent compounds
KW  - synthesis
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-180391
N1  - This is the pre-peer reviewed version of the following article: T. E. Stennett, P. Bissinger, S. Griesbeck, S. Ullrich, I. Krummenacher, M. Auth, A. Sperlich, M. Stolte, K. Radacki, C.-J. Yao, F. Wuerthner, A. Steffen, T. B. Marder, H. Braunschweig, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 6449. , which has been published in final form at  https://doi.org/10.1002/anie.201900889. This article may be used for non-commercial purposes in accordance with Wiley Terms and Conditions for Use of Self-Archived Versions.
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Steinmetzger, Christian
A1  - Bäuerlein, Carmen
A1  - Höbartner, Claudia
T1  - Supramolecular fluorescence resonance energy transfer in nucleobase-modified fluorogenic RNA aptamers
JF  - Angewandte Chemie, International Edition
N2  - RNA aptamers form compact tertiary structures and bind their ligands in specific binding sites. Fluorescence-based strategies reveal information on structure and dynamics of RNA aptamers. Here we report the incorporation of the universal emissive nucleobase analog 4-cyanoindole into the fluorogenic RNA aptamer Chili, and its application as a donor for supramolecular FRET to bound ligands DMHBI+ or DMHBO+. The photophysical properties of the new nucleobase-ligand-FRET pair revealed structural restraints for the overall RNA aptamer organization and identified nucleotide positions suitable for FRET-based readout of ligand binding. This strategy is generally suitable for binding site mapping and may also be applied for responsive aptamer devices.
KW  - RNA aptamers
KW  - fluorescence resonance energy transfer
KW  - large stokes shift
KW  - isomorphic nucleobase analog
KW  - structure probing
KW  - structure probes
KW  - stokes shift
KW  - Fluoreszenzresonanz-Energietransfer
KW  - Isomorphe Nukleobasen-Analoga
KW  - RNA-Aptamere
KW  - Stokes-Verschiebung
KW  - Struktursonden
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-203084
N1  - Parallel erschienen in Angewandte Chemie 2020,132, 6826–6830. DOI: 10.1002/ange.201916707 (Deutsche Ausgabe).
VL  - 59
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Steinmetzger, Christian
A1  - Bessi, Irene
A1  - Lenz, Ann-Kathrin
A1  - Höbartner, Claudia
T1  - Structure-fluorescence activation relationships of a large Stokes shift fluorogenic RNA aptamer
JF  - Nucleic Acids Research
N2  - The Chili RNA aptamer is a 52 nt long fluorogen-activating RNA aptamer (FLAP) that confers fluorescence to structurally diverse derivatives of fluorescent protein chromophores. A key feature of Chili is the formation of highly stable complexes with different ligands, which exhibit bright, highly Stokes-shifted fluorescence emission. In this work, we have analyzed the interactions between the Chili RNA and a family of conditionally fluorescent ligands using a variety of spectroscopic, calorimetric and biochemical techniques to reveal key structure - fluorescence activation relationships (SFARs). The ligands under investigation form two categories with emission maxima of ~540 nm or ~590 nm, respectively, and bind with affinities in the nanomolar to low-micromolar range. Isothermal titration calorimetry was used to elucidate the enthalpic and entropic contributions to binding affinity for a cationic ligand that is unique to the Chili aptamer. In addition to fluorescence activation, ligand binding was also observed by NMR spectroscopy, revealing characteristic signals for the formation of a G-quadruplex only upon ligand binding. These data shed light on the molecular features required and responsible for the large Stokes shift and the strong fluorescence enhancement of red and green emitting RNA-chromophore complexes.
KW  - Chili RNA Aptamer
KW  - fluorogen-activating RNA aptamer (FLAP)
KW  - Stokes-shifted fluorescence emission
KW  - key structure - fluorescence activation relationships (SFARs)
KW  - ligand binding
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-192340
ER  - 
TY  - THES
A1  - Steinmetzger, Christian
T1  - Fluorogenic Aptamers and Fluorescent Nucleoside Analogs as Probes for RNA Structure and Function
T1  - Fluorogene Aptamere und Fluoreszierende Nukleosid-Analoga als Sonden für RNA-Struktur und -Funktion
N2  - RNA plays a key role in numerous cellular processes beyond the central dogma of molecular biology. Observing and understanding this wealth of functions, discovering new ones and engineering them into purpose-built tools requires a sensitive means of observation. Over the past decade, fluorogenic aptamers have emerged to fill this niche. These short oligonucleotides are generated by in vitro selection to specifically interact with small organic fluorophores and can be utilized as genetically encoded tags for RNAs of interest.
