Anionenrezeptoren aus einfach und zweifach verbrückten Bis(cyclopeptiden)

Anion receptors derived from singly and doubly bridged bis(cyclopeptides)

  • Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Anionenrezeptoren aus einfach und zweifach verbrückten Bis(cyclopeptiden). Die Cyclohexapeptiduntereinheiten bestehen dabei aus einer alternierenden Sequenz aus L-Prolin und 6-Aminopicolinsäure. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden eine Reihe neuer einfach verbrückter Bis(cyclopeptide) synthetisiert und mit dem bis jetzt einzigen bekannten verbrückten Bis(cyclopeptid) dieser Art verglichen. Bei diesen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die neu dargestellten Bis(cyclopeptide) anorganische Anionen auf die gleiche Art wie das bereits bekannte binden. Dabei wird das Anion kooperativ durch die Cyclopeptiduntereinheiten über sechs Wasserstoffbrücken koordiniert. Mittels isothermer Titrationskalorimetrie (ITC) wurden die thermodynamischen Parameter der Komplexbildung der Anionen mit den Bis(cyclopeptiden) bestimmt. Es stellte sich heraus, dass die Linkerstruktur einen großen Einfluss auf die thermodynamischen Parameter der Komplexbildung besitzt, wenn auch die resultierenden Bindungskonstanten der Rezeptoren für ein Anion in einer ähnlichen Größenordung liegen. Mit einem log Ka von etwa 6,0 konnte in dieser Untersuchung einer der besten neutralen Sulfatrezeptoren in wässrigen Lösungsmitteln identifiziert werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde eine Strategie erarbeitet, die den Zugang zu zweifach verbrückten Bis(cyclopeptiden) ermöglicht. Dabei wurde die dynamische kovalente Chemie (DCC) bei der Synthese verwendet. Als reversible Reaktion wurde der Disulfidaustausch eingesetzt. Bei der Synthese wurde ein entsprechend dithiofunktionalisiertes Bis(cyclopeptid) in Anwesenheit verschiedener Dithiole als Linker und eines Templats umgesetzt. Dabei bildete sich die thermodynamisch stabilste Bis(cyclopeptid)-Linker Struktur aus. Es konnten im Laufe dieser Untersuchungen bereits erste Strukturen identifiziert werden, die selektiv für Anionen der Größe und Geometrie von Sulfat und Iodid waren. Dabei wurden nur Bis(cyclopeptide) gebildet, die einen Linker pro Brücke besaßen und es kam nicht zum Einbau verschiedener Linker in ein Bis(cyclopeptid). Im letzten Teil dieser Arbeit wurde überprüft, ob die Entwicklung eines Sensors auf Basis von einfach verbrückten Bis(cycloeptiden) möglich ist. Es konnte gezeigt werden, dass der Einsatz von Bis(cyclopeptiden) als Ionophore in ionenselektiven Elektroden (ISEs) kein viel versprechender Weg zur Erzeugung eines Sensors ist. Durch die Einführung eines fluoreszenzaktiven Linker konnte aber Bis(cyclopeptid) synthetisiert werden, dass in wässrigen Lösungen einen hochselektiven Fluoreszenzsensor für Sulfat darstellt. Dabei kommt es in Anwesenheit von Sulfat, selbst in Anwesenheit von 100 Äquivalenten Natriumchlorid, zu einer Löschung der Fluoreszenz. Keins der anderen acht untersuchten Anionen hatte einen ähnlichen Effekt auf das Fluoreszenzspektrum. Durch theoretische DFT Rechnungen konnte die Löschung der Fluoreszenz rationalisiert werden. Damit eröffnen sich erste praktische Anwendungen für die Bis(cyclopetide).
  • The scope of this work has been the development of new singly and doubly bridged biscyclopeptides. The hexacyclopeptides subunits correspond to an alternating sequence of L-proline and 6-aminopicolinic acid. In the first part of this work a series of new singly bridged biscyclopeptides were synthesized and compared to the only known biscyclopeptide of this kind. It could be demonstrated that all new biscyclopeptides bound inorganic anions in the same way as the known one. In these cases binding of the anion occurs through six H-bonds by cooperative interaction of the cyclopeptide subunits. Via isothermal titration calorimetry (ITC) it was possible to obtain the thermodynamic data for anion complexation. It was demonstrated that the linker structure had a major impact of the enthalpic and entropic contribution to complex formation, even if the binding constant for a single anion was in the same order of magnitude for the different receptors. With log Ka of nearly 6.0 one of the so far best neutral sulphate receptors in water mixtures could be identified. In the second part a strategy has been developed which provides access to doubly linked biscycloeptides. For synthesis dynamic covalent chemistry (DCC) was used. As reversible reaction the disulphide exchange was chosen. Hence, a dithio functionalized biscyclopeptid was mixed with various dithiols in the presence of a template. During these examination first new doubly linked biscyclopeptides were obtained which were selective for anions with a similar diameter and geometry like sulphate and iodide. In these investigations neither structures were identified with more than one linker per bridge nor structures with different linkers in a biscyclopeptide. In the last part the possibility of a sensor based on singly bridged biscyclopeptides was investigated. It was demonstrated that biscyclopeptides were not suitable to act as an ionophore in ion selective electrodes (ISEs) and hence not leading to a sensor. By introducing a fluorescent linker to a biscyclopeptide it was possible to obtain a fluorescent receptor which is selective for sulphate. By adding sulphate to a receptor solution the fluorescent was quenched, even in the presence of 100 equivalents sodium chloride. All other eight investigated anions showed no impact on the fluorescence spectra. Performing theoretical DFT calculations provided an insight to the reasons of quenching. These investigations open the door for first applications of such biscyclopeptides.

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Metadaten
Author:Carsten Reyheller
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-21366
Advisor:S. Kubik
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:2007/10/18
Tag:Anionenrezeptoren ; Cyclopeptide ; Fluoreszenz; ITC ; Supramolekulare Chemie
ITC ; anionic receptors ; cyclopeptides ; fluorescence; supramolecular chemistry
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften

$Rev: 12793 $