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Diese Arbeit beinhaltet die Synthese zweier cyclischer Amidat-Liganden und die Untersuchung des Koordinationsverhaltens dieser Makrocyclen. Dabei wurden die strukturellen, elektrochemischen und spektroskopischen Eigenschaften der entstandenen Komplexverbindungen untersucht. Um höhere Oxidationsstufen am Metallion besser zu stabilisieren als durch neutrale Liganden, wurden die Liganden H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC und HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) hergestellt. Es sind zwölfgliedrige makrocyclische Ringe mit vielen sp\(^2\)-hybridisierten Atomen, die eine sterische Rigidität bedingen. Gleichzeitig besitzen sie zwei trans-ständige, sp\(^3\)-hybridisierte Amin-Donoratome, die eine Faltung entlang der N\(_{Amin}\)-N\(_{Amin}\)-Achse ermöglichen. Die äquatorialen Stickstoffdonoratome werden durch deprotonierte Amid-Gruppen bzw. durch das Stickstoffatom eines Pyridinrings zur Verfügung gestellt. Für beide Liganden konnte eine zufriedenstellende Syntheseroute, mit passablen Ausbeuten etabliert werden. In der Kristallstruktur des Makrocyclus HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) wird eine Wanne-Wanne-Konformation beobachtet. Die für eine cis-oktaedrische Koordination an Metallionen benötigte Konformation wird bereits im metallfreien Zustand des Liganden wegen der intramolekularen Wasserstoffbrückenbindungen verwirklicht. Die freie Rotation um die C-C-Bindungen ist bei diesem Liganden nur leicht gehindert, da die diastereotopen H-Atome der Methylengruppen im \(^1\)H-NMR-Spektrum als breite Singuletts in Erscheinung treten. Die Makrocyclen konnten erfolgreich mit Nickel(II)-, Kupfer(II)- und Cobalt(II)-Ionen komplexiert und kristallisiert werden. Dabei wurden zufriedenstellende Ausbeuten erhalten. Ohne weiteren zweifach koordinierenden Coliganden bildet der Ligand H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC stets fünffach koordinierte Mono-chloro-Komplexe. Der Ligand HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) bildet sechsfach koordinierte Verbindungen. Durch die Verwendung von zweizähnigen Coliganden wurde für den Makrocyclus H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC eine sechsfache Koordination erzwungen. Wie alle sechsfach koordinierte Verbindungen in dieser Arbeit liegen sie in einer cis-oktaedrischen Koordinationsumgebung vor. Um Vergleichskomplexe zu erhalten, wurden auch mit den Diazapyridinophan-Liganden L-N\(_4\)Me\(_2\) und L-N\(_4\)\(^t\)Bu\(_2\) die entsprechenden Kupfer- und Nickelkomplexe mit den jeweiligen Coliganden synthetisiert. In den Kristallstrukturen sind die entsprechenden Verbindungen der Diazapyridinophan-Liganden generell stärker gefaltet als die der Amidat-Liganden. Durch die starken \( \sigma\)-Donoreigenschaften der Amidatgruppen werden im Allgemeinen kürzere äquatoriale Bindungen zu den Metallionen verursacht. Durch den Vergleich der Bindungslängen mit ähnlichen bekannten high- und low-spin-Cobalt(II)-Komplexen hat sich gezeigt, dass für die Länge der Co-N\(_{Amid}\)-Bindung im high-spin-Zustand Werte von 1,95 bis 1,97 Å gefunden werden. Für den low-spin-Zustand werden Werte zwischen 1,92 und 1,95 Å gefunden. Durch die elektrochemischen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass beim überwiegenden Teil der Verbindungen das Potential der Oxidationen deutlich in der Reihenfolge der Makrocyclen H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC < HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\) < L-N\(_4\)Me\(_2\) < L-N\(_4\)\(^t\)Bu\(_2\) ansteigt. Das belegt eindeutig die leichtere Oxidierbarkeit der Komplexe mit den negativ geladenen Liganden, die damit höhere Oxidationsstufen besser stabilisieren. Durch die Energie der ersten Anregung in den UV/Vis-Spektren der Nickel(II)-Komplexe ergibt sich die Ligandenfeldstärke der makrocyclischen Liganden etwa in der Reihenfolge H\(_2\)L-Me\(_2\)TAOC ≈ L-N\(_4\)Me\(_2\) > L-N\(_4\)\(^t\)Bu\(_2\) ≈ HL-TAAP-\(^t\)Bu\(_2\).
