Dokument: Synthese, Struktur und Eigenschaften neuartiger 2-substituierter Chinoline und Bichromophore auf Pyrazolbasis

Titel:	Synthese, Struktur und Eigenschaften neuartiger 2-substituierter Chinoline und Bichromophore auf Pyrazolbasis
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=47852
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20181126-085206-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Cinar, Rahime [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 8,11 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 14.11.2018 / geändert 23.11.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Müller, Thomas J. J. [Gutachter] PD Dr. Schaper, Klaus [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie
Beschreibungen:	In der vorliegenden Arbeit wurden neuartige Bichromophore auf Pyrazolbasis synthetisiert und anschließend photophysikalisch untersucht. Als Ausgangsverbindung dient das 4-(5-(4-Hydroxyphenyl)-1-methyl-1H-pyrazol-3-yl)benzonitril (4a), das in einer Ein-Topf-Reaktion aus p-Cyanobenzoesäurechlorid (1a), 2-(4-Ethynylphenoxy)tetrahydro-2H-pyran (2a) und Methylhydrazin (3a) zugänglich ist. Die Bichromophore wurden aus den einzelnen Chromophoreinheiten über Ester- bzw. Etherbrücken miteinander verknüpft. Das so funktionalisierte Pyrazolderivat (4a) wurde durch die Reaktion mit zuvor optimierten und funktionalisierten Chromophoren (8) unter basischen Bedingungen in guten bis sehr guten Ausbeuten zu den neuen Bichromophoren (6) umgesetzt. Die erhaltenen Bichromophore (6a-d) wurden auf ihre photophysikalischen Eigenschaften hin untersucht. Das längstwellige Absorptionsmaximum des Pyrazolgrundgerüstes liegt bei 280 nm und der molare Emissionskoeffizent beträgt 46100 L mol-1 cm-1. Im Fluoreszenzsprektum konnte ein Emissionsmaximum bei 420 nm beobachtet werden. Die photophysikalischen Messungen offenbarten in den meisten Fällen einen vollständigen Energietransfer vom Pyrazol-Grundgerüst zur zweiten Chromophoreinheit. Anhaltspunkt für den beobachteten Energietransfer ist, dass das Emissionssignal des Pyrazols entweder abgeschwächt oder nicht detektierbar war. Außerdem wurden 2,6-substituierte Chinolin- und Naphthyridinderivate (19 und 20) mit Hilfe der mikrowellen-gestützten Kupplungs-Isomerisierung-Reaktion (MACIR) der 2-Aminoarylhalogeniden (16) mit Propargylalkoholen (18) nach dem Ein-Topf-Prinzip erhalten. Basierend auf dieser Methode konnten (19 und 20) in guten bis exzellenten Ausbeuten dargestellt werden. Da Chinolinderivate eine weite pharmakologische Anwendung finden, wurden die gewonnenen Verbindungen auf Aktivität gegen Plasmodium falciparum untersucht. Der Einfluss der synthetisierten Chinolin - und Naphtharidinderivaten 19 und 20 auf Plasmodium falciparum, dem Erreger der Malaria tropica, wurde am Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immonologie und Parasitologie in Universitätsklinikim Bonn über die Hemmung des Wachstums bestimmt. Vor allem die Verbindungen 20a und 20e zeigen starke Wirksamkeit gegen Plasmodium bei niedrigen mikromolaren Konzentartionen (20 M). Abschließend wurden die 4’-N,N-Dimethylamino-2-trans-styrylchinolinederivative 19l-n mit der etabilierten Methode hergestellt und untersucht. Bei den hergestellten Verbindungen handelt es sich um Donor-Akzeptor-Systeme. Besondere Aufmerksamkeit wurde bei der Bestimmung der photophysikalischen Eigenschaften dieser Verbindungen in Abhängigkeit vom Protonierungsgrad gewidmet. Den stärksten solvatochromen Effekt der untersuchten Verbindungen zeigt 4’-N,N-Dimethylamino-2-trans-styryl-(6-cyanochinolin) (19n). Die Akzeptor-Donor-Systeme 19l-n verfügen über eine intensive gelblgrüne Tageslichtfluoreszenz mit Fluoreszenzquantenausbeuten zwischen 12-17 %. Zudem weisen sie hohe Stokes-Verschiebungen von 5400-5900 cm-1 auf, was auf eine signifikante Geometrieänderung oder Ladungstranfer der Moleküle beim Übergang vom Grundzustand in den angeregten Zustand hindeutet. Die längstwelligen Absorptionsmaxima liegen zwischen 392-420 nm mit