Dokument: Entwicklung von Synthesestrategien zur Effizienzsteigerung der Photolyse von o-Nitrobenzyl-Schutzgruppen
| Titel: | Entwicklung von Synthesestrategien zur Effizienzsteigerung der Photolyse von o-Nitrobenzyl-Schutzgruppen | |||||||
| Weiterer Titel: | Development of Synthesis Strategies to Increase the Efficiency of the Photolysis of o-Nitrobenzyl Protecting Groups | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=68041 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250113-111204-7 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Polle, Sven [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | PD Dr. Schaper, Klaus [Gutachter] Prof. Dr. Ganter, Christian [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Caged Compounds, o-Nitrobenzyl, photolabile Schutzgruppen | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Caged Compounds werden seit den 1970er Jahren in vielen Bereichen der Biologie, Chemie,
Medizin und Physik verwendet, um gezielt eine photoinduzierte Freisetzung von Substanzen zu gewährleisten. Dazu wird Licht einer spezifischen Wellenlänge genutzt, um Ort und Zeit der Freisetzung exakt zu bestimmen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung von Synthesestrategien zur Effizienzsteigerung der Photolyse von Caged Compounds. Eine Strategie, um die Effizienz der Photolyse zu steigern, ist die gezielte Population des Triplettzustandes. Als Grundbaustein der photolabilen Schutzgruppen wurden Vanillin 30 sowie Isovanillin 32 gewählt, da diese einen einfachen Zugang zum Strukturmotiv klassischer 4,5-Dialkoxy-2-nitrobenzyl-Schutzgruppen bieten und gleichzeitig als nachhaltige Rohstoffe gelten, da sie zu einem beachtlichen Anteil aus Lignin, einem Abfallprodukt der Papierindustrie, gewonnen werden. Als erster Ansatz zur gezielten Triplett-Population wurden erfolgreich die verknüpften, bichromophoren Modellsysteme 46 und 61 auf Vanillin-Basis dargestellt sowie erste Versuche hinsichtlich eines Bichromophors mit starrem Linker durchgeführt. Es zeigte sich, dass die Vertreter des Systems 46 mit der Kettenläge C2, C3 und C4 sich gut als Caged Compounds eignen und verbesserte Photolyseeigenschaften besitzen. Bei System 61, dem Regioisomer von 46, zeigte sich jedoch, dass keine Photolyse beobachtet werden konnte, was auf Wechselwirkungen der Nitrogruppe mit der benachbarten Methoxygruppe zurückgeführt werden kann. Weiterhin wurden halogenierte Systeme basierend auf Isovanillin dargestellt, um den Schweratomeffekt auszunutzen und so die ISC-Rate des Moleküls zu erhöhen. Das System 97 zeichnete sich durch exzellente Reaktionsquantenausbeuten aus. Durch das Einbringen einer Thioxanthoneinheit konnte System 97 zum bichromophoren System 100 erweitert werden. Dies führte zu einer weiteren Steigerung der - X - initialen Photolyserate. System 100 kombiniert dabei die Triplett-Population via intramolekularer Sensibilisierung – wie in System 46 – mit der Erhöhung der ISC-Rate durch ein Schweratom. Schließlich wurden erfolgreich neuartige Modellverbindungen für die Zelldiagnostik dargestellt. Dabei handelte es sich um das -carboxylierte System 109. Das Strukturmotiv wurde so gewählt, dass durch leichte Modifikationen ein Catch and Release von Krebszellen möglich ist. So kann Acetat mit Hyaluron-säure, wie bei Beispiel 102, substituiert werden. Hyaluronsäure ist in der Lage Krebszellen über den CD44-Rezeptor zu binden. Des Weiteren dient der Buttersäure-Substituent zur späteren Anbindung an ein thermoresponsives Hydrogel wie PNIPAM, dass bei Unterschreitung der LCST ebenfalls Krebszellen freisetzt. Dadurch können eingefangene Krebszellen mittels thermischen sowie photoinduzierten Stimuli gezielt freigesetzt werden. Im Vergleich zu bereits bekannten Systemen konnte die Reaktionsquantenausbeute von 109 um den Faktor 10 erhöht werden.Caged compounds have been used since the 1970s in many areas of biology, chemistry, medicine and physics to ensure the targeted, photo-induced release of substances. For this purpose, light of a specific wavelength is used to precisely determine the time and location of release. This thesis deals with the development of synthesis strategies to increase the efficiency of the photolysis of caged compounds. One strategy to increase the efficiency of photolysis is the targeted population of the triplet state. Vanillin 30 and isovanillin 32 were chosen as the basic building blocks of the photolabile protecting groups, as they offer easy access to the structural motif of classical 4,5-dialkoxy- 2-nitrobenzyl protecting groups. Furthermore, 30 and 32 are also considered sustainable raw materials, as they are obtained to a considerable extent from lignin, a waste product of the pulp industry. As a first approach to targeted triplet population, the linked, bichromophore model systems 46 and 61 were successfully synthesised on a vanillin basis and initial experiments were carried out on a bichromophore with a rigid linker. It was found that the representatives of system 46 with the chain length C2, C3 and C4 are well suited as caged compounds and feature improved photolysis properties. However, in the case of 61, the regioisomer of 46, no photolysis was observed, which can be attributed to interactions between the nitro group and the neighbouring methoxy group. Furthermore, halogenated systems based on isovanillin were synthesised in order to utilise the heavy atom effect and thus increase the ISC rate of the molecule. System 97 was characterised by excellent reaction quantum yields. This system could be extended to the bichromophoric system 100 by introducing a thioxanthone unit, which contributed to a further increase in the initial photolysis rate. System - XII - 100 combines the triplet population via sensitisation - as in system 46 - and by increasing the ISC rate using a heavy atom. Finally, novel model compounds for cell diagnostics were successfully presented. This involved the -carboxylated system 109, which was able to increase the reaction quantum yield by a factor of 10 compared to already known systems. The structural motif was chosen in such a manner that a catch and release of cancer cells is possible through slight modifications. For example, acetate can be substituted with hyaluronic acid, which is able to bind cancer cells via the CD44 receptor. Furthermore, the butyric acid substituent is used for subsequent binding to a thermoresponsive hydrogel such as PNIPAM, which also releases cancer cells when the LCST is undercut. Consequently, trapped cancer cells can be specifically released by means of thermally and photo-induced stimuli. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Organische Chemie und Makromolekulare Chemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 13.01.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 13.01.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 14.11.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 16.12.2024 |
