Thiete und Bisthiete in der Heterocyclensynthese

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese arenoanellierter Naphthothiete und Benzobisthiete, sowie mit der Umsetzung der aus diesen Thieten thermisch generierbaren Valenzisomeren (Thiochinonmethide). Diese Thiochinonmethide sind hochreaktive Diensysteme, die mit zahlreichen Dienophilen (homo- und hetero-Doppel- und Dreifachbindungssysteme) nach Diels-Alder abreagieren, die dabei entstehenden S-Heterocyclen können im Sechsring noch weitere Heteroatome (N, P, O, S) enthalten. Daraus resultiert ein großes Potential der Arenothiete zur Synthese neuer Thioheterocyclen. Durch die erstmals gelungene Synthese der beiden Benzobisthiete 2H,3H-Benzo[1,2-b:4,3-b']bisthiet und 1H,4H-Benzo[2,1-b:3,4-b']bisthiet mit gewinkelter Anellierungsgeometrie hat das synthetische Spektrum der aus Arenothieten darstellbaren Thioheterocyclen nochmal eine deutliche Erweiterung erfahren.

Die Darstellung der Arenothiete erfolgt in einer mehrstufigen Synthese, in deren finalem Schritt sie mittels Blitz-Vakuum-Pyrolyse aus Arylhydroxymethylthiolen gebildet werden, dabei wird das Edukt mittels molekularer Strömung in den "Reaktor" eingebracht. Da die Arylhydroxymethylthiole in der Regel nur eine sehr geringe Flüchtigkeit haben, waren die Arenothiete meist nur in geringen Mengen darstellbar. Daher wurde in dieser Arbeit sowohl die Synthese neuer Arenothiete (gewinkelte Benzobisthiete) als auch eine Optimierung der bisherigen Synthesemethode angestrebt; diese erfolgt bevorzugt durch Variation der Pyrolyseedukte in Richtung zu potentiell höherflüchtigen Verbindungen.

Im Rahmen dieser Versuche war die Darstellung zweier Arenothiete ausgehend von cyclischen O,S-Acetalen als alternative Pyrolysevorstufen erfolgreich.

Ein besonderes Interesse speziell an Benzobisthieten begründet sich in ihrer generellen Fähigkeit zum Aufbau von bandartigen Strukturen durch Oligo- und Poly-Diels-Alder-Reaktionen. Durch die Synthese einiger Modellverbindungen konnte ihre prinzipielle Eignung zum Aufbau von Bandstrukturen auch für die beiden Benzobisthiete belegt werden.

Stereoselektive Synthesen von Stickstoffheterocyclen aus 4-substituierten N-Galactosyl-dehydropiperidinonen

Ziel dieser Arbeit war es, an in 4-Position substituierten N-Galactosyl-dehydropiperidinonen die übrigen Positionen des Heterocycluses selektiv zu funktionalisieren und die erarbeiteten Methoden im Rahmen von Total- und Partialsynthesen biologisch aktiver Verbindungen anzuwenden. Ausgehend von N-Galactosyl-2-pyridon, welches sich in drei Stufen aus D-Galactose im Gramm-Maßstab erhalten lässt, konnten die in Position 4-substituierten Dehydropiperidinone in regio- und diastereoselektiv verlaufenden Additionen von Grignard-Reagenzien und Organocupraten synthetisiert werden. Es gelang die Einführung sowohl unverzweigter als auch sekundärer, tertiärer und cyclischer Alkylreste. Ebenfalls gute Ausbeuten und exzellente Diastereoselektivitäten wurden bei der konjugierten Addition verschieden substituierter Aryl- und Benzyl-Grignard-Reagenzien erhalten. Das Kohlenhydratauxiliar kontrolliert dabei nicht nur die faciale Selektivität, sondern es bestimmt gleichzeitig die Regioselektivität. Die absolute Konfiguration der 4-substituierten 2-Pyridone konnte durch Röntgenstrukturanalysen zweier Produkte zweifelsfrei geklärt werden. Dass die so dargestellten Heterocyclen wertvolle Synthone zur asymmetrischen Synthese mehrfach substituierter Piperidinverbindungen sind, konnte gezeigt werden durch die Ausarbeitung verschiedener Methoden zur weitergehenden Funktionalisierung an den Positionen C-2, C-3, C-5 und C-6 sowie durch die Entwicklung eines Verfahrens zur Freisetzung der stereoselektiv synthetisierten Heterocyclen. Diese systematisch untersuchten Synthesewege konnten in Partial- und Totalsynthesen von pharmakologisch relevanten Verbindungen erfolgreich beschritten werden. So gelang die Synthese des biologisch aktiven (3S)-Piperidinols, sowie die des 3-Hydroxy-4-(4-fluorphenyl)-piperidin-Derivates. Weiterhin gelang die formale Totalsynthese von (+)-Paroxetin, welches einen pharmakologisch interessanten Wirkstoff mit der Struktur eines 3,4-trans-disubstituierten Piperidins darstellt. Ein weiterer Themenschwerpunkt dieser Arbeit war die regio- und stereoselektive Synthese von Benzomorphan-Derivaten. Diese gelang durch intramolekulare Amino-Alkylierung der 4-Benzyl-substituierten Dehydropiperidinone. Durch Anwendung dieser Methodik konnte eine Reihe verschieden substituierter 7,8-Benzomorphan-Derivate synthetisiert werden, die interessante Zwischenstufen in der asymmetrischen Benzomorphansynthese darstellen. In einer exemplarischen Synthese wurde so das 7,8-Benzomorphan hergestellt.