The gas phase infrared and fragmentation spectra of a systematic group of trimetallic oxo-centered
transition metal complexes are shown and discussed, with formate and acetate bridging ligands and
pyridine and water as axial ligands.
The stability of the complexes, as predicted by appropriate ab initio simulations, is demonstrated to
agree with collision induced dissociation (CID) measurements.
A broad range of DFT calculations are shown. They are used to simulate the geometry, the bonding
situation, relative stability and flexibility of the discussed complexes, and to specify the observed
trends. These simulations correctly predict the trends in the band splitting of the symmetric and
asymmetric carboxylate stretch modes, but fail to account for anharmonic effects observed specifically
in the mid IR range.
The infrared spectra of the different ligands are introduced in a brief literature review. Their changes
in different environments or different bonding situations are discussed and visualized, especially the
interplay between fundamental-, overtone-, and combination bands, as well as Fermi resonances
between them.
A new variation on the infrared multi photon dissociation (IRMPD) spectroscopy method is proposed
and evaluated. In addition to the commonly considered total fragment yield, the cumulative fragment
yield can be used to plot the wavelength dependent relative abundance of different fragmentation
products. This is shown to include valuable additional information on the excited chromophors, and
their coupling to specific fragmentation channels.
High quality homo- and heterometallic IRMPD spectra of oxo centered carboxylate complexes of
chromium and iron show the impacts of the influencing factors: the metal centers, the bridging ligands,
their carboxylate stretch modes and CH bend modes, and the terminal ligands.
In all four formate spectra, anharmonic effects are necessary to explain the observed spectra:
combination bands of both carboxylate stretch modes and a Fermi resonance of the fundamental of
the CH stretch mode, and a combination band of the asymmetric carboxylate stretch mode with the
CH bend mode of the formate bridging ligand.
For the water adduct species, partial hydrolysis is proposed to account for the changes in the observed
carboxylic stretch modes.
Appropriate experiments are suggested to verify the mode assignments that are not directly explained
by the ab initio calculations, the available experimental results or other means like deuteration
experiments.
Im Fokus dieser Promotionsarbeit stand die Synthese neuer kationischer Eisenkomplexe, die
sowohl einen Cyclopentadienyl-, als auch einen Phenylliganden besitzen. Der Sechsringligand
wurde dabei mit stickstoff- oder phosphorhaltigen Substituenten funktionalisiert. Dabei konnten
erstmals Eisenarenkomplexe mit Azidobenzolliganden isoliert und charakterisiert werden. Die
Umsetzung mit heterocyclischen Nucleophilen zeigte bei den 1,2,3-Triazolen die Möglichkeit in
1- und 2-Position eine Bindungsknüpfung einzugehen. Dies konnte durch die Verwendung von
Imidazolidsalzen umgangen werden und so konnte eine Reihe mono- und disubstituierter
Eisenkomplexe mit Methylimidazol und Benzimidazol synthetisiert werden. Durch Alkylierung und
Benzylierung gelang auf diesem Weg der Zugang zu di- und trikationischen Eisenarenkomplexen,
welche die Vorstufe zu NHC-Komplexen bilden. Für die Funktionalisierung mit phosphorhaltigen
Gruppen konnte ein Syntheseweg erarbeitet und auf disubstituierte Komplexe übertragen werden.
Es gelang durch die Koordination von Gold einen kationischen heterobimetallischen Komplex zu
synthetisieren und vollständig zu charakterisieren. Dieser zeigte in mehreren
Cyclisierungsreaktionen hohe katalytische Aktivität, welche über der literaturbekannter
Katalysatoren lag. Mitunter konnten vergleichbare Umsätze unter milderen Bedingungen erzielt
werden.
Increasing costs due to the rising attrition of drug candidates in late developmental phases alongside post-marketing withdrawal of drugs challenge the pharmaceutical industry to further improve their current preclinical safety assessment strategies. One of the most common reasons for the termination of drug candidates is drug induced hepatotoxicity, which more often than not remains undetected in early developmental stages, thus emphasizing the necessity for improved and more predictive preclinical test systems. One reason for the very limited value of currently applied in vitro test systems for the detection of potential hepatotoxic liabilities is the lack of organotypic and tissue-specific physiology of hepatocytes cultured in ordinary monolayer culture formats.