The most versatile class of fluorogenic aptamers is based on derivatives of hydroxybenzylidene imidazolone (HBI), a conditional fluorophore mimicking the chromophore structure found in green and red fluorescent proteins. The respective aptamers are well-known by the “vegetable” nomenclature, including Spinach, Broccoli and Corn, and have found numerous applications for studying RNA function in vitro and in cells.
Their success, however, is somewhat overshadowed by individual shortcomings such as a propensity for misfolding, dependence on unphysiologically high concentrations of magnesium ions or, in the case of Corn, dimerization that might affect the function of the tagged RNA. Moreover, most fluorogenic aptamers exhibit limited ligand promiscuity by design, thereby restricting their potential for spectral tuning to a narrow window of wavelengths.
This thesis details the characterization of a new fluorogenic aptamer system nicknamed Chili. Chili is derived from an aptamer that was originally selected to bind 4-hydroxy-3,5-dimethoxy¬hydroxy-benzylidene imidazolone (DMHBI), resulting in a green fluorescent complex. Unlike other aptamers of its kind, Chili engages in a proton transfer cycle with the bound ligand, resulting in a remarkably large Stokes shift of more than 130 nm.
By means of an empirical ligand optimization approach, several new DMHBI derivatives were found that bind to Chili with high affinity, furnishing complexes up to 7.5 times brighter compared to the parent ligand. In addition, Chili binds to π-extended DMHBI derivatives that confer fluorescence in the yellow–red region of the visible spectrum. The highest affinity and degree of fluorescence turn-on for both green and red fluorogenic ligands were achieved by the incorporation of a unique, positively charged substituent into the HBI scaffold.
Supplemented by NMR spectroscopy, kinetic and thermodynamic studies showed that the binding site of Chili is loosely preorganized in the absence of ligand and likely forms a G-quadruplex upon ligand binding.
To showcase future applications, Chili was incorporated into a FRET sensor for monitoring the cleavage of an RNA substrate by a 10-23 DNAzyme.
Besides aptamers as macromolecular fluorescent complexes, fluorescent nucleobase analogs are powerful small isomorphic components of RNA suitable for studying structure and folding. Here, the highly emissive nucleobase analog 4-cyanoindole (4CI) was developed into a ribonucleoside (r4CI) for this purpose. A new phosphoramidite building block was synthesized to enable site-specific incorporation of 4CI into RNA.
Thermal denaturation experiments confirmed that 4CI behaves as a universal nucleobase, i.e. without bias towards any particular hybridization partner. Photophysical characterization established r4CI as a generally useful fluorescent ribonucleoside analog. In this work, it was employed to gain further insight into the structure of the Chili aptamer. Using several 4CI-modified Chili–HBI complexes, a novel base–ligand FRET assay was established to obtain a set of combined distance and orientation restraints for the tertiary structure of the aptamer.
In addition to their utility for interrogating structure and binding, supramolecular FRET pairs comprising a fluorescent nucleobase analog donor and an innately fluorogenic acceptor hold great promise for the construction of color-switchable RNA aptamer sensor devices.
N2  - Weit über das zentrale Dogma der Molekularbiologie hinaus ist RNA an einer Vielzahl zellulärer Prozesse beteiligt. Um diese Prozesse aufzuklären, sie umfassend zu verstehen und sich zunutze zu machen bedarf es geeigneter Detektionsmethoden für RNA. Innerhalb des letzten Jahrzehnts wurden fluorogene Aptamere als ideales Werkzeug für diesen Zweck erkannt. Dabei handelt es sich um vergleichsweise kurze Oligonukleotide, die mittels in vitro-Selektion zur spezifischen Bindung bestimmter organischer Fluorophore erzeugt werden. Analog zu fluoreszierenden Proteinen können sie zur Fluoreszenzmarkierung von RNA eingesetzt werden.
Die wichtigste Klasse fluorogener Aptamere bindet und aktiviert Derivate des latenten Fluorophors 4-Hydroxybenzylidenimidazolon (HBI), welcher ursprünglich im Kern fluoreszierender Proteine autokatalytisch aus einem Tripeptid-Fragment entsteht und deren spektrale Eigenschaften bestimmt. Vertreter dieser Klasse, namentlich Spinach, Broccoli und Corn, haben sich als alltägliches Werkzeug zur Fluoreszenzmarkierung von RNA etabliert.
