Authors:	Stahlhofen, Jana Marie
Title:	Studien zu kontrolliert spaltbaren Linkerstrukturen für Nanohydrogelpartikel
Online publication date:	25-Jun-2018
Year of first publication:	2018
Language:	german
Abstract:	Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte die Synthese einer redoxlabilen Verknüpfungs-einheit zur kovalenten Vernetzung und kontrollierten irreversiblen Spaltung von Nano-hydrogelpartikeln ausgearbeitet werden. Hierfür wurden erfolgreich zwei brommethylierte 1,4-Benzochinonbausteine als Ausgangsverbindungen für den Aufbau der Linkermoleküle dargestellt. Die Synthesen wurden wirksam optimiert und die Redoxeigenschaften der Derivate in Cyclovoltammetriemessungen analysiert. Die Darstellung der redoxlabilen Linkerstruktur wurde über fünf verschiedene Routen untersucht. Bei den ersten beiden Routen wurde neben dem Chinonbaustein ein tertiäres Diamin, einmal symmetrisch und einmal mit einer Schutzgruppe versehen, eingesetzt. Beide Ansätze lieferten ausschließlich höhermolekulare Produkte. In der nächsten Syntheseroute konnte ausgehend von einem sekundären Diamin mit Schutzgruppe erfolgreich eine lineare Linkervorstufe dargestellt werden. Die Quaternisierung der Aminseitenketten, diese ist wichtig für die optimale Komplexierung der Ladung im Partikel, konnte nicht umgesetzt werden. Bei einer vierten Route konnte mittels reduktiver Aminierung ausgehend von einem Dialdehyd-basierten Edukt die angestrebte Linkervorstufe in quantitativer Ausbeute dargestellt werden. Auch die Quaternisierung wurde in guten Ausbeuten durchgeführt und lieferte die quartäre Linkervorstufe mit Iodid, Tetrafluorborat und Methylsulfat als Gegenionen. Die folgende Oxidation zur Darstellung des Chinongrundkörpers aus der para-Dimethoxyeinheit ließ sich, trotz Anwendung verschiedener Reagenzien, noch nicht umsetzten. Bei der letzten Syntheseroute wurden 2,5-Di(brommethyl)-3,6-dimethyl-1,4-benzochinon und ein einfach geschütztes primäres Diamin als Edukte eingesetzt. Daraus gelang die Darstellung einer interessanten Cyclophan-basierten Linkervorstufe, die durch terminale primäre Amine eine kovalente Vernetzung der Nanopartikel ermöglicht. Aufgrund der einfachen Synthese und den vielversprechenden Eigenschaften sind die erhaltenen Cyclophanstrukturen auch für weitere Anwendungen von Interesse. Auf dem Weg zur Darstellung der redoxlabilen Linkerstrukturen konnten wesentliche Fortschritte erreicht werden und es konnten drei vielversprechende Vorstufen erhalten werden. Zusätzlich wurde die neuartige Cyclophansynthese ausführlich untersucht. Bei der intensiven Optimierung der Reaktionsbedingungen konnte gezeigt werden, dass die Synthese sehr einfach durchführbar ist und weder inerte noch wasserfreie Bedingungen benötigt. Außerdem toleriert die Methode eine große Bandbereite an funktionellen Gruppen bei der Aminkomponente. Durch die diversen Reste können die Cyclophane weiter funktionalisiert und in größere Systeme eingebettet werden. Von besonderem Interesse sind die reduktiven Eigenschaften dieser Cyclophangrundstrukturen. Sie können in intramolekulare Chinhydrone überführt werden und daher wäre eine potenzielle Anwendung, zum Beispiel in Charge-Transfer-Komplexen, denkbar. Des Weiteren kann die generierte chirale Information für spätere Anwendungen von Interesse sein. The aim of the present work was the synthesis of a redox-labile linker for covalent crosslinking and controlled irreversible cleavage of nanohydrogel particles. For this purpose, two bromomethylated 1,4-benzoquinone building blocks were successfully prepared as starting compounds for the linker molecules. The syntheses were effectively optimized and the redox properties of the derivatives were analyzed in cyclovoltammetry measurements. The preparation of the redox-labile linker structure was investigated via five different routes. For the first two routes, a tertiary diamine, once symmetrical and once with a protective group, was used in addition to the quinone component. Both approaches supplied exclusively high-molecular products. In the next synthesis route, starting from a secondary diamine with a protective group, a linear linker precursor was successfully obtained. The quaternization of the amine side chains, which is important for the optimal complexation of the loading in the particle, could not be achieved. In a fourth route, reductive amination based on a dialdehyde starting material was used to synthesize the desired linker precursor in quantitative yield. Quaternization was also carried out in good yields and provided the quaternary linker precursor with iodide, tetrafluoroborate and methyl sulfate as counter ions. The following oxidation to achieve the quinone body from the para-dimethoxy unit was not successful yet. In the last synthesis route, 2,5-di(bromomethyl)-3,6-dimethyl-1,4-benzoquinone and a onefold protected primary diamine were used as starting materials. This led to the formation of an interesting cyclophane-based linker precursor. This structure enables covalent crosslinking of the nanoparticles by means of terminal primary amines. Due to the simple synthesis and the promising properties, the cyclophane structures obtained are also of interest for further applications. Substantial progress was achieved on the way to prepare the redox-labile linker structures and three promising precursors were synthesized. In addition, the novel Cyclophane synthesis was extensively investigated. The intensive optimization of the reaction conditions showed that the synthesis is very easy to perform. Neither inert nor anhydrous conditions are required. Furthermore, the method tolerates a large range of functional groups in the amine component. Due to the various functional groups tolerated in this synthesis, the cyclophanes can be further functionalized and embedded in larger systems. Of particular interest are the reductive properties of these cyclophane structures. They can be reduced to intramolecular quinhydrones and a potential application, for example in charge transfer complexes, is conceivable. Furthermore, the generated chiral information may be of interest for later applications.
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-4457
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000020662
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	getr. Zählung
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