The thesis at hand primarily deals with the evaluation of both two- and three-dimensional cell culture approaches with respect to their relative ability to predict the hepatotoxic potential of drug candidates in early developmental phases. First, different hepatic cell models, which are routinely used in pharmaceutical industry (primary human hepatocytes as well as the three cell lines HepG2, HepaRG and Upcyte hepatocytes), were investigated in conventional 2D monolayer culture with respect to their ability to detect hepatotoxic effects in simple cytotoxicity studies. Moreover, it could be shown that the global protein expression levels of all cell lines substantially differ from that of primary human hepatocytes, with the least pronounced difference in HepaRG cells.
The introduction of a third dimension through the cultivation of spheroids enables hepatocytes to recapitulate their typical native polarity and furthermore dramatically increases the contact surface of adjacent cells. These differences in cellular architecture have a positive influence on hepatocyte longevity and the expression of drug metabolizing enzymes and transporters, which could be proven via immunofluorescent (IF) staining for at least 14 days in PHH and at least 28 days in HepaRG spheroids, respectively. Additionally, the IF staining of three different phase III transporters (MDR1, MRP2 and BSEP) indicated a bile canalicular network in spheroids of both cell models. A dose-dependent inducibility of important cytochrome P450 isoenzymes in HepaRG spheroids could be shown on the protein level via IF for at least 14 days. CYP inducibility of HepaRG cells cultured in 2D and 3D was compared on the mRNA level for up to 14 days and inducibility was generally lower in 3D compared to 2D under the conditions of this study. In a comparative cytotoxicity study, both PHH and HepaRG spheroids as well as HepaRG monolayers have been treated with five hepatotoxic drugs for up to 14 days and viability was measured at three time points (days 3, 7 and 14). A clear time- and dose-dependent onset of the drug-induced hepatotoxic effects was observable in all conditions tested, indicated by a shift of the respective EC50 value towards lower doses by increasing exposure. The observed effects were most pronounced in PHH spheroids, thus indicating those as the most sensitive cell model in this study. Moreover, HepaRG cells were more sensitive in spheroid culture compared to monolayers, which suggests a potential application of spheroids as long-term test system for the detection of hepatotoxicities with slow onset. Finally, the basal protein expression levels of three antigens (CYP1A2, CYP3A4 and NAT 1/2) were analyzed via Western Blotting in HepaRG cells cultured in three different cell culture formats (2D, 3D and QV) in order to estimate the impact of the cell culture conditions on protein expression levels. In the QV system enables a pump-driven flow of cell culture media, which introduces both mechanical stimuli through shear and molecular stimuli through dynamic circulation to the monolayer. Those stimuli resulted in a clearly positive effect on the expression levels of the selected antigens by an increased expression level in comparison to both 2D and 3D. In contrast, HepaRG spheroids showed time-dependent differences with the overall highest levels at day 7.
The studies presented in this thesis delivered valuable information on the increased physiological relevance in dependence on the cell culture format: three-dimensionality as well as the circulation of media lead to a more differentiated phenotype in hepatic cell models. Those cell culture formats are applicable in preclinical drug development in order to obtain more relevant information at early developmental stages and thus help to create a more efficient drug development process. Nonetheless, further studies are necessary to thoroughly characterize, validate and standardize such novel cell culture approaches prior to their routine application in industry.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden nachhaltige Konzepte zur selektiven C-C, C-N, und C-S Bindungsknüpfung erarbeitet. Der Fokus lag dabei auf der Entwicklung katalytischer und ressourcenschonender Prozesse, die auf leicht zugänglichen und kostengünstigen Startmaterialien beruhen.
Im ersten Teilprojekt gelang es, eine abfallminimierte Eintopfsynthese von Amiden ausgehend von den entsprechenden Ammoniumcarboxylaten und einem niedermolekularen Alkin als Aktivator zu entwickeln. Entscheidend hierbei war die Identifikation eines hochaktiven und stabilen Rutheniumkatalysators, mit dem die Addition des Carboxylates an das Alkin selbst in Gegenwart von Aminen möglich ist. Eine Aminolyse der intermediär gebildeten Enolester liefert im Anschluss die gewünschten Amide zusammen mit einer niedermolekularen und leicht abtrennbaren Carbonylverbindung als einzigem Nebenprodukt.
In einem weiteren Projekt gelang es eine carboxylatdirigierte ortho-Arylierung von Benzoesäuren mit kostengünstigen und breit verfügbaren Arylhalogeniden zu entwickeln. Der bei diesem Verfahren eingesetzte Rutheniumkatalysator besticht dabei nicht nur durch seine hohe Aktivität, sondern ist im Vergleich zu bisher genutzten Katalysatoren um ein vielfaches günstiger und erlaubt selbst die Umsetzung von unreaktiveren Arylchloriden. Durch Kombination dieser neu entwickelten Methode mit einer Protodecarboxylierung bzw. einer decarboxylierenden Kreuzkupplung konnte weiterhin die Carboxygruppe als Ankerpunkt für weitere Funktionalisierungsschritte genutzt und so deren Überlegenheit im Vergleich zu anderen dirigierenden Gruppen demonstriert werden.
Daneben gelang in einem dritten Teilprojekt, welches zwei thematisch sehr verwandte Unterprojekte umfasst, die Einführung der pharmakologisch bedeutsamen Trifluormethylthiolgruppe in aliphatische Substrate unter Verzicht auf stöchiometrische Mengen an präformierten Metallspezies. Unter Verwendung der lagerstabilen Me4NSCF3 Vorstufe, welche aus den kommerziell erhältlichen Reagenzien Me4NF, elementarem Schwefel und TMS-CF3 zugänglich ist, konnten -Diazoester erstmals mit katalytischen Mengen eines Kupfersalzes zu den entsprechenden trifluormethylthiolierten Produkten umgesetzt werden. Zusätzlich hierzu gelang es, über eine indirekte Reaktionsführung aliphatische Kohlenstoffelektrophile, wie Halogenide oder Mesylate, in einer Eintopfreaktion zunächst zu thiocyanieren und anschließend über einen Langlois-Austausch mit kostengünstigem TMS-CF3 in die entsprechenden trifluormethylthiolierten Spezies umzuwandeln. Beide Verfahren bestechen mit einer hohen Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen und einer deutlichen Reduktion der gebildeten Abfallmengen im Vergleich zu etablierten Verfahren.
Im letzten Teilprojekt dieser Arbeit konnte eine abfallfreie Hydroxymethylierung terminaler Alkine unter Nutzung von CO2 als nachhaltigem C1-Baustein realisiert werden. Durch den Einsatz der organischen Base 2,2,6-6-Tetramethylpiperidin werden Phenylacetylenderivate in einem sequentiellen Eintopfverfahren zunächst carboxyliert und im Anschluss daran zu den entsprechenden Alkoholen hydriert, wobei die Base nach der Sequenz wieder freigesetzt und als einziges Nebenprodukt Wasser gebildet wird. Analog dazu gelang es durch die Nutzung von Kaliumphosphat als Base dieses Konzept auch auf die anspruchsvolleren aliphatisch substituierten Alkine zu übertragen. Als Schlüsselschritt dieser Reaktionssequenz gilt eine Veresterung der intermediär gebildeten Kaliumcarboxylate in Methanol unter CO2 Druck. Das zusammen mit dem Produkt gebildete Basengemisch aus Kaliumhydrogencarbonat und Dikaliumhydrogenphosphat kann anschließend durch thermische Behandlung wieder in Wasser, Kohlendioxid und die eingesetzte Base Kaliumphosphat umgewandelt werden, sodass in der Gesamtsequenz lediglich Wasser als Nebenprodukt anfällt.
In dieser Arbeit sollten Liganden für Übergangsmetalle auf Basis von cyclischen Peptiden mit natürlichen und nicht-natürlichen Aminosäureuntereinheiten entwickelt werden. Durch die chiralen Aminosäuren in den Cyclopeptiden sollte deren Chiralität auf den Metallkomplex übertragen werden. Dadurch könnten Materialien für die Racematspaltung auf Basis von Koordinationsnetzwerken oder chirale Rezeptoren mit geeigneten Hohlräumen auf Basis von diskreten Koordinationsverbindungen zugänglich werden. Cyclische Kationenrezeptoren können als Wirkstoff in der Medizin Anwendung finden, zum Beispiel als Mimetikum für Ionophore wie Valinomycin.