Diesem Erfolg gegenüber stehen Unzulänglichkeiten, die das Potential einzelner Aptamere begrenzen. Beispielsweise kann es zur Ausbildung inaktiver Faltungszustände der RNA kommen oder die Fluoreszenzaktivierung erfordert eine hohe Magnesiumkonzentration, welche in Zellen nicht frei verfügbar ist. Im Fall des Corn-Aptamers bildet sich ein Homodimer, was unter Umständen die zu untersuchende RNA beeinträchtigen kann. Darüber hinaus ist, aufgrund der spezifischen Fluorophorbindung, jeweils nur geringes Potenzial zur gezielten Beeinflussung spektraler Eigenschaften vorhanden.
Kern dieser Arbeit ist die umfassende Charakterisierung des neuen Chili-Systems. Chili ist die optimierte Version eines Aptamers, welches einen grün fluoreszierenden Komplex mit 4-Hydroxy-3,5-dimethoxybenzylidenimidazolon (DMHBI) ausbildet. Im Gegensatz zu anderen HBI-bindenden Aptameren vollzieht Chili einen Protonenaustausch mit seinem Liganden, woraus Fluoreszenz-emission mit einer ungewöhnlich hohen Stokes-Verschiebung von über 130 nm resultiert.
Die Struktur des ursprünglichen Liganden wurde im Hinblick auf höhere Affinität und stärkere Fluoreszenzemission optimiert, wobei ein bis zu 7.5-facher Gewinn an Helligkeit erzielt wurde. Als besonders vorteilhaft hat sich dafür die Einführung eines positiv geladenen Substituenten herausgestellt, der in dieser Form ein Alleinstellungsmerkmal von Chili ist. Auch stark modifizierte DMHBI-Derivate, die ein größeres konjugiertes System besitzen, werden von Chili gebunden und fluoreszieren daraufhin im gelben bis roten Bereich des sichtbaren Spektrums.
Studien zur Ligandenbindungskinetik und thermischen Denaturierung des Aptamers legen nahe, dass die zunächst strukturarme Bindungstasche durch die Aufnahme des Liganden einen G-Quadruplex ausbildet, was ebenfalls durch NMR-spektroskopische Daten bestätigt wird.
Als Beispiel für mögliche Anwendungen wurde das Chili-Aptamer eingesetzt, um die Spaltung eines RNA-Substrats durch ein 10-23 DNA-Enzym zu beobachten, wobei FRET zwischen dem Aptamer und einem Fluoreszenzmarker am Substrat als Reporter ausgenutzt wurde.
Neben makromolekularen Aptamer-Komplexen können fluoreszierende Nukleobasenanaloga als isomorphe Einheiten in RNA integriert werden, um deren Faltungszustand zu untersuchen. In dieser Arbeit wurde das fluoreszierende Nukleobasenanalogon 4-Cyanodinol (4CI) in das entsprechende Ribonukleosid (r4CI) umgewandelt und daraus ein neuer Phosphoramiditbaustein zum Einbau des fluoreszierenden von 4CI in RNA synthetisiert.
Anhand thermischer Denaturierungs¬experimente wurde gezeigt, dass es sich bei 4CI um eine universelle Base handelt, die ungeachtet des Hybridisierungskontexts toleriert wird. Die photophysikalische Charakterisierung von r4CI zeigte, dass das fluoreszierendes Ribonukleosid-Analogon seine nützlichen Eigenschaften nach dem Einbau in Oligonukleotide beibehält, sodass es zur Strukturanalyse des Chili-Aptamers verwendet werden konnte. Mithilfe 4CI-modifizierter Chili–HBI-Komplexe wurden erstmals intramolekulare FRET-Paare dieser Art erzeugt und zur Bestimmung kombinierter Abstands- und Orientierungsparameter genutzt.
Über ihre Verwendung für Struktur- und Bindungsstudien hinaus stellen supramolekulare FRET-Paare aus fluoreszierenden Nukleobasen-Analoga als Donoren und intrinsisch fluorogenen Akzeptoren eine Möglichkeit dar, neue schaltbare Aptamer-basierte Sensoren zu entwickeln, welche auf die Erkennung ihrer Zielspezies mit einem Wechsel der Fluoreszenzemissionswellenlänge reagieren.