Synthese und Photochemie von Dendrimeren mit stilbenoiden Chromophoren

Dendrimere spielen als strukturtreue Nanopartikel eine herausragende Rolle. Ziel dieser Arbeit war, Dendrimere mit einer hohen Dichte an photoaktiven Chromophoren herzu-stellen und zu untersuchen. Dazu wurden die terminalen Aminogruppen von Poly(propylenimin)dendrimeren 1. und 2. Generation, Astramol DAB-Am-4R und DAB-Am-8R, mit Stilbenen und Styrylstilbenen als Chromophor verknüpft. Mittels Wittig-Horner- und Heck-Reaktion wurden (E)-Stilbene aufgebaut, die auf der einen Seite drei Propoxygruppen zur Verbesserung der Löslichkeit und auf der anderen Seite eine passende Funktionalität zur Verknüpfung mit dem dendritischen Core tragen. Als Verknüpfungsmethoden wurden die Verknüpfung als Amid (PSDA), Schiffsche Base (PSDS) und Harnstoff (PSDH) getestet. Die Schiffschen Basen wurden außerdem zur Erhöhung der Hydrolysestabilität zum sekundären Amin reduziert (PSDR und PQDR). Durch die Verknüpfung mit dem Core werden die stilbenoiden Chromophore sehr stark photoaktiviert. Das beruht auf einem Singulett-Energietransfer (Förster-Mechanismus) von Chromophor zu Chromophor. Dieser Prozeß konkurriert zu den Deaktivierungsprozessen, verlängert die mittlere S1-Lebensdauer und erhöht somit die Chancen der Photochemie. Der Styrylstilben-Chromophor hat darüber hinaus einen erheblichen Teil seiner UV-Absorbtion bereits im Tageslicht und photopolymerisiert daher bereits im Tageslicht. Vor allem bei den Dendrimeren 2. Generation stellte sich die Frage nach der vollständigen, d.h. achtfachen Umsetzung; das Core sollte als Knäuel vorliegen, die Arme zum Teil nach innen gefaltet und somit dem Reaktand nur bedingt zugänglich. Auch dort konnten unter optimierten Reaktionsbedingungen alle Aminogruppen umgesetzt werden. Die vollständige Umsetzung der Dendrimere wurde mittels NMR und massenspektroskopischen Methoden untersucht. Bei den Absorptionsspektren der Dendrimere 1. Generation ändert sich die Lage der Maxima je nach Art der Verknüpfung der Chromophore mit dem Core. Die Verlängerung des Chromophors um eine Styryleinheit bedingt eine beträchtliche Rotverschiebung. Die Lage der Emissionsmaxima differiert stärker als die Lage der Absorptionsmaxima. Den geringsten Stokes-Shift weist der Harnstoff auf, dann folgt das sekundäre Amin, dann die Schiffsche Base. Dies weist auf unterschiedlich relaxierte S1-Geometrien hin. Die Verbindungen PSDS1, PSDR1 und PSDH1 aus 3,4,5-Tripropoxystilbeneinheit und Astramol-Core 1. Generation DAB-Am-4 wurden in einer Konzentration von 10-5 mol/L belichtet. Der vollständige Photoabbau durch Belichtung in Chloroform mit einer Xenon-Lampe erfolgte ohne jeglichen Filter innerhalb von zehn Minuten (PSDH1), 20 Minuten (PSDR1) und einer Stunde (PSDS1). Allen drei Verbindungen gemeinsam ist das Entstehen eines intermediären neuen Maximums geringer Intensität, das um etwa 100 nm bathochrom verschoben ist. Das Harnstoffsystem weist außerdem ein weiteres intermediäres Maximum bei 614 nm auf. Diese Maxima können (laut früherer Untersuchungen) durch Oxidation entstandenen chinoiden Strukturen zugeordnet werden, deren Lebensdauer (im Sekundenbereich) zu kurz für eine NMR-Charakterisierung ist. PSDR1 wurde außerdem bei höheren Konzentrationen (10-4 und 10-3 mol/L) mit einer Quecksilberlampe mit Pyrex-Filter (lambda > 300 nm) belichtet. Dabei wird, wie erwartet, eine Verbreiterung der NMR-Signale beobachtet. Es bildet sich zunächst cis-Stilben. Außerdem läßt sich bei 4.3 ppm ein Signal beobachten, das von inter- oder intramolekular gebildeten Methinprotonen herrührt. Auch wenn laut MOPAC- und Kraftfeldrechnung die Doppelbindungen ungünstig für eine [pi2s + pi2s]-Cyclodimerisierung zueinander stehen, kann im photochemisch angeregten Zustand eine Geometrie vorherrschen, die die intramolekulare Kopf-Kopf-Cyclobutanbildung ermöglicht. Die massenspektrometrischen Untersuchungen der Belichtungsprodukte (FD, ESI, MALDI-TOF) zeigen als höchste Masse lediglich das Monomer. Allerdings kann dadurch nicht auf eine rein intramolekulare Reaktion geschlossen werden. Die fortschreitende statistische CC-Verknüpfung kann schnell zu vernetzten Nanopartikeln führen, die im Massenspektrometer nicht fliegen. Die NMR-Spektren der mit zunehmender Vernetzung immer schlechter löslich werdenden Teilchen belegen die Oligomerisierung.

Control over microstructure evolution and device performance in solution processable organic field-effect transistors