Im ersten Teil der Arbeit wurden die Synthesen einer Reihe von Cyclotetrapeptiden, welche in alternierender Reihenfolge Prolin- und nicht-cyclische α-Aminosäureuntereinheiten enthielten, verfolgt. Als vielversprechendste Grundstruktur erwies sich dabei ein Cyclotetrapeptid mit D-Phenylalanin und L-4-Azido-Prolineinheiten, da es eine Vielzahl von möglichen Funktionalisierungen über die Azidgruppen ermöglichte. Durch Einführung geeigneter funktioneller Gruppen in der Peripherie des Cyclopeptidrings wurden Koordinationsstellen für Metallzentren geschaffen. Von den erhaltenen Produkten eignete sich keins für den Aufbau von Koordinationsnetzwerken (Metal-organic frameworks; MOF). Die Ursache ist höchstwahrscheinlich die zu hohe Flexibilität der betreffenden Cyclopeptide. Die hohe Flexibilität dieser Verbindungen wurde ebenfalls bei den Versuchen zur Darstellung von diskreten Koordinationsverbindungen mit Pd(II) deutlich. Hier wurde ein dinuklearer Pd(II)-Komplex erhalten, in dem die beiden Cyclopeptidliganden charakteristisch andere Konformationen annehmen als in der freien Form.
Weiterhin wurde im zweiten Teil der Arbeit eine Synthese für Cyclohexapeptide mit N-alkylierten 5-Amino-4-oxo-1,4-dihydropyridin-3-carbonsäureeinheiten entwickelt. Das gewünschte Produkt wurde in einer 16-stufigen Synthese erhalten. NMR-spektroskopische Studien zeigten, dass es in Lösung ein komplexes Konformerengleichgewicht aufweist. Die Studien deuten außerdem an, dass es mit Alkalimetallionen in Lösung wechselwirkt.
The N-containing heterocycles have received strong attention from the organic synthesis field because of their importance for pharmaceutical and material sciences. Nitrogen element plays an important role between inorganic salts and biomolecules, to search convenient methods combine C-N bond together become a hot topic in recent decades.
Since the early beginning of 20th century, transition-metal-catalyzed coupling reactions had been well-known and world widely spread in organic researchs, achieved abundant significant progress. In the other side, the less toxic and more challenging transition metal free coupling method remained further potential value.
With the evolution of amination reactions and oxidants, more and more effective, simplified, and atom economic organic synthesis methods will come soon. And these stories also drove me to think about investigating the novel cross-dehydrogenative-coupling amination methods development as the topics of my PhD research.
Thus, we selected the phenothiazine derivatives as the N-nucleophile reagents and the phenols as the C-nucleophile reagents. To achieve the transition metal-free CDC aminations of phenols with phenothiazines, we scanned the chemical toolbox and tested a series of both common and uncommon oxidants.
Firstly, we start the condition in the presence of cumene and O2. The proposed mechanism initiated by a Hock process, which would form in situ peroxo-species as initiator of the reaction. And the initial infra-red analysis predicted there is a strong O-H..N interaction.
In the second method, a series of iodines with different valance have been tested to achieve the C-N bond formation of phenols with phenothiazines. This time, a simplified and more efficient method had been developed, which also provides a wider scope of phenols. Several controlling experiments had been conducted for the plausible pathway research. Large-scale synthesis of target molecular was also successfully performed.
And then, we focus the research on the cross-coupling reaction of pre-oxidized(iminated) phenothiazine with ubiquitous phenols and indoles. In this task, we first regio-selectively synthesized the novel iminated phenothiazine derivatives with the traditional biocide and mild disinfectant, Chloramine T. Then the phenothiazinimine performed an ultra-simple condensation technique with phenol or indole coupling partners in a simplified condition. Parallel reactions were also performed to investigate the plausible pathway.
