Authors:	Siering, Carsten
Title:	Anwendungen von Rezeptoren auf Triphenylenketal-Basis
Online publication date:	23-May-2012
Year of first publication:	2012
Language:	german
Abstract:	Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bindung von Koffein und verwandten Oxopurinen in C¬3-symmetrischen Rezeptoren auf der Basis von Triphenylenketalen untersucht. Dabei stand vor allem die Evaluierung für eine spätere Anwendung im Vordergrund. Für die Anwendung als Chemosensor wurden mehrere optische Verfahren getestet. Die Verwendung von UV/Vis-Spektroskopie gelingt nur unter Einsatz eines elektronenarmen Konkurrenzgastes, welcher durch das stärker bindende Koffein unter Entfärbung verdrängt wird. Obwohl dieser Effekt sogar mit bloßem Auge zu erkennen ist und somit eine einfache Untersuchung ermöglichen würde, machen die besondere Reaktivität des Konkurrenzgastes und dessen geringe Affinität zum Rezeptor eine weitere Anwendung als Chemosensor für Koffein unwahrscheinlich. Den entscheidenden Durchbruch lieferte der Wechsel auf Fluoreszenzspektroskopie. Die Bindung von Gästen lässt sich mit dieser Methode direkt beobachten und für quantitative Studien nutzen. Die Signalzunahme bei Zugabe von Koffein liegt bei maximal 30%. Durch Verwendung eines vom Koffein abgeleiteten Konkurrenzgastes können weitere Verbesserungen erzielt werden. So konnte eine maximale Signaldynamik von fast 400% erzielt werden. Durch die Entwicklung eines geeigneten Probenvorbereitungsprotokolls war es möglich, mit dem fluoreszenzbasierten System einen Nachweis von Koffein an kommerziell verfügbaren Getränkeproben durchzuführen. Die Ergebnisse waren in guter Übereinstimmung mit HPLC-Kontrollexperimenten. Die Eignung von Rezeptoren auf Triphenylenketalbasis für die enantiofaciale Differenzierung an Heteroaromaten wurde durch Untersuchung verschiedener Wirt-Gast-Komplexe mittels CD-Spektroskopie und Tieftemperatur-NMR systematisch demonstriert. Rezeptoren mit Menthyl-Substituenten liefern laut NMR die stärkste Seitendifferenzierung. Anhand des CD wird ein vollständiges und schlüssiges Bild über den Zusammenhang zwischen dem Raumbedarf am Gast, der Ausrichtung der chiralen Gruppen am Wirt und dem erhaltenen CD hergestellt. Durch umfangreiche molekulardynamische Simulationen und nachfolgende semiempirische Berechnungen wurden Referenzspektren berechnet, welche die Zuordnung der Stereochemie anhand des CD eindeutig belegen. Die Ergebnisse sind zudem in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen aus röntgenkristallographischen Untersuchungen. (Diese Methode ließ sich erfolgreich auf die helicale Faltung von Alkanen in Kapseln von Rebek, jr. umsetzen.) Obwohl die Energieunterschiede zwischen den diastereomeren Komplexen klein sind, konnte anhand der CD-Spektroskopie somit erstmalig die enantiofaciale Differenzierung an einem heterocyclischen System bei Raumtemperatur beobachtet werden. Die beste enantiofaciale Differenzierung erzielen die Menthyl-abgeleiteten Rezeptoren. Diese sind hinsichtlich einer möglichen Anwendung als chirales „Auxiliar“ ungeeignet, da sie mit den sperrigen Cyclohexylgruppen auch den Raum oberhalb des gebundenen Gastes blockieren. Daher wird für die weitere Entwicklung auf die praktische Einführung chiraler Information in Form des Isocyanats verzichten werden müssen. Stattdessen zielen aktuelle Bemühungen auf den Aufbau chiraler Rückgrate, welche den Raum in der unteren Peripherie des Gastes beeinflussen. Binding of caffeine and related oxopurines by C3-symmetric receptors based on triphenylene ketals is the key element of this thesis. A special focus was set on the evaluation of potential applications. For the development of a chemosensor for caffeine various optical methods were tested. A UV/Vis spectrophotometric approach was only successful when using an indicator displacement assay involving a strongly electron poor indicator “dye” (tetracyanoethylene). While the resulting complex is deeply colored and hence allows naked-eye monitoring, this approach is yet practically not usable since the affinity of the indicator dye is too low. Fluorescence spectroscopy yielded a major step ahead. Binding of oxopurine guests can be monitored directly as the emission of the triphenlyene increases by up to 30%. Application of a competitive displacement guest derived from theophylline further improved the signal dynamics yielding an increase of signal intensity by 400%. By development of an appropriate sample preparation procedure, this fluorescence based system could be used to detect caffeine levels in commercially available caffeinated beverages. Enantiofacial differentiation of heteroaromatic compounds by chirally modified receptors represents the major part of this thesis. By CD and NMR spectroscopy a systematical investigation was performed. Receptors with large chiral substituents allow the strongest enantiofacial differentiation. CD spectroscopy delivered a complete and consistant picture about the interplay between sterical demand of the receptor and the relative orientation of the guest inside. Molecular dynamics investigations and subsequent semi-empirical calculations were used to obtain reference CD spectra allowing to determine even the absolute configuration of the whole complex. The results are in good agreement with crystallographic data. Despite of the very small energy difference between the diastereomeric complexes, it was CD spectroscopy that allowed determining enantiofacial discrimination on a heterocyclic, reversibly bound guest at ambient temperature. This approach was also successfully transferred to the helical folding of alkanes in capsules by Rebek, jr.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2030
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-31259
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	55967 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen