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Supramolekulare Kontrolle der Abbauwege von VX mithilfe von Cucurbiturilderivaten

  • Im Rahmen dieser Arbeit wurden wasserlösliche acyclische Cucurbiturile dargestellt und hinsichtlich ihres Einflusses auf die Entgiftung von VX und anderen V-Stoffen untersucht. Konkret wurden ausgehend von aCB-NH2 bzw. aCB-Cl sechs acyclische Cucurbiturile synthetisiert, welche zwei Sulfonatgruppen zur Vermittlung der Wasserlöslichkeit und zwei Oxim- bzw. Hydroxamsäuregruppen enthalten, die die Entgiftung der V-Stoffe bewirken sollen. Von diesen sechs Verbindungen wurde die Entgiftungsaktivität von vier Produkten am Institut für Pharmakologie und Toxikologie bestimmt. Bei diesen Untersuchungen zeigte sich, dass das Derivat aCB-S2 als einziges der in dieser Arbeit dargestellten Derivate eine merkliche Entgiftungsaktivität besitzt. Die Halbwertszeiten der VX Entgiftung in Gegenwart dieser Verbindung beträgt 75 min und ist damit deutlich höher als die Halbwertszeit, die zuvor mit einem Sulfonatocalix[4]arenderivat erreicht werden konnte. Für den Einsatz als niedermolekularer VX Scavenger ist aCB-S2 nicht aktiv genug. Ebenso wurde im Rahmen der Arbeit die Darstellung von acyclischen Cucurbiturilen mit vier Sulfonsäuregruppen untersucht, die in den äußeren aromatischen Ringen der Naphthalin-einheiten, die für die NOP Entgiftung benötigten nukleophilen Gruppen enthalten. Hierbei gelang die Synthese eines acyclischen Cucurbiturils mit zwei Carboxylatgruppen, welches anschließend in die freie Carbonsäure überführt werden konnte. Die Anbindung von Substituenten mit Hydroxamsäuregruppen an die Carboxylatreste von aCB-2 gelang nicht. Mithilfe von Bindungsstudien wurde für die Komplexbildung von ACh eine Bindungskonstante log Ka von 4.4 bestimmt. Die Komplexbildung ist in analoger Weise zu anderen acyclischen Cucurbiturilderivaten enthalpiegetrieben. Aufgrund eines entropisch ungünstigen Beitrags zur Komplexbildung ist die ACh Affinität aber eine Größenordnung geringer als die des entsprechenden acyclischen Cucurbiturils ohne die Carboxylatgruppen. Die Charakterisierung der Wechselwirkung von VX mit verschiedenen Cucurbiturilderivaten zeigte, dass Cucurbiturile in ungepufferten wässrigen Lösungen und insbesondere in basischen Lösungen die Zersetzung von VX unter C-S Bindungsspaltung und Bildung des N,N-Diisopropylaziridiniumions induzieren. So wird VX in Gegenwart von CB7 in D2O nach dem Zusatz von 2 Äq. NaOH innerhalb von 30 min vollständig unter fast ausschließlicher Bildung von EMPT zersetzt. Cucurbiturile induzieren somit einen Abbauweg von VX, der in deren Abwesenheit normalerweise nur eine untergeordnete Rolle spielt. Ein Grund für den Einfluss von Cucurbiturilen auf die VX Zersetzung ist, dass VX nach Einlagerung in den Cucurbiturilhohlraum in einer für die intramolekulare Reaktion günstigen Konformation vororganisiert wird. Außerdem wird das entstehende Aziridiniumion im Hohlraum effizient stabilisiert, was andeutet, dass die Reaktionsbeschleunigung auch auf die Stabilisierung der sich entwickelnden positiven Ladung im Übergangszustand der Cyclisierung zurückzuführen ist. Eine beschleunigende Wirkung auf die Spaltung der C-S Bindung von VX wurde auch für die acyclischen Cucurbiturile aCB, aCB-NB und aCB-P gefunden. Mit aCB-T und aCB-PC wurden aber auch zwei acyclische Cucurbiturile identifiziert, die die Reaktion inhibieren. Der Einfluss von Cucurbiturilen auf die VX Zersetzung ist also kein genereller Effekt, sondern scheint empfindlich von der Cucurbiturilstruktur abzuhängen.

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Metadaten
Author:Beatrice Römer
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-65178
DOI:https://doi.org/10.26204/KLUEDO/6517
Advisor:Stefan Kubik
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2021/08/16
Year of Publication:2021
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2021/07/21
Date of the Publication (Server):2021/08/17
Number of page:213
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)