molaren Extinktionskoeffizienten zwischen 27000-39900 L mol-1cm-1 in Dichlormethan. Die Lösungsmittelpolarität hat dabei kaum einen Einfluss auf die Lage der Absorptionsmaxima. Die Lage der Emissionsmaxima nehmen stark mit zunehmender Lösungsmittelpolarität zu. Schon mit bloßem Auge ist die Lösungsmittelabhängigkeit der Emission der Donor-Akzeptor-Verbindungen nach Anregung zu beobachten. Basierend auf der Onsager-Theorie wurden der sphärische Onsager-Radius der Verbindung 19n auf 8.6 Å abgeschätzt. Durch Analyse der Änderung der Stokes-Verschiebungen der Lösungsmittelpolaritäten kann die Änderung des Dipolmoments  bestimmt werden, welche sehr groß ist und 22 D beträgt. Damit konnte eindrucksvoll bewiesen werden, dass dieser Donor-Akzeptor-Chromophor eine große Dipolmomentsdifferenz beim Übergang vom elektronischen Grundzustand in den angeregten Zustand aufweist. Die einfach Protonierung der 4’-N,N-Dimethylamino-2-trans-styrylchinoline 19l-n-H+ bewirkt eine bathochrome Verschiebung des Absorptinsmaximums im Bereich von 512-547 nm und führt zum statischen Löschen der Fluoreszenz. Allerdings kann nach der doppelten Protonierung eine Änderung der Lagen der Absorptionsmaxima beobachtet werden, die zwischen 362-380 nm liegen. Interessanterweise zeigten sich bei den Verbindungen 19l-n-2H+ eine deutlich hypsochrome Verschiebung ihrer Emissionsmaxima gegenüber der Emission der Verbindungen 19l-n. Für die protonierten Formen 19n-H+ und 19n-2H+ konnten in einem Titrationsexperiment pKs-Werte von 5.99 und 3.91 ermittelt werden. Das beschriebene Verhalten ist reversibel, da eine anschließende Neutralisation der protonierten Spezies mit Triethylamin zum ursprünglichen Fluoreszenzsignal führt. Somit könnten die 4‘-N,N-Dimethylamino-trans-styrylchinoline 19l-n als ON-OFF-ON pH-sensitive Fluoreszenzsensoren in Betracht kommen. Mit Hilfe von Solvatochromiemessungen, Absorptions- und Emissionsmessungen der protonierten Spezies und quantenmechanischen Berechnungen (mittels DFT und TD-DFT-Methoden durch Dr. Jan Nordmann) konnten wichtige Erkenntnisse über die Struktur und die Elektronenverteilung des elektronischen Grund- und angeregten Zustands gewonnen werden. Within this work novel bichromophores based on pyrazole cores have been prepared and their photophysical properties were characterized. 4-(5-(4-hydroxyphenyl)-1-methyl-1H-pyrazol-3-yl) benzonitrile 4a acts as starting material, which can be accessed by a one-pot reaction of p-cyanobenzoyl chloride 1a, 2-(4-ethynylphenoxy) tetrahydro-2H-pyran 2a and methylhydrazine 3a. The synthesis of new bichromophores 6 was achieved by a reaction between this functionalized pyrazole and previously optimized and functionalized chromophres under basic conditions in good to very good yields. These two chromophores 8 are linked by an ether or ester bridge. The absorption and emission properties of the bichromophores 6 a-d were investigated. The longest wavelength absorption maximum of the pyrazole scaffold is at 280 nm with a molar extinction coefficient of 46100 L mol-1 cm-1 and the fluorescence spectrum shows an emission maximum at 420 nm. All bichromophores display luminescence. The photophysical measurements showed an energy transfer from the pyrazolefragment to the second chromophore. Mixed colors weren’t detected. The fact that the emission of the pyrazole was significantly decreased or even not detectable was an indication for the energy transfer. In addition, quinoline derivatives were obtained from the MACIR in a one-pot synthesis of o-aminoarylhalogenated 16 with propargyl alcohols 18. Based on this method, 2,6-substituted quinoline and naphthyridine derivatives 19 and 20 were prepared in good to excellent yields. Since quinoline derivatives are widely pharmacological used, with a focus on the antimicrobial activity, the compounds obtained are examined on their activity against plasmodium falciparum. The influence of the synthesized quinoline- and naphtharidine derivatives 19 and 20 on Plasmodium