Das 2,2′-Bipyrimidinradikalanion als Brückenligand für Komplexe mit L-N\(_\text{4}\)Me\(_\text{2}\)
(2018)
Im Rahmen dieser Dissertationsschrift gelang es erstmals 3d-Metallionen über ein 2,2′-Bipyrimidinradikalanion zu verbrücken und zu isolieren. Der für sich betrachtet instabile Radikalbrückenligand wurde hierbei in situ durch Reduktion mit Cobaltocen generiert und durch Koordination stabilisiert. Es konnte neben verschiedenen Referenzverbindungen eine Reihe von vier unter Luftausschluss stabilen homodimetallischen Verbindungen mit dem [{M\(^\text{II}\)(L-N\(_\text{4}\)Me\(_\text{2}\))}\(_\text{2}\)(μ-bpym\(^\text{●}\))]\(^\text{3+}\)-Komplexkation (mit M = Zn (\(\textbf{2}\)), Ni (\(\textbf{6}\)), Co (\(\textbf{8}\)) und Fe (\(\textbf{12}\)) synthetisiert, vollständig charakterisiert und miteinander verglichen werden. Durch Gegenüberstellung der strukturellen Parameter des verbrückend koordinierten 2,2′-Bipyrimidinradikalanions in den zweikernigen Verbindungen wurden für dieses charakteristische Bindungslängenbereiche festgestellt. Weiterhin wurden IR- und UV/Vis-spektroskopisch typische Banden des verbrückend koordinierten 2,2′-Bipyrimidinradikalanions gefunden. Durch cyclovoltammetrische und NMR-spektroskopische Untersuchungen wurde der Reaktionspfad zu den dinuklearen Verbindungen aufgeklärt. An \(\textbf{2}\) wurden die intrinsischen ESR-spektroskopischen Eigenschaften der 2,2′-Bipyrimidinradikalanion-Brücke untersucht. Die Elektronendichte des Radikals in \(\textbf{2}\) ist hauptsächlich auf dem Brückenliganden verortet und es liegt ein S = 1/2 System vor. SQUID-magnetometrische Messungen an \(\textbf{6}\) zeigen eine starke ferromagnetische Kopplung zwischen den Nickelionen und der Radikalbrücke, welche zu einem S = 5/2 Spingrundzustand führt. Der S = 5/2 Zustand wurde mittels X-Band-ESR-Spektroskopie bestätigt. Durch Hochfeld-ESR-Spektroskopie wurde ebenfalls die ferromagnetische Kopplung bestätigt und die Nullfeldaufspaltung der Nickelionen in \(\textbf{6}\) eindeutig als schwach negativ bestimmt. Röntgenkristallographische Untersuchungen an \(\textbf{8}\) zeigen bei D\(_\text{2h}\)-Symmetrie einen über einen weiten Temperaturbereich stabilen low-spin/high-spin Zustand der beiden Cobaltionen. Dies alleine ist für Cobaltionen nach bisherigem Kenntnisstand einzigartig. \(\textbf{8}\) ist zudem die erste Verbindung, in welcher diese Begebenheiten mit einem direkt an die Metallzentren koordinierten Radikalbrückenliganden kombiniert vorliegen. Der low-spin/high-spin Zustand wurde weiterhin durch EXAFS- und XANES-Messungen verifiziert. Mit der Verbindung [{Co(L-N\(_\text{4}\)Me\(_\text{2}\))}\(_\text{2}\)(μ-Ph\(_\text{2}\)bpym\(^\text{●}\))](ClO\(_\text{4}\))\(_\text{3}\) (\(\textbf{10}\)) wurde eine weitere radikalverbrückte Verbindung synthetisiert, in der beide Cobaltionen bei identischer Koordinationsumgebung über einen weiten Temperaturbereich in unterschiedlichem Spinzustand vorliegen. SQUID-magnetometrische Untersuchungen an \(\textbf{8}\) und \(\textbf{10}\) zeigen, dass in beiden Verbindungen die low-spin Cobaltionen moderat ferro-, die high-spin Cobaltionen stark antiferromagnetisch mit der jeweiligen Radikalbrücke koppeln, was in beiden Fällen zu einem S = 3/2 Grundzustand führt. Der S = 3/2 Grundzustand wurde ebenfalls durch X-Band-ESR-Spektroskopie bestätigt. In \(\textbf{8}\) und \(\textbf{10}\) konnte jeweils ein