KW  - Aptamer
KW  - Nucleosidanaloga
KW  - RNS
KW  - Fluoreszenz
KW  - Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer
KW  - RNA
KW  - FRET
KW  - Nucleoside
KW  - Nucleinsäuren
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-207604
ER  - 
TY  - THES
A1  - Steeger, Markus
T1  - Energy and Charge Transfer in Donor-Acceptor Substituted Hexaarylbenzenes
T1  - Energie- und Ladungstransfer in Donor-Akzeptor-substituierten Hexaarylbenzolen
N2  - The focus of this work was the investigation of energy transfer between charge transfer states. For this purpose the multidimensional chromophores HAB-S, HAB-A, B1 and B2 were synthesised, each consisting of three electron donor and three electron acceptor redox centres linked symmetrically or asymmetrically by the hexaarylbenzene framework. Triarylamines represent in all these compounds the electron donors, whereas the electron poor centres were triarylboranes in B1 and B2 and PCTM centres in HAB-S and HAB-A, respectively. The hexaarylbenzenes were obtained by cobalt catalysed cyclotrimerisation of the respective tolan precursors. In addition, Star was synthesised, which consists of a central PCTM linked to three triarylamin centres by tolan bridging units in a star-like configuration. The hexaarylbenzene S1a/b substituted with six squaraine chromophores could not be realised. It is assumed that the cyclotrimerisation catalyst Co2(CO)8 does not tolerate the essential hydroxyl groups in the tolan precursor S2a. The alternative reaction pathway to execute the cyclotrimerisation reaction first and introduce the hydroxyl groups thereafter failed as well, because the required hexaarylbenzene substituted by six semisquaric acid moieties could not be synthesised. However, energy transfer interactions could be investigated in the tolan precursor S2a with two squaraine units to obtain information about the electronic coupling provided by the tolan bridge. For all multidimensional compounds model molecules were synthesised with only a single donor-acceptor pair (B3, Star-Model and HAB-Model). This allows a separate consideration of energy and charge transfer processes. It has to be stressed that in all before mentioned multidimensional compounds the “through bond” energy transfer interaction between neighbouring IV-CT states is identical to a transfer of a single electron between two redox centres of the same kind (e.g. TAA -> TAA+). The latter can be analysed by electron transfer theory. This situation is observed when the two IV-CT states transferring energy share one redox centre.
All compounds containing PCTM centres were characterised by paramagnetic resonance spectroscopy. Thereby, a weak interaction between the three PCTM units in HAB-S and HAB-A was observed. In addition, when oxidising Star-Model, a strongly interacting singlet or triplet state was obtained. In contrast, signals corresponding to a weakly interacting biradical were obtained for HAB-Model+. This indicates a strong electronic coupling between the redox centres provided by the tolan bridge and a weak coupling when linked by the hexaarylbenzene. This trend is supported by UV/Vis/NIR absorption measurements. The analysis of the observed IV-CT absorption bands by electron transfer theory reveals a weak electronic coupling of V = 340 cm-1 in HAB-Model and a distinctly stronger coupling of V = 1190-2900 cm-1 in Star-Model. In the oxidised HAB-S+, Star+ and Star-Model+ a charge transfer reversed from that of the neutral species, that is, from the PCTM radical to the electron poorer cationic TAA centre, was observed by spectroelectrochemistry. The temporal evolution of the excited states was monitored by ultrafast transient absorption measurements. Within the first picosecond stabilisation of the charge transfer state was observed, induced by solvent rotation. Anisotropic transient absorption measurements revealed that within the lifetime of the excited state (tau = 1-4 ps) energy transfer does not occur in the HABs whereas in the star-like system ultrafast and possibly coherent energy redistribution is observed. Taken this information together the identity between energy transfer and electron transfer in the specific systems were made apparent. It has to be remarked that neither energy transfer nor charge transfer theory can account for the very fast energy transfer in Star.