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Kontrolle von Selbstorganisation und Mikrostruktur von organischen Halbleitern und deren Einsatz in OFETs. In Kapiteln 3, 4 und 5 eine neue Lösungsmittel-basierte Verabeitungsmethode, genannt als Lösungsmitteldampfdiffusion, ist konzipiert, um die Selbstorganisation von Halbleitermolekülen auf der Oberfläche zu steuern. Diese Methode als wirkungsvolles Werkzeug erlaubt eine genaue Kontrolle über die Mikrostruktur, wie in Kapitel 3 am Beispiel einer D-A Dyad bestehend aus Hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC) als Donor und Perylene Diimide (PDI) als Akzeptor beweisen. Die Kombination aus Oberflächenmodifikation und Lösungsmitteldampf kann die Entnetzungseffekte ausgleichen, so dass die gewüschte Mikrostruktur und molekulare Organisation auf der Oberfläche erreicht werden kann. In Kapiteln 4 und 5 wurde diese Methode eingesetzt, um die Selbstorganisation von Dithieno[2, 3-d;2’, 3’-d’] benzo[1,2-b;4,5-b’]dithiophene (DTBDT) und Cyclopentadithiophene -benzothiadiazole copolymer (CDT-BTZ) Copolymer zu steuern. Die Ergebnisse könnten weitere Studien stimulieren und werfen Licht aus andere leistungsfaähige konjugierte Polymere. rnIn Kapiteln 6 und 7 Monolagen und deren anschlieβende Mikrostruktur von zwei konjugierten Polymeren, Poly (2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) PBTTT und Poly{[N,N ′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis (dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′- (2,2′-bithiophene)}, P(NDI2OD-T2)) wurden auf steife Oberflächen mittels Tauchbeschichtung aufgebracht. Da sist das erste Mal, dass es gelungen ist, Polymer Monolagen aus der Lösung aufzubringen. Dieser Ansatz kann weiter auf eine breite Reihe von anderen konjugierten Polymeren ausgeweitet werden.rnIn Kapitel 8 wurden PDI-CN2 Filme erfolgreich von Monolagen zu Bi- und Tri-Schichten auf Oberflächen aufgebracht, die unterschiedliche Rauigkeiten besitzen. Für das erste Mal, wurde der Einfluss der Rauigkeit auf Lösungsmittel-verarbeitete dünne Schichten klar beschrieben.rn

A photophysical study of excited state dynamics in donor-acceptor copolymer photovoltaic blends

This thesis deals with the investigation of charge generation and recombination processes in three different polymer:fullerene photovoltaic blends by means of ultrafast time-resolved optical spectroscopy. The first donor polymer, namely poly[N-11"-henicosanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4',7'-di-2-thienyl-2',1',3'-benzothiadiazole)] (PCDTBT), is a mid-bandgap polymer, the other two materials are the low-bandgap donor polymers poly[2,6-(4,4-bis-(2-ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']-dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole) (PCPDTBT) and poly[(4,4'-bis(2-ethylhexyl)dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole)-2,6-diyl-alt-(2,1,3-benzothiadiazole)-4,7-diyl] (PSBTBT). Despite their broader absorption, the low-bandgap polymers do not show enhanced photovoltaic efficiencies compared to the mid-bandgap system.rnrnTransient absorption spectroscopy revealed that energetic disorder plays an important role in the photophysics of PCDTBT, and that in a blend with PCBM geminate losses are small. The photophysics of the low-bandgap system PCPDTBT were strongly altered by adding a high boiling point cosolvent to the polymer:fullerene blend due to a partial demixing of the materials. We observed an increase in device performance together with a reduction of geminate recombination upon addition of the cosolvent. By applying model-free multi-variate curve resolution to the spectroscopic data, we found that fast non-geminate recombination due to polymer triplet state formation is a limiting loss channel in the low-bandgap material system PCPDTBT, whereas in PSBTBT triplet formation has a smaller impact on device performance, and thus higher efficiencies are obtained.rn

Distinct reactivities of interleukin-4-specific antibodies with recombinant and native canine interleukin-4 in various assays

Interleukin 4 (IL-4) plays a central role in immune responses to parasites and allergens. IL-4 drives the differentiation of naive T cells into Th2 cells and regulates immunoglobulin class switching to IgE.Little is known about the role of IL-4 in canine allergies and parasite infections. Most of the information derives from measurement of IL-4 mRNA expression in dog tissues, but detection of IL-4 protein has been difficult so far, probably due to low sensitivity of available methods. Antibodies (Ab) specific for canine IL-4 are available from various sources, but these Ab have been produced against recombinant Escherichia coli-expressed canine IL-4 and there is only limited information on their reactivities with native canine IL-4. Therefore, in the present study, we tested six available canine IL-4-specific Ab for their reactivities with recombinant canine IL-4 expressed in E. coli (rec.IL-4) or in mammalian cells (mam.IL-4), and with supernatants from stimulated canine peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) using several detection methods, including Western blotting, ELISA, cytokine bead assay, and intracellular IL-4 staining. Additionally, we tested a bovine IL-4-specific antibody that has been previously shown to cross-react with canine IL-4. All tested Ab except anti-bovine IL-4 reacted with rec.IL-4, and most of them reacted with mam.IL-4. However, only the cytokine bead assay was sensitive enough to allow the detection of IL-4 in supernatants of canine PBMCs.