Spincrossover des low-spin Cobaltions zum high-spin Zustand festgestellt werden. Dieser wurde mittels XRD-Analytik und SQUID-Magnetometrie für beide Verbindungen und für \(\textbf{8}\) zusätzlich durch EXAFS-Messungen, XANES-Messungen und temperaturabhängige IR-Spektroskopie nachgewiesen. Die Spincrossovereigenschaften sind zusammen mit den anderen vorgenannten Eigenschaften dieser neuen zweikernigen Cobaltverbindungsklasse ein weiteres Alleinstellungsmerkmal. Die einkernigen Referenzverbindungen [Co(L-N\(_\text{4}\)Me\(_\text{2}\))(bpym)](ClO\(_\text{4}\))\(_\text{2}\) (\(\textbf{9a}\)) und [Co(L-N\(_\text{4}\)Me\(_\text{2}\))(Ph\(_\text{2}\)bpym)](ClO\(_\text{4}\))\(_\text{2}\) ∙ MeCN (\(\textbf{11}\)) zeigen jeweils ebenfalls Spincrossovereigenschaften, was mittels SQUID-Magnetometrie und im Fall von \(\textbf{11}\) zusätzlich durch XRD-Analytik und temperaturabhängige IR-Spektroskopie nachgewiesen wurde. In \(\textbf{12}\) liegen beide Eisenionen im low-spin Zustand vor. Dies wurde röntgenkristallographisch und mittels Mößbauer-Spektroskopie bestätigt. X-Band-ESR-spektroskopisch wird ein Signal einer S = 1/2 Spezies gefunden, welches durch das brückenligandzentrierte Radikal hervorgerufen wird.
Benzene is a natural constituent of crude oil and a product of incomplete combustion of petrol
and has been classified as “carcinogenic to humans” by IARC in 1982 (IARC 1982). (E,E)-
Muconaldehyde has been postulated to be a microsomal metabolite of benzene in vitro
(Latriano et al. 1986). (E,E)-Muconaldehyde is hematotoxic in vivo and its role in the
hematotoxicity of benzene is unclear (Witz et al. 1985).
We intended to ascertain the presence of (E,E)-muconaldehyde in vivo by detection of a
protein conjugate deriving from (E,E)-muconaldehyde.
Therefore we improved the current synthetic access to (E,E)-muconaldehyde. (E,E)-
muconaldehyde was synthesized in three steps starting from with (E,E)-muconic acid in an
overall yield of 60 %.
Reaction of (E,E)-muconaldehyde with bovine serum albumin resulted in formation of a
conjugate which was converted upon addition of NaBH4 to a new species whose HPLC-
retention time, UV spectra, Q1 mass and MS2 spectra matched those of the crude reaction
product from one pot conversion of Ac-Lys-OMe with (E,E)-muconaldehyde in the presence
of NaBH4 and subsequent cleavage of protection groups.
Synthetic access to the presumed structure (S)-2-ammonio-6-(((E,E)-6-oxohexa-2,4-dien-1-
yl)amino)hexanoate (Lys(MUC-CHO)) was provided in eleven steps starting from (E,E)-
muconic acid and Lys(Z)-OtBu*HCl in 2 % overall yield. Additionally synthetic access to
(S)-2-ammonio-6-(((E,E)-6-hydroxyhexa-2,4-dien-1-yl)amino)hexanoate (Lys(MUC-OH))
and (S)-2-ammonio-6-((6-hydroxyhexyl)amino)hexanoate (IS) was provided.
With synthetic reference material at hand, the presumed structure Lys(MUC-OH) could be
identified from incubations of (E,E)-muconaldehyde with bovine serum albumin via HPLC-ESI+-
MS/MS.
Cytotoxicity analysis of (E,E)-muconaldehyde and Lys(MUC-CHO) in human promyelocytic
NB4 cells resulted in EC50 ≈ 1 μM for (E,E)-muconaldehyde. Lys(MUC-CHO) did not show
any additional cytotoxicity up to 10 μM.
B6C3F1 mice were exposed to 0, 400 and 800 mg/kg b.w. benzene to examine the formation
of Lys(MUC-OH) in vivo. After 24 h mice were sacrificed and serum albumin was isolated.
Analysis for Lys(MUC-OH) has not been performed in this work.
