Nano- und mikrostrukturierte organische Erkennungsstrukturen in Lipidmembranen

Im Rahmen dieser Arbeit wurden zunächst die ausgewählten Lipide anhand ihrer p-ArnIsothermen charakterisiert. Dabei zeigte sich, dass die flüssiganaloge Phase umso ausgeprägter ist, je größer die hydrophile Kopfgruppe des jeweiligen Lipids ist, so dass diese schon bei sehr großen Flächen miteinander wechselwirken. Außerdem wurde das Mischungsverhalten und die Domänenbildung binärer und ternärer Mischungen untersucht.rnDabei konnte im Fall der binären Mischungen der polymerisierbaren Lipide 1 und 2 mit dem perfluorierten Lipid 3 eine Phasenseparation beobachtet werden. Hierbei zeigte sich, dass sowohl die Form als auch die Größe der Domänen durch zwei Faktoren kontrolliert werden konnte, nämlich zum einen durch den Lateraldruck und zum anderen durch die molare Zusammensetzung der binären Mischung. Bei niedrigen Lateraldrücken (10 mN/m) warenrnfluorierte und nichtfluorierte Lipide in der homogenen flüssiganalogen Phase vollständig mischbar. Bei sehr hohen Lateraldrücken (30 mN/m) lag eine nahezu vollständige Entmischung vor, da das Lipid 1 hier schon vollständig auskristallisiert war. Im Fall der binären Mischung 2/3 konnte ein solches Verhalten nicht beobachtet werden, was an dem Phasenverhalten des Lipids 2 liegt. Aber auch hier lies sich die Domänenbildung sowohl überrnden Lateraldruck als auch über die Komposition der binären Mischung kontrollieren. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Monoschichten dieser beiden binären Mischungen durch photochemische Polymerisation stabilisiert werden können.rnDer Einfluss des Fluorierungsgrades auf das Phasenseparationsverhalten wurde anhand der binären Mischungen 1/6 und 1/8 untersucht. Es zeigte sich hier, dass sich auch hier in beiden Fällen die Domänenbildung sowohl über den Lateraldruck als auch über die Komposiion der Mischung steuern lies. Ein Vergleich der gefundenen Strukturen belegte darüber hinaus klare Unterschiede zwischen dem fluorierten und teilfluorierten Lipid. Denn in der binären Mischung 1/8 (perfluoriertes Lipid) konnte die hexagonale Grundstruktur, die zuvor schon inrnder binären Mischung 1/3 gefunden wurde, beobachtet werden. Demgegenüber hatten die kristallinen Domänen, die in der binären Mischung 1/6 (teilfluoriertes Lipid) beobachtet wurden, die hexagonale Grundform verloren. Hier wurden rundliche unförmige Domänen gefunden, die zudem deutlich kleiner waren als die bei der Mischung mit dem perfluorierten Lipid gefundenen Domänen. In den ternären Mischungen zeigte sich, dass diese ternären Mischungen eine ähnliche Phasenseparation zeigten wie die binäre Mischung 1/3. Die hier auftretenden kristallanalogen Domänen bestanden aus Lipid 1, wobei die umgebendernflüssiganaloge Matrix die beiden fluorierten Lipide enthielt. Deswegen war es von besonderer Bedeutung wie sich die beiden fluorierten Verbindungen untereinander verhalten würden.rnDazu wurden die p-A Isothermen der binären Mischung 3/5 ausgewertet und dabei zeigte sich, dass sich das Vakzinlipid, sofern der Anteil nicht höher ist als der des fluorierten Matrixlipides, in idealer Weise mit diesem mischt. Eine Untersuchung der Antigen-Antikörper Erkennung der binären Mischungen 3/5 zeigte, dass die Reaktion mit dem Antikörper umso effektiver war, je größer der Anteil des Vakzinlipids 5 war. Allerdings konnte hier kein linearer Zusammenhang gefunden werden. Stattdessen handelte es sich umrneine Sättigungskurve, da bereits ein Anteil an Lipid 5 von 42,2 mol% eine nur geringfügig schwächere Antikörperanbindung zeigte, als das reine Vakzinlipid.

Synthese von selbstaggregierenden Glycopeptidkonjugaten mit (per)fluorierten Membranankern