The electrochemical and photophysical properties of B1 and B2 were investigated by cyclic voltammetry, absorption and fluorescence measurements and were compared to B3 with only one neighbouring donor-acceptor pair. For the asymmetric B2 CV measurements show three oxidations as well as three reduction peaks whose peak separation is greatly influenced by the conducting salt due to ion-pairing and shielding effects. Consequently, peak separations cannot be interpreted in terms of electronic couplings in the generated mixed valence species. Transient absorption, fluorescence solvatochromism and absorption spectra show that charge transfer states from the amine to the boron centres are generated after optical excitation. The electronic donor-acceptor interaction is weak though as the charge transfer has to occur predominantly through space. The electronic coupling could not be quantified as the CT absorption band is superimposed by pi-pi* transitions localised at the amine and borane centres. However, this trend is in good agreement to the weak coupling measured for HAB-Model. Both transient absorption and fluorescence upconversion measurements indicate an ultrafast stabilisation of the charge transfer state in B1- B3 similar to the corresponding observations in HAB-S and Star. Moreover, the excitation energy of the localised excited charge transfer states can be redistributed between the aryl substituents of these multidimensional chromophores within fluorescence lifetime (ca. 60 ns). This was proved by steady state fluorescence anisotropy measurements, which further indicate a symmetry breaking in the superficially symmetric HAB. Anisotropic fluorescence upconversion measurements confirm this finding and reveal a time constant of tau = 2-3 ps for the energy transfer in B1 and B2. It has to be stressed that, although the geometric structures of B1 and HAB-S are both based on the same framework and furthermore the neighbouring CT states show in both cases similar Coulomb couplings and negligible “through bond” couplings, very fast energy transfer is observed in B1 whereas in HAB-S the energy is not redistributed within the excited state lifetime. To explain this, it has to be kept in mind that the energy transfer and the relaxation of the CT state are competing processes. The latter is influenced moreover by the solvent viscosity. Hence, it is assumed that this discrepancy in energy transfer behaviour is caused by monitoring the excited state in solvents of varying viscosity. Adding fluoride ions causes the boron centres to lose their acceptor ability due to complexation. Consequently, the charge transfer character in the donor-acceptor chromophores vanishes which could be observed in both the absorption and fluorescence spectra. However, the fluoride sensor ability of the boron centre is influenced strongly by the moisture content of the solvent possibly due to hydrogen bonding of water to the fluoride anions.
UV/Vis/NIR absorption measurements of S2a show a red-shift by 1800 cm-1 of the characteristic squarain band compared to the model compound S20. From exciton theory a Coulomb coupling of V = 410 cm-1 is calculated which cannot account for this strong spectral shift. Consequently, “through-bond” interactions have to contribute to the strong communication between the two squaraine chromophores in S2a. This is in accordance with the strong charge transfer coupling calculated for the tolan spacer in Star-Model.
N2  - Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Energietransfers zwischen Ladungstransfer-Zuständen in multidimensional Donor-Akzeptor Systemen. Zu diesem Zweck wurden die Chromophore HAB-S, HAB-A, B1 und B2 synthetisiert. Diese bestehen jeweils aus drei Elektronen-Donoren und Elektronen-Akzeptoren, die über das Hexaarylbenzol-Gerüst symmetrisch oder asymmetrisch verknüpft sind. Triarylamine stellen dabei die Elektronen-Donoren dar, während Triarylborane in B1 und B2 und PCTM-Zentren in HAB-S und HAB-A die Aufgabe der Elektronen-Akzeptoren übernehmen. Die Hexaarylbenzole konnten durch Cobalt-katalysierte Cyclotrimerisierung der entsprechenden Tolan-Vorstufen hergestellt werden. Zusätzlich wurde das multidimensionale Chromophor Star synthetisiert. Dieses besteht aus einem zentralen PCTM, welches über Tolan-Brückeneinheiten sternförmig mit drei Triarylamin Zentren verknüpft ist. Das Hexaarylbenzol S1a/b, das mit sechs Squarain Chromophoren substituiert ist, konnte nicht realisiert werden. Möglichweise werden die essentiellen Hydroxygruppen der Tolan-Vorstufe S2a nicht von dem Cyclotrimerisierungs-Katalysator Co2(CO)8 toleriert. Der alternative Reaktionsweg, die Cyclotrimerisierung zuerst durchzuführen und anschließend die Hydroxygruppen einzuführen, schlug ebenfalls fehl. Grund dafür war, dass das Hexaarylbenzol, welches mit sechs Quadratsäure-Einheiten substituiert ist, nicht synthetisiert werden konnte. Nichtsdestotrotz konnten Energietransfer Wechselwirkungen in der Tolan-Vorstufe S2a untersucht werden. Dabei konnte die elektronische Kopplung zwischen den zwei Squarain-Zentren charakterisiert werden. Zu allen multidimensionalen Verbindungen wurden zusätzlich Modelverbindungen mit nur einem einzelnen Donor-Akzeptor-Paar hergestellt (B3, Star-Model und HAB-Model). Dadurch konnten die Energie- und Ladungstransferprozesse getrennt betrachten werden. Es soll noch angemerkt werden, dass in allen genannten multidimensionalen Verbindungen der Energietransfer „über Bindungen“ zwischen zwei benachbarten IV-CT Zuständen identisch ist mit dem Transfer eines einzelnen Elektrons zwischen zwei gleichartigen Redoxzentren (z.B. TAA→TAA+). Diese Situation ist immer dann zu beobachten, wenn sich die zwei IV-CT Zustände, zwischen denen Energie übertragen wird, ein Redox-Zentrum teilen.
