Riaz-ul Qamar

• Biomolecules are difficult to investigate in their native environment. The vast complexity of cellular systems and seldom availability of chemical reactions compatible with the physiological milieu make it a challenging task. Bioorthogonal chemical reactions serve as a key to achieve selective ligation, whose components must react rapidly and selectively with each other under physiological conditions in the presence of the plethora of functionalities necessary to sustain life. In this dissertation, we focused on the synthesis of chemicalBiomolecules are difficult to investigate in their native environment. The vast complexity of cellular systems and seldom availability of chemical reactions compatible with the physiological milieu make it a challenging task. Bioorthogonal chemical reactions serve as a key to achieve selective ligation, whose components must react rapidly and selectively with each other under physiological conditions in the presence of the plethora of functionalities necessary to sustain life. In this dissertation, we focused on the synthesis of chemical reporters and probe molecules for bioorthogonal labeling through click reaction. Initially, sialic acid derivatives with a linker containing terminal alkyne functionality were synthesized. After the synthesis of azide derivatives of fluorescent dyes as counter partners, they were conjugated with sialic acids through Cu(I) catalyzed alkyne azide cycloaddition (CuAAC). The successful in vitro conjugation of Sia and fluorescent dyes was followed by metabolic tagging of human larynx carcinoma (HEp-2) and the carcinoma of Chinese hamster ovary (CHO­K1) with alkynated Sia that were subsequently ligated with fluorescein azide. Finally, the stained cells were subjected to fluorescent microscopy to obtain their images. To enable the click reaction compatible to in vivo applications, the reactivity of cyclooctyne was enhanced by two different approaches. In a first approach, following the Bertozzi’s strategy, two fluorine atoms were introduced adjacent to the alkyne to lower the LUMO. In a second strategy the ring strain of cyclooctyne was attempted to be enhanced by the introduction of an amide group. In addition, glutarimide derivatives with free amino and carboxylic acid functional groups were synthesized by domino-Michael addition-cyclization-reaction.…
• Biomoleküle sind schwer in ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen. Die enorme Komplexizität zellulärer Systeme und die geringe Verfügbarkeit von chemischen Reaktionen, welche mit physiologischen Bedingungen kompatibel sind, stellen eine große Herausforderung dar. Bioorthogonale Reaktionen dienen hierbei als Schlüssel für eine selektive Ligation, bei der die Komponenten schnell, selektiv und unter genannten Bedingungen miteinander reagieren. Der Fokus dieser Dissertation lag auf der Synthese von chemischen Reportermolekülen, welche fürBiomoleküle sind schwer in ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen. Die enorme Komplexizität zellulärer Systeme und die geringe Verfügbarkeit von chemischen Reaktionen, welche mit physiologischen Bedingungen kompatibel sind, stellen eine große Herausforderung dar. Bioorthogonale Reaktionen dienen hierbei als Schlüssel für eine selektive Ligation, bei der die Komponenten schnell, selektiv und unter genannten Bedingungen miteinander reagieren. Der Fokus dieser Dissertation lag auf der Synthese von chemischen Reportermolekülen, welche für bioorthogonale Markierungsversuche mithilfe einer Klick-Reaktion eingesetzt werden können. Dafür wurden zunächst Derivate der Sialinsäure mit einem Linker, der eine endständige Alkinfunktion trägt, synthetisiert und diese mit ebenfalls in dieser Arbeit dargestellten Azidofluoreszenzfarbstoffen in einer Cu(I)-katalysierten Alkin-Azid-Cycloaddition (CuAAC) konjugiert. Nach erfolgreicher in vitro Durchführung wurden Zellen des menschlichen Larynx Karzinoms (HEp-2) und Zellen des Ovariumkarzinoms des chinesischen Hamsters metabolisch mit alkinfunktionalisierten Sialinsäuren markiert und anschließend mit Fluoresceinazid ligiert. Fluoreszenzmikroskopie an diesen Zellen demonstrierte den erfolgreichen Einbau der Sialinderivate. Um die Klickreaktion verträglicher für in vivo Anwendungen zu gestalten, wurde versucht die Reaktivität des Cyclooctin durch zwei verschiedene Herangehensweisen zu erhöhen. Zum einen wurden nach Strategie von Bertozzi zwei Fluoratome benachbart zur Alkingruppe eingeführt, um die LUMO-Energie zu erniedrigen. Zum anderen wurde versucht die Ringspannung des Cyclooctin durch Einführung einer Amidgruppe zu erhöhen. Neben dem Klickprojekt wurden in dieser Arbeit außerdem Glutarimidderivate mit freien Amino- und Carbonsäuregruppen über eine Domino-Michael-Additions-Zyklisierungsreaktion dargestellt.…