Evaluation of a 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetic acid-conjugated bombesin-based radioantagonist for the labeling with single-photon emission computed tomography, positron emission tomography, and therapeutic radionuclides

PURPOSE: G protein-coupled receptor agonists are being used as radiolabeled vectors for in vivo localization and therapy of tumors. Recently, somatostatin-based antagonists were shown to be superior to agonists. Here, we compare the new [111In/68Ga]-labeled bombesin-based antagonist RM1 with the agonist [111In]-AMBA for targeting the gastrin-releasing peptide receptor (GRPR). EXPERIMENTAL DESIGN: IC50, Kd values, and antagonist potency were determined using PC-3 and HEK-GRPR cells. Biodistribution and imaging studies were done in nude mice transplanted with the PC-3 tumor. The antagonist potency was assessed by evaluating the effects on calcium release and on receptor internalization monitored by immunofluorescence microscopy. RESULTS: The IC50 value of [(nat)In]-RM1 was 14 +/- 3.4 nmol/L. [(nat/111)In]-RM1 was found to bind to the GRPR with a Kd of 8.5 +/- 2.7 nmol/L compared with a Kd of 0.6 +/- 0.3 nmol/L of [111In]-AMBA. A higher maximum number of binding site value was observed for [111In]-RM1 (2.4 +/- 0.2 nmol/L) compared with [111In]-AMBA (0.7 +/- 0.1 nmol/L). [(nat)Lu]-AMBA is a potent agonist in the immunofluorescence-based internalization assay, whereas [(nat)In]-RM1 is inactive alone but efficiently antagonizes the bombesin effect. These data are confirmed by the calcium release assay. The pharmacokinetics showed a superiority of the radioantagonist with regard to the high tumor uptake (13.4 +/- 0.8% IA/g versus 3.69 +/- 0.75% IA/g at 4 hours after injection. as well as to all tumor-to-normal tissue ratios. CONCLUSION: Despite their relatively low GRPR affinity, the antagonists [111In/68Ga]-RM1 showed superior targeting properties compared with [111In]-AMBA. As found for somatostatin receptor-targeting radiopeptides, GRP-based radioantagonists seem to be superior to radioagonists for in vivo imaging and potentially also for targeted radiotherapy of GRPR-positive tumors.

Anisotropic diffusion at the field scale in a 4-year multi-tracer diffusion and retention experiment – I: Insights from the experimental data

Abstract Claystones are considered worldwide as barrier materials for nuclear waste repositories. In the Mont Terri underground research laboratory (URL), a nearly 4-year diffusion and retention (DR) experiment has been performed in Opalinus Clay. It aimed at (1) obtaining data at larger space and time scales than in laboratory experiments and (2) under relevant in situ conditions with respect to pore water chemistry and mechanical stress, (3) quantifying the anisotropy of in situ diffusion, and (4) exploring possible effects of a borehole-disturbed zone. The experiment included two tracer injection intervals in a borehole perpendicular to bedding, through which traced artificial pore water (APW) was circulated, and a pressure monitoring interval. The APW was spiked with neutral tracers (HTO, HDO, H2O-18), anions (Br, I, SeO4), and cations (Na-22, Ba-133, Sr-85, Cs-137, Co-60, Eu-152, stable Cs, and stable Eu). Most tracers were added at the beginning, some were added at a later stage. The hydraulic pressure in the injection intervals was adjusted according to the measured value in the pressure monitoring interval to ensure transport by diffusion only. Concentration time-series in the APW within the borehole intervals were obtained, as well as 2D concentration distributions in the rock at the end of the experiment after overcoring and subsampling which resulted in �250 samples and �1300 analyses. As expected, HTO diffused the furthest into the rock, followed by the anions (Br, I, SeO4) and by the cationic sorbing tracers (Na-22, Ba-133, Cs, Cs-137, Co-60, Eu-152). The diffusion of SeO4 was slower than that of Br or I, approximately proportional to the ratio of their diffusion coefficients in water. Ba-133 diffused only into �0.1 m during the �4 a. Stable Cs, added at a higher concentration than Cs-137, diffused further into the rock than Cs-137, consistent with a non-linear sorption behavior. The rock properties (e.g., water contents) were rather homogeneous at the centimeter scale, with no evidence of a borehole-disturbed zone. In situ anisotropy ratios for diffusion, derived for the first time directly from field data, are larger for HTO and Na-22 (�5) than for anions (�3�4 for Br and I). The lower ionic strength of the pore water at this location (�0.22 M) as compared to locations of earlier experiments in the Mont Terri URL (�0.39 M) had no notable effect on the anion accessible pore fraction for Cl, Br, and I: the value of 0.55 is within the range of earlier data. Detailed transport simulations involving different codes will be presented in a companion paper.