falciparum, the causative agent of malaria tropica, was determined by the Department of Medical Mikrobiology, Immonology and Parasitology in Bonn (Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immonologie und Parasitologie in Universitätskinikum Bonn) on the inhibition of growth. In particular, the compounds 20a and 20e show potent activity against plasmodium at lower micromolar concentrations (20 M). Futuremore, 4'-N,N-dimethylamino-2-trans-styryl quinoline derivatives 19 l-n were prepared and tested by the same synthetic route. The synthesised compounds are donor-acceptor systems. Special attention dedicated to the solvatochromatic and the fluorescence of these compounds in allocation to protonation. The strongest solvatochromic effect of the tested compounds showed 4'-N,N-dimethylamino-2-trans-styryl (6-cyanoquinoline) 19n. These acceptor-donor systems 19l-n show intense yellow-green daylight fluorescence with remarkably high quantum yields between 12-17%. Moreover, they exhibit high Stokes shifts of 5400-5900 cm-1, indicating significant changes in geometry or charge density of the molecules during the transition from the ground state to the excited state. The longest wavelength absorption maxima are between 392-420 nm with a extinction coefficient between 27000-39900 Lmol-1cm-1 detected in dichloromethane. The photophysical properties of the compounds show a significant solvatochromism and protochromism. The solvent polarity has little effect on absorption maxima and thus there is a low solvatochromism. Yet, the position of the emission maxima decreases strongly with increasing solvent polarity. The solvent polarity dependence of the emission of the donor-acceptor compounds upon excitation with UV-light can already be observed with the naket eye. Based on the Onsager theory, the spherical Onsager radius of the compound 19n is estimated to 8.6Å. Through analysis of the Stokes shift can of the solvent polarity, the difference in the dipole moment  can be determined, which is very large and is 22 D. This could clearly demonstrate that this donor-acceptor chromophore has a large dipole moment in the transition from the electronical back ground state to the excited state. The ground state dipole moment G calculated by the ground state and 13 D, thus the dipole moment in the excited state results 35 D. Monoprotonation of 4'-N,N-dimethylamino-2-trans-styryl quinoline derivatives 19l-n-H+ causes a bathochromic shift of the absorption maximum in the range between 512-547 nm and leads to a static quenching of fluorescence. However, after the dual protonation the absorption maxima are between 362 to 380 nm. Interestingly, a clear hypsochromic shift of the emission maxima compounds 19l-n-2H+ compared to the emission of compounds 19l-n can be detected. Based on the donor-acceptor model compound 19n the effect of solvent polarity was investigated on the longest-wavelength absorption- and emission bands. A positive solvatochromism could be observed which means in very good correlation with the parameters of Lippert-Mataga polarity. For mono protonated form 19n-H+ and double protonated form 19n-2H+ pKs values of 5.99 and 3.91 could be determined in a titration experiment. This behavior is reversible because a subsequent neutralization of protonated samples led to the original fluorescence signal with triethylamine. Consequently an application of 4-N,N’-dimethylamino-trans-styryl quinoline 19l-n in ON-OFF-ON pH-sensitive fluorescent sensors can be considered. The solvatochromism absorption- and emission measurements of the protonated species and quantum mechanical calculations (DFT and TD-DFT methods by Dr. Jan Nordmann) could gaine important knowledge of the structure and electron distribution of the electronic ground state.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Organische Chemie und Makromolekulare Chemie
Dokument erstellt am:	26.11.2018
Dateien geändert am:	26.11.2018
Promotionsantrag am:	10.09.2018
Datum der Promotion:	17.10.2018