Lewis Acid-Lewis Base Mediated Metal-Free Hydrogen Activation and Catalytic Hydrogenation

Organocatalysis, the use of organic molecules as catalysts, is attracting increasing attention as one of the most modern and rapidly growing areas of organic chemistry, with countless research groups in both academia and the pharmaceutical industry around the world working on this subject. The literature review of this thesis mainly focuses on metal-free systems for hydrogen activation and organocatalytic reduction. Since these research topics are relatively new, the literature review also highlights the basic principles of the use of Lewis acid-Lewis base pairs, which do not react irreversibly with each other, as a trap for small molecules. The experimental section progresses from the first observation of the facile heterolytical cleavage of hydrogen gas by amines and B(C6F5)3 to highly active non-metal catalysts for both enantioselective and racemic hydrogenation of unsaturated nitrogen-containing compounds. Moreover, detailed studies of structure-reactivity relationships of these systems by X-ray, neutron diffraction, NMR methods and quantum chemical calculations were performed to gain further insight into the mechanism of hydrogen activation and hydrogenation by boron-nitrogen compounds.

Effects of gender, and SLCO1B1 and CYP7A1 polymorphisms on plasma bile acids in humans and the pharmacokinetics of therapeutic ursodeoxycholic acid

Bile acids are important steroid-derived molecules essential for fat absorption in the small intestine. They are produced in the liver and secreted into the bile. Bile acids are transported by bile flow to the small intestine, where they aid the digestion of lipids. Most bile acids are reabsorbed in the small intestine and return to the liver through the portal vein. The whole recycling process is referred to as the enterohepatic circulation, during which only a small amount of bile acids are removed from the body via faeces. The enterohepatic circulation of bile acids involves the delicate coordination of a number of bile acid transporters expressed in the liver and the small intestine. Organic anion transporting polypeptide 1B1 (OATP1B1), encoded by the solute carrier organic anion transporter family, member 1B1 (SLCO1B1) gene, mediates the sodium independent hepatocellular uptake of bile acids. Two common SNPs in the SLCO1B1 gene are well known to affect the transport activity of OATP1B1. Moreover, bile acid synthesis is an important elimination route for cholesterol. Cholesterol 7α-hydroxylase (CYP7A1) is the rate-limiting enzyme of bile acid production. The aim of this thesis was to investigate the effects of SLCO1B1 polymorphism on the fasting plasma levels of individual endogenous bile acids and a bile acid synthesis marker, and the pharmacokinetics of exogenously administered ursodeoxycholic acid (UDCA). Furthermore, the effects of CYP7A1 genetic polymorphism and gender on the fasting plasma concentrations of individual endogenous bile acids and the bile acid synthesis marker were evaluated. Firstly, a high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) method for the determination of bile acids was developed (Study I). A retrospective study examined the effects of SLCO1B1 genetic polymorphism on the fasting plasma concentrations of individual bile acids and a bile acid synthesis marker in 65 healthy subjects (Study II). In another retrospective study with 143 healthy individuals, the effects of CYP7A1 genetic polymorphism and gender as well as SLCO1B1 polymorphism on the fasting plasma levels of individual bile acids and the bile acid synthesis marker were investigated (Study III). The effects of SLCO1B1 polymorphism on the pharmacokinetics of exogenously administered UDCA were evaluated in a prospective genotype panel study including 27 healthy volunteers (Study IV). A robust, sensitive and simple HPLC-MS/MS method was developed for the simultaneous determination of 16 individual bile acids in human plasma. The method validation parameters for all the analytes met the requirements of the FDA (Food and Drug Administration) bioanalytical guidelines. This HPLC-MS/MS method was applied in Studies II-IV. In Study II, the fasting plasma concentrations of several bile acids and the bile acid synthesis marker seemed to be affected by SLCO1B1 genetic polymorphism, but these findings were not replicated in Study III with a larger sample size. Moreover, SLCO1B1 polymorphism had no effect on the pharmacokinetic parameters of exogenously administered UDCA. Furthermore, no consistent association was observed between CYP7A1 genetic polymorphism and the fasting plasma concentrations of individual bile acids or the bile acid synthesis marker. In contrast, gender had a major effect on the fasting plasma concentrations of several bile acids and also total bile acids. In conclusion, gender, but not SLCO1B1 or CYP7A1 polymorphisms, has a major effect on the fasting plasma concentrations of individual bile acids. Moreover, the common genetic polymorphism of CYP7A1 is unlikely to influence the activity of CYP7A1 under normal physiological conditions. OATP1B1 does not play an important role in the in vivo disposition of exogenously administered UDCA.

Desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa takavarikoitujen huumausaineiden, steroidien ja räjähdysaineiden tutkimuksessa

Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää desorptio/fotoionisaatio ilmanpaineessa tekniikan (engl. desorption atmospheric pressure photoionization, DAPPI) soveltuvuutta rikosteknisen laboratorion näytteiden analysointiin. DAPPI on nopea massaspektrometrinen ionisaatiotekniikka, jolla voidaan tutkia yhdisteitä suoraan erilaisilta pinnoilta. DAPPI:ssa käytetään lämmitettyä mikrosirua, joka suihkuttaa höyrystynyttä liuotin- ja kaasuvirtausta kohti näytettä. Näytteen pinnan komponentit desorboituvat lämmön vaikutuksesta, jonka jälkeen ionisoituminen tapahtuu VUV-lampun emittoimien fotonien avulla.DAPPI:lla tutkittiin takavarikoituja huumausaineita, anabolisia steroideja ja räjähdysaineita sekä niiden jäämiä erilaisilta pinnoilta. Lisäksi kartoitettiin DAPPI:n mahdollisuuksia ja rajoituksia erilaisille näytematriiseille ilman näytteiden esikäsittelyä. Takavarikoitujen huumausaineiden tutkimuksessa analysoitiin erilaisia tabletteja, jauheita, kasvirouheita, huumekasveja (khat, oopium, kannabis) ja sieniä. Anabolisia steroideja tunnistettiin tableteista sekä ampulleista, jotka sisälsivät öljymäistä nestettä. Jauheet ripoteltiin kaksipuoliselle teipille ja analysoitiin siltä. Muut näytteet analysoitiin sellaisenaan ilman minkäänlaista esikäsittelyä, paitsi nestemäisten näytteiden kohdalla näyte pipetoitiin talouspaperille, joka analysoitiin DAPPI:lla. DAPPI osoittautui nopeaksi ja yksinkertaiseksi menetelmäksi takavarikoitujen huumausaineiden ja steroidien analysoimisessa. Se soveltui hyvin rikoslaboratorion erityyppisten näytteiden rutiiniseulontaan ja helpotti erityisesti huumekasvien ja öljymäisten steroidiliuosten tutkimusta. Massaspektrometrin likaantuminen pystyttiin ehkäisemään säätämällä näytteen etäisyyttä sen suuaukosta. Likaantumista ei havaittu huolimatta näytteiden korkeista konsentraatioista ja useita kuukausia jatkuneista mittauksista. Räjähdysaineiden tutkimuksessa keskityttiin seitsemän eri räjähdysaineen DAPPI-MS-menetelmän kehitykseen; trinitrotolueeni (TNT), nitroglykoli (NK), nitroglyseriini (NG), pentriitti (PETN), heksogeeni (RDX), oktogeeni (HMX) ja pikriinihappoä Nämä orgaaniset räjähteet ovat nitraattiyhdisteitä, jotka voidaan jakaa rakenteen puolesta nitroamiineihin (RDX ja HMX), nitroaromaatteihin (TNT ja pikriinihappo) sekä nitraattiestereihin (PETN, NG ja NK). Menetelmäkehityksessä räjähdysainelaimennokset pipetoitiin polymetyylimetakrylaatin (PMMA) päälle ja analysoitiin siitä. DAPPI:lla tutkittiin myäs autenttisia räjähdysainejäämiä erilaisista matriiseista. DAPPI:lla optimoitiin jokaiselle räjähdysaineelle sopiva menetelmä ja yhdisteet saatiin näkymään puhdasaineina. Räjähdysainejäämien analysoiminen erilaisista rikospaikkamateriaaleista osoittautui haastavammaksi tehtäväksi, koska matriisit aiheuttivat itsessään korkean taustan spektriin, josta räjähdysaineiden piikit eivät useimmiten erottuneet tarpeeksi. Muut desorptioionisaatiotekniikat saattavat soveltua paremmin haastavien räjähdysainejäämien havaitsemiseksi.