Influence of IFNL3/4 polymorphisms on the incidence of cytomegalovirus infection after solid-organ transplantation

BACKGROUND  Polymorphisms in the interferon-λ (IFNL) 3/4 region have been associated with reduced hepatitis C virus clearance. We explored the role of such polymorphisms on the incidence of CMV infection in solid-organ transplant (SOT) recipients. METHODS  Caucasian patients participating in the Swiss Transplant Cohort Study in 2008-2011 were included. A novel functional TT/-G polymorphism (rs368234815) in the CpG region upstream of IFNL3 was investigated. RESULTS  A total of 840 SOT recipients at risk for CMV were included, among whom 373 (44%) received antiviral prophylaxis. The 12-months cumulative incidence of CMV replication and disease were 0.44 and 0.08, respectively. Patient homozygous for the minor rs368234815 allele (-G/-G) tended to have a higher cumulative incidence of CMV replication (SHR=1.30 [95%CI 0.97-1.74], P=0.07) compared to other patients (TT/TT or TT/-G). The association was significant among patients followed by a preemptive approach (SHR=1.46 [1.01-2.12], P=0.047), especially in patients receiving an organ from a seropositive donor (D+, SHR=1.92 [95%CI 1.30-2.85], P=0.001), but not among those who received antiviral prophylaxis (SHR=1.13 [95%CI 0.70-1.83], P=0.6). These associations remained significant in multivariate competing risk regression models. CONCLUSIONS  Polymorphisms in the IFNL3/4 region influence susceptibility to CMV replication in SOT recipients, particularly in patients not receiving antiviral prophylaxis.

Interferon-gamma and interleukin-4 mRNA expression by peripheral blood mononuclear cells from pregnant and non-pregnant cattle seropositive for bovine viral diarrhea virus

The acceptance of the fetal allograft by pregnant women and mice seems to be associated with a shift from a Th 1 dominated to a Th 2 dominated immune response to certain infectious agents. The goal of this study was to examine cytokine expression in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from cattle immune to bovine viral diarrhea virus (BVDV) to determine whether pregnancy also has an influence on the type of immune response in this species. Forty-six heifers and cows between 14 months and 13 years of age were included in this study. Twenty-four were seropositive and 22 seronegative for BVDV. Eleven of the seropositive animals and 11 of the seronegative animals were in the eighth month of gestation, the remaining animals were virgin heifers. PBMC from these animals were analyzed for Interferon (IFN)-gamma and Interleukin (IL)-4 mRNA expression by real-time RT-PCR after stimulation with a non-cytopathic strain of BVDV. Additionally, an ELISA was performed to measure IFN-gamma in the supernatants of stimulated cell cultures. In BVDV seropositive animals, IFN-gamma mRNA levels were significantly higher than in BVDV seronegative animals and there was a significant positive correlation between the changes in IFN-gamma and IL-4 mRNA expression. There was, however, no significant difference in IFN-gamma and IL-4 mRNA levels between pregnant and non-pregnant animals. These results are inconsistent with BVDV inducing a Th1 or Th2 biased immune response. Furthermore, a shift in the cytokine pattern during bovine pregnancy was not evident.