Für eine effektive Erkennung tumorassoziierter Kohlenhydratantigene durch das Immun-system in der Krebs¬immuntherapie ist eine multivalente Präsentation der Haptene notwendig. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer Zugang zu einer solch räumlichen Konzentration der Haptene untersucht, indem MUC1-Antigene mit perfluorierten Alkylketten funktionalisiert und in einer geeigneten Lipidmatrix entmischt wurden. Perfluoralkyl-Amphiphile zeichnen sich durch eine hohe Entmischungstendenz in Alkyllipiden aus und bewirken dadurch eine Anreicherung der Erkennungsstrukturen (Haptene) in Analogie zu den natürlichen raft-Domänen auf der Zelloberfläche.rnDazu wurden zunächst verschiedene Membranankersysteme mit unterschiedlichem Fluorierungsgrad entwickelt. Beispielsweise konnte ausgehend von einem zentralen Glycerin-fragment ein Membrananker mit zwei Perfluoralkylketten hergestellt werden. Letztere wurden mittels radikalischer Perfluoralkylierung eingeführt, wobei der Fluorgehalt der Verbindung über die Kettenlänge gesteuert wurde. Daneben konnte ein weiteres Ankersystem, basierend auf der Aminosäure Lysin, synthetisiert werden, dass einen bequemen Einbau der Perfluoralkylketten durch Peptidkupplungen von entsprechenden perfluorierten Aminen bzw. perfluorierten Carbonsäuren erlaubte. In diesem Fall wurde der Fluorgehalt durch die Einführung von Alkyl- bzw. Perfluoralkylketten verändert.rnBeide Systeme konnten für erste Untersuchungen ihres Phasenverhaltens mit polaren Kopf-gruppen ausgestattet werden, wobei neben einem hydrophilen, nicht-immunogenen Triethylenglycolspacer vor allem ein TN-Antigen tragendes Dipeptid zum Einsatz kam. In Gegenwart des Matrixlipids DODAMA konnten in Langmuir-Blodgett-Untersuchungen mit diesen Verbindungen eine Entmischung und die Ausbildung mikroseparierter Bereiche nachgewiesen werden. Auch war es möglich, durch Anbindung eines Fluoreszenzfarbstoffes zu zeigen, dass solche amphiphilen Membrananker auf perfluorierten Oberflächen effektiv und dauerhaft immobilisiert werden können. Damit eröffnet diese Verbindungsklasse interessante Anwendungsmöglichkeiten in der Entwicklung von diagnostischen Microarray-Formaten.rnUm eine Anbindung der fluorierten Membrananker an den N-Terminus eines an fester Phase aufgebauten mucinanalogen Glycopeptids als antigene Einheit zu ermöglichen, wurde ein entsprechendes Ankersystem auf Basis von Glutaminsäure entwickelt. Dabei wurden an diese Verbindung neben dem TN-Antigen noch weitere komplexe tumorassoziierte Kohlenhydrat-antigene des Mucintyps angebunden, wobei der Aufbau der resultierenden amphiphilen Glycolipopeptide vollständig an der festen Phase gelang. Insgesamt konnten so mithilfe des teilfluorierten Lysinankers und des zweifach perfluorierten Glutaminsäureankers erste amphiphile Glycopeptid-Konjugate hergestellt werden, deren antigene Kopfgruppe aus einer 20 Aminosäuren umfassenden Wiederholungseinheit des Mucins MUC1 mit TN-, T- bzw. STN-Antigen-Seitenkette besteht. Derartige Verbindungen stellen reizvolle Bausteine für die Tumordiagnostik und für die Entwicklung von stabilen liposomalen Tumorvakzinen dar, da die verwendeten Perfluoralkylanker die Antigenpräsentation nicht wesentlich beeinflussen und die Bindung des Antikörpers nicht behindern. rn

Synthese von MUC1-Glycopeptid-Konjugaten mit fluorierten Analoga des Thomsen-Friedenreich-Antigens