Wird Rotwein im Holzfass gelagert, kommt es meist zu einer Intensivierung und Stabilisierung der Weinfarbe. Ursache ist der durch die Fassdauben diffundierende Sauerstoff, der Ethanol zu Acetaldehyd oxidiert. Dieses bildet Ethylidenbrücken zwischen Anthocyanen und Flavanolen, wodurch intensiv violett gefärbte Pigmente entstehen. Bisher wurden nur die dimeren ethyliden-verbrückten Anthocyan-Flavanol Addukte umfassend erforscht, die jedoch im Wein nicht stabil sind und zu Folgeprodukten reagieren. Deren Struktur ist bisher wenig erforscht. Ein Ziel dieser Arbeit bestand daher darin, die Reaktionsprodukte der ethyliden-verbrückten Anthocyan-Flavanol Dimere im Rotwein zu untersuchen. Dabei wurden erstmals Polyphenoladdukte mit bis zu drei Ethylidenbrücken massenspektrometrisch nachgewiesen. Dies zeigt, dass Weinpigmente durch die Bildung mehrerer Ethylidenbrücken polymerisieren können. Es wurden außerdem mehrere Pigmente gefunden, bei denen ein Anthocyan über zwei Ethylidenbrücken mit anderen Polyphenolen verbunden war. Dies widerlegt die bisherige Annahme, dass sich Anthocyane nur in terminalen Positionen eines polymeren Pigments befinden können. Durch die Quantifizierung ethyliden-verbrückter Di- und Trimere mittels Massenspektrometer wurde deutlich, dass diese Pigmente in höheren Konzentrationen im Rotwein vorliegen als bisher publiziert. Es zeigte sich außerdem, dass bis zu 50 % der durch den Sauerstoff bewirkten Abnahme von Anthocyanen und Flavanolen auf die Bildung ethyliden-verbrückter Di- und Trimere, sowie Vitisin B zurückführen lassen.
Heute werden in der Weinbereitung häufig Edelstahltanks eingesetzt, bei denen es, anders als in Holzfässern, kaum zu Sauerstoffeinträgen kommt. Eine Farbstabilisierung kann somit nicht stattfinden. Dem Rotwein können stattdessen durch das Verfahren der Mikrooxygenierung geringe Mengen Sauerstoff kontrolliert zugesetzt werden. Bei manchen Weinen führt dies jedoch zu einer verringerten Farbintensität statt zu einer Farbvertiefung. Anhand der insgesamt 21 im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Weine zeigte sich, dass Sauerstoff nur dann zu einer intensiveren Weinfarbe führt, wenn das Verhältnis von Tanninen zu Anthocyanen (TAV) unter einem Wert von 3 lag. Die Zunahme der Farbintensität war außerdem negativ mit den spektralphotometrisch zu bestimmenden kleinen (SPP) und großen polymeren Pigmenten (LPP) korreliert, sodass Sauerstoff nur bei geringen Konzentrationen dieser Pigmente zu höheren Farbintensitäten führte. Zudem wurde während der Mikrooxygenierung keine weitere Intensivierung der Weinfarbe erzielt, wenn der Gehalt der LPP den der SPP überstieg. Da LPP aufgrund ihrer Molekülgröße auch eine geringere Löslichkeit aufweisen, sollte ihre übermäßige Bildung vermieden werden. Die Bestimmung von TAV, SPP und LPP erlaubt es somit, die Wirkung von Sauerstoff auf die Weinfarbe vor der Anwendung der Mikrooxygenierung einschätzen und den Sauerstoffzusatz zu beenden, wenn aufgrund der analytischen Daten eine weitere Steigerung der Farbintensität nicht zu erwarten ist.
In einem weiteren Teil der Arbeit wurde untersucht, wie sich die Mikrooxygenierung auf die Lagerfähigkeit der Rotweine auswirkt, da Sauerstoff zu einer beschleunigten Reifung führen kann. Dabei zeigte sich, dass die Farbe des mikrooxygenierten Weines auch nach einer 12-monatigen Flaschenlagerung noch stabiler war als in der entsprechenden Kontrollvariante und der Effekt damit nachhaltig. In Geruch und Geschmack unterschied sich der mikrooxygenierte Wein hingegen nicht von der Kontrolle. Mikrooxygenierte Weine sind damit ebenso lagerfähig, wie ohne Sauerstoffzugabe erzeugte Weine.