Alle Verbindungen, die PCTM Zentren beinhalten, wurden durch Elektronenspinzresonanz Experimente charakterisiert. Dabei wurde eine schwache Wechselwirkung zwischen den drei PCTM Einheiten in HAB-S und HAB-A beobachtet. Durch die Oxidation von Star-Model konnten zudem stark wechselwirkende Singlett- bzw. Triplettzustände erhalten werden. Dagegen wurden für HAB-Model+∙ Signale beobachtet, die einem schwach wechselwirkendem Biradikal entsprechen. Das lässt darauf hindeuten, dass die Tolan-Brückeneinheit eine starke Kopplung zwischen den Redox-Zentren gewährleistet, während die Verknüpfung über das Hexaarylbenzol-Gerüst eine schwache Kopplung zur Folge hat. Dieser Trend wurde durch UV/Vis/NIR Absorptionsmessungen gestützt. Durch die Analyse der beobachteten IV-CT Absorptionsbanden mittels Elektronentransfer-Theorie konnte eine schwache Kopplung von V = 340 cm-1 in HAB-Model und eine deutlich stärkere Kopplung von V = 1190-2900 cm-1 in Star-Model ermittelt werden. In spektroelektrochemischen Untersuchungen wurde in den oxidierten Verbindungen HAB-S+, Star+ und Star-Model+, im Vergleich zu den neutralen Verbindungen, der Ladungstransfer in entgegengesetzter Richtung beobachtet. D.h. vom PCTM-Radikal zum elektronenärmeren, kationischen TAA-Zentrum. Die zeitliche Entwicklung der angeregten Zustände wurde mit transienter Absorptionsspektroskopie verfolgt. Innerhalb der ersten Pikosekunden konnte eine Stabiliserung des Ladungstransferzustands, verursacht durch Umorientierungen des Lösungsmittels, beobachtet werden. Anisotrope, transiente Absorptionsmessungen konnten zeigen, dass innerhalb der Lebenszeit des angeregten Zustands (τ = 1-4 ps) kein Energietransfer in den HABs stattfindet, während in dem sternförmigen System eine ultraschnelle und möglicherweise koherente Energieumverteilung beobachtet wurde. Letztendlich konnte klargestellt werden, dass Energietransfer und Ladungstransfer in diesen speziellen Systemen identisch sind. Jedoch konnte weder die Energie-, noch die Ladungstransfertheorie den sehr schnellen Energietransfer in Star erklären.