Krebserkrankungen gehen oft mit der Überexpression von mucinartigen Glycoproteinen auf der Zelloberfläche einher. In vielen Krebserkrankungen wird aufgrund der fehlerhaften Expression verschiedener Glycosyltransferasen das transmembranständige Glycoprotein MUC1, mit verkürzten Glycanstrukturen, überexprimiert. Das Auftreten der verschiedenen tumor-assoziierten Antigene (TACA) korreliert meist mit dem Fortschreiten des Krebs und der Metastasierung. Daher stellen TACAs interessante Zielmoleküle für die Entwicklung einer aktiven Tumorimmuntherapie zur spezifischen Behandlung von Adenokarzinomen dar. In dieser Arbeit galt das Interesse dem epithelialen Mucin MUC1, auf Basis dessen ein synthetischer Zugang zu einheitlichen Antitumorvakzinen, welche aus mucinanalogen Glyco-peptid¬konjugaten des MUC1 und Carrierproteinen bestehen, hergestellt werden sollten.rnUm eine tumorspezifische Immunantwort zu erhalten, müssen die selbst schwach immunogenen MUC1-Antigene über einen nicht-immunogenen Spacer mit einem geeigneten Trägerprotein, wie Tetanus Toxoid oder Rinderserumalbumin (BSA), verbunden werden. rnDa ein Einsatz von Glycokonjugaten in Impfstoffen durch die metabolische Labilität der O-glycosidischen Bindungen eingeschränkt ist, wurden hierzu erstmals fluorierte Vetreter von MUC1-analogen Glycopeptiden verwendet, in denen das Kohlenhydrat-Epitop durch den strategischen Einbau von Fluor¬atomen gegenüber einem raschen Abbau durch Glycosidasen geschützt werden soll. Dazu wurden auf Basis des literaturbekannten Thomsen-Friedenreich-Antigens Synthesestrategien zur Herstellung eines 2’F- und eines 2’,6’-bisfluorierten-Analogons erarbeitet. rnSchlüsselschritte in der Synthese stellten neben der elektrophilen Fluorierung eines Galactalvorläufers auch die -selektive 3-Galactosylierung des TN-Antigen-Bausteins zum 2’F- und 2’,6’-bisfluorierten-Analogons des TF-Disaccharids dar. Durch entsprechende Schutzgruppentransformationen wurden die beiden Derivate in entsprechende Glycosyl¬amino-säure-Bausteine für die Festphasensynthese überführt.rnNeben den beiden Analoga des TF-Antigens wurde auch erstmals ein 2F-Analogon des 2,6-Sialyl-T-Antigens hergestellt. Dazu wurde der entsprechende 2’F-TF-Baustein mit Sialinsäure-xanthogenat nach bereits bekannten Syntheseprotokollen umgesetzt. Aufgrund von Substanzmangel konnte die Verbindung nicht zur Synthese eines MUC1-Glycopeptid-Analogons herangezogen werden.rnDer Einbau der hergestellten Glycosylaminosäure-Bausteine erfolgte in die aus 20 Amino-säuren bestehende vollständige Wiederholungseinheit aus der tandem repeat-Sequenz des MUC1, wobei die entsprechenden Glycanseitenketten stets in Position 6 eingeführt wurden. Um die erhaltenen Glycopeptide für immunologische Studien an Carrier-Proteine anbinden zu können und so ggf. zu funktionsfähigen Impfstoff-Konjugaten zu gelangen, wurden diese stets N-terminal mit einem nicht-immunogenen Triethylenglycol-Spacer verknüpft. Die anschließende Funktionalisierung mit Quadratsäurediethylester erlaubte die spätere chemoselektive Konjugation an Trägerproteine, wie Tetanus Toxoid oder BSA.rnIn ersten immunologischen Bindungsstudien wurden die synthetisierten BSA-Glycopeptid-Konjugate mit Serum-Antikörpern aus Vakzinierungsstudien von MUC1-Tetanus Toxoid-Konjugaten, die (i) eine natürliche TF-Antigenstruktur und (ii) ein entsprechendes TF-Antigenderivat mit Fluorsubstituenten an C-6 des Galactosamin-Bausteins und C-6’ des Galactoserests tragen, untersucht.rn

Synthese und Evaluierung von (Radio)Liganden für den Free Fatty Acid Rezeptor 1

Der Free Fatty Acid Receptor 1 (FFAR1) ist ein G-Protein gekoppelter Rezeptor, welcher neben einer hohen Expression im Gehirn auch eine verstärkte Expressionsrate auf den β-Zellen des Pankreas aufweist. Diese Expressionsmuster machen ihn zu einem idealen Target für die Visualisierung der sogenannten β-Zell-Masse mittels molekularer bildgebender Verfahren wie der PET. Eine Entwicklung geeigneter Radiotracer für die β-Zell-Bildgebung würde sowohl für die Diagnostik als auch für die Therapie von Typ-1- und Typ-2-Diabetes ein wertvolles Hilfsmittel darstellen.rnAufbauend auf einem von Sasaki et al. publiziertem Agonisten mit einem vielversprechendem EC50-Wert von 5,7 nM wurden dieser Agonist und zwei weitere darauf basierende 19F-substituierte Moleküle als Referenzverbindungen synthetisiert (DZ 1-3). Für die 18F-Markierung der Moleküle DZ 2 und DZ 3 wurden die entsprechenden Markierungsvorläufer (MV 1-3) synthetisiert und anschließend die Reaktionsparameter hinsichtlich Temperatur, Lösungsmittel, Basensystem und Reaktionszeit für die nukleophile n.c.a. 18F-Fluorierung optimiert. Die abschließende Entschützung zum fertigen Radiotracer wurde mit NaOH-Lösung durchgeführt und die Tracer injektionsfertig in isotonischer NaCl-Lösung mit radiochemischen Ausbeuten von 26,9 % ([18F]DZ 2) und 39 % ([18F]DZ 3) erhalten.rnZusätzlich wurde ein Chelator zur 68Ga-Markierung an den Liganden gekoppelt (Verb. 46) und die Markierungsparameter optimiert. Nach erfolgter Markierung mit 95 % radiochemischer Ausbeute, wurde der Tracer abgetrennt und in vitro Stabilitätsstudien durchgeführt. Diese zeigten eine Stabilität von mehr als 90 % über 120 min in sowohl humanem Serum (37 °C) als auch isotonischer NaCl-Lösung.rnMit einem ebenfalls synthetisierten fluoreszenzmarkierten Derivat des Liganden (Verb. 43) wurden erste LSM-Bilder an sowohl Langerhansschen Inseln als auch FFAR1-tragenden RIN-M Zellen durchgeführt, welche einen vielversprechenden Uptake des neuen Liganden in die Zellen zeigen. Weitere Untersuchungen und biologische Evaluierungen stehen noch aus. Mit den Referenzsubstanzen wurden zusätzlich Vitalitätsstudien an Langerhansschen Inseln durchgeführt, um einen negativen toxischen Einfluss auszuschließen.rn

A 6'-Fluoro-Substituent in Bicyclo