Versuche zur Synthese neuartiger fluoreszierender Spin-Traps

Attempts for the synthesis of new fluorescent Spin-Traps

  • Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung fluoreszenzmarkierter Pyrrolin-N-oxide sowie von Stilbennitronen. Diese Verbindungen sind aufgrund ihrer chemischen Struktur zum Abfangen kurzlebiger Radikale befähigt, wobei sie selbst zu einem langlebigen Radikal-Addukt reagieren. Diese Methode ist unter dem Namen „Spin-Trapping“ bekannt und wird bevorzugt zum Nachweis reaktiver Sauerstoffspezies in biologischen Systemen eingesetzt. Zu diesem Zweck wurde zunächst die Synthese der Spin-Trap EMPO etabliert und versucht, diese durch Umesterung mit einem Fluoreszenzfarbstoff zu markieren. Da dieser Syntheseweg erfolglos blieb, wurden die neuen Spin-Trap-Verbindungen BocAEMPO, AEMPO, BocEAEMPO und EAEMPO synthetisiert. Versuche zur Umsetzung dieser Verbindungen mit einer Reihe von Fluoreszenzfarbstoffen verliefen jedoch ebenfalls ohne Erfolg. Ursache hierfür ist die ausgeprägte Reaktivität der zum Spin-Trapping benötigten Nitron-Gruppe. Die hierzu benötigten NBD- und BODIPY-Farbstoffderivate wurden ebenfalls selbst synthetisiert. Weiterhin wurden Versuche zur Direktsynthese einer fluoreszenzmarkierten Spin-Trap unternommen. Ziel war hierbei, vor dem Erzeugen der Nitron-Gruppe bereits ein Fluorophor im Molekül einzubauen. Diese Versuche scheiterten jedoch an der Empfindlichkeit der verwendeten Farbstoffe. In einem Fall konnte zwar ein BODIPY-System erfolgreich unter den Bedingungen der Nitronsynthese erhalten werden, jedoch war das erhaltene Produkt nicht eindeutig charakterisierbar. Weiterhin wurde die Synthese von DEPMPO etabliert und erste Versuche zur Modifikation dieser Spin-Trap unternommen. Die neu synthetisierten Spin-Traps wurden mit sechs verschiedenen Radikalen zu ihren Addukten umgesetzt und durch ESR-Spektroskopie charakterisiert. Aus den durchgeführten Kinetikmessungen wurden die Zerfallskonstanten und die Halbwertszeiten der Spin-Addukte bestimmt. In einem weiteren Teil dieser Arbeit wurden Stilbennitrone hergestellt. Hierbei wurde die Synthese von Stilbenaldehyd-Derivaten mittels Heck-Reaktionen etabliert und im Anschluss drei verschiedenen Stilbennitrone synthetisiert. Diese wurden sowohl ESR- als auch UV- und Fluoreszenz-spektroskopisch charakterisiert. Mit der Verbindung Nitrostilbennitron wurden erste Versuche zum Fluoreszenzquenching und zur Inkubation von COS7-Zellen unternommen. Bei den Quenchingversuchen konnten die erwarteten Effekte bei der Reaktion mit OH-Radikalen gemessen werden. Die Inkubation der COS7-Zellen verlief ebenfalls erfolgreich, wobei hier jedoch aufgrund technischer Limitierungen auf Seiten der verfügbaren Mikroskope keine Aussagen zur Spezifität der erreichten Färbung getroffen werden können.
  • Aim of the dissertation was the synthesis and characterization of fluorescent pyrroline-N-oxides and stilbene nitrones. Due to their chemical structures, these compounds can trap short living radicals and yield longer living radical adducts. This method is known as "Spin-Trapping" and is used for the detection of reactive oxygen species in biological systems. First step was the synthesis of the spin trap EMPO and attempts for a transesterification with functionalized fluorescent dyes. This attempt failed, so the synthesis of the new spin traps BocAEMPO, AEMPO, BocEAEMPO and EAEMPO was established. Attempts for the labeling of these spin traps also failed due to the high reactivity of the nitrone group. The therefore utilized fluorescent dyes of the NBD- and BODIPY-type were synthesized as well. Further experiments included the direct synthesis of a fluorescent spin trap by introducing the fluorescent dye before the synthesis of the nitrone group. The attempts failed due to the high sensitivity of the used dyes. Further the synthesis of the spin trap DEPMPO was established as well as first steps for the modification of this trap. EPR characterization of the new spin traps was carried out by trapping experiments with six different radicals. Correspondng kinetic measurements were used for the determination of the decay constants and half life times of the radical addutcs. In a second part of this thesis, stilbene nitrones were synthesized. In this context, the synthesis of stilbene aldehyde derivatives via Heck-coupling was established and three different stilbene nitrones were synthesized. These nitrones were characterized via fluorescence- and EPR-spectroscopy. With a nitronstilbene derivative, fluorescence quenching experiments and incubation of COS7-cells were done. The quenching experiments of OH-radical trapping showed the expected effects. Incubation of the COS7-cells was successful but due to technical limitations no conclusions on the specifity of the staining could be drawn.

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Metadaten
Author:Stefan Hauck
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-21132
Advisor:Wolfgang E. Trommer
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2007
Year of Publication:2007
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2007/04/26
Tag:EMPO
EPR-Spectroscopy ; Fluorescence ; Nitrones ; Stilbene derivatives ; spin trapping
GND-Keyword:Elektronenspinresonanzspektroskopie ; Fluoreszenz ; Nitrone ; Spin trapping ; Stilbenderivate
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften

$Rev: 12793 $