Die elektrochemischen und photophysikalischen Eigenschaften von B1 und B2 wurden mittels Cyclovoltammetrie, Absorptions- und Fluoreszenzmessungen untersucht und mit B3 verglichen. Im Fall vom asymmetrischen B2 zeigten CV Messungen drei Oxidations- und drei Reduktionspeaks, wobei der Abstand zwischen den Peaks stark vom Leitsalz abhing. Dies lässt sich auf Ionenpaar und Abschirmungseffekte zurückführen. Folglich konnten die Abstände zwischen den Peaks nicht in Bezug auf elektronische Kopplungen in den erzeugten, gemischtvalenten Verbindungen interpretiert werden. Transiente Absorption, Fluoreszenz Solvatochromie sowie Absorptionsspektren zeigten, dass nach optischer Anregung Ladungstransferzustände vom Amin- zum Borzentrum bevölkert werden. Die elektronische Donor-Akzeptor Wechselwirkung war jedoch schwach, da der Ladungstransfer hauptsächlich über den Raum stattfindet. Die elektronische Kopplung konnte nicht quantifiziert werden, weil die CT Absorptionsbande von π-π* Übergängen, die an den Amin- und Borzentren lokalisiert sind, überlagert war. Der Trend ist jedoch in guter Übereinstimmung mit der schwachen Kopplung, die für HAB-Model gemessen wurde. Sowohl transiente Absorptions- wie auch Fluoreszenz-Aufkonversionsmessungen deuten auf eine ultraschnelle Stabilisierung des Ladungstransferzustandes in B1 - B3, ähnlich dem Verhalten von HAB-S und Star, hin. Des Weiteren kann die Anregungsenergie der lokalisierten, angeregten Ladungstransferzustände innerhalb der Fluoreszenzlebensdauer (ca. 60 ns) zwischen den Arylsubsituenten dieser multidimensionalen Chromophore umverteilt werden. Dies wurde mit stationären Fluoreszenz-Anisotropiemessungen bewiesen, die weiterhin einen Symmetriebruch im vermeintlich symmetrischen HAB andeuten. Anisotrope Fluoreszenz-Aufkonversionsmessungen bestätigten diese Schlussfolgerung und zeigten eine Zeitkonstante von τ = 2-3 ps für den Energietransfer in B1 und B2. Es soll darauf hingewiesen werden, dass obwohl die geometrischen Strukturen von B1 und HAB-S beide auf dem gleichen Grundgerüst basieren und weiterhin benachbarte CT Zustände in beiden Fällen ähnliche Coulomb Kopplungen und vernachlässigbare Kopplungen „über Bindungen“ aufweisen, in B1 ein sehr schneller Energietransfer beobachtet werden konnte, während in HAB-S die Anregungsenergie innerhalb der Fluoreszenzlebenszeit nicht umverteilt wird. Um dies zu erklären, muss berücksichtigt werden, dass Energietransfer und die Relaxation des CT Zustands konkurrierende Prozesse darstellen. Letzteres wird zudem von der Viskosität des Lösungsmittels beeinflusst. Demnach wird angenommen, dass der Unterschied im Ladungstransferverhalten auf die Verwendung von unterschiedlich viskosen Lösungsmitteln zurückzuführen ist. Wenn Fluorid-Ionen zugesetzt wurden, verloren die Borzentren auf Grund von Komplexierung die Akzeptoreigenschaften. Folglich ging der Ladungstransfercharakter in den Donor-Akzeptor-Verbindungen verloren, was mittels Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie verfolgt wurde. Die Fluorid-Sensor-Eigenschaften der Borzentren war jedoch stark vom Feuchtigkeitsgehalt des Lösungsmittels beeinflusst. Dies ist wahrscheinlich auf starke Wasserstoffbindungen zwischen Wasser Molekülen und Fluorid-Ionen zurückzuführen.
UV/Vis/NIR Absorptionsmessungen von S2a zeigten im Vergleich zur Modelverbindung S20 eine Rotverschiebung der charakteristischen Squarain Bande um 1800 cm-1. Anhand der Excitonen-Theorie konnte eine Coulomb Kopplung von V = 410 cm-1 berechnet werden, die jedoch diese starke Verschiebung nicht erklären kann. Demnach müssen Wechselwirkungen „durch Bindungen“ mit zu dieser guten Kommunikation zwischen den beiden Squarain Chromophoren in S2a beitragen. Diese Annahme stimmt mit der starken Ladungstransfer Kopplung überein, die für die Tolan-Brücke in Star-Model berechnet wurde.
KW  - Energietransfer <Mikrophysik>
KW  - Ladungstransfer
KW  - energy transfer
KW  - charge transfer
KW  - hexaarylbenzenes
KW  - Energietransfer
KW  - Ladungstransfer
KW  - Hexaarylbenzole
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-112520
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Staikova, M.
A1  - Peric, M.
A1  - Engels, Bernd
A1  - Peyerimhoff, S. D.
T1  - Ab initio Investigation of the Structure of the X\(^2\)A', A\(^2\)A'' (1\(^2\)Π) Spectral System of HCO: Investigation of the Magnetic Hyperfine Effects
N2  - Results ofan ab initio study ofthe hyperfine structure of the X\(^2\)A', A\(^2\) A" ( 1\(^2 \Pi\)) system ofthe formyl radical are presented. Special attention is paid to the analysis of the interplay between the vibronic and magnetic hyperfine etfects. The results of computations are in very good agreement with the available experimental findings. The values for the hyperfine coupling constants in lower bending Ievels of both electronic species are predicted.
KW  - Organische Chemie
Y1  - 1994
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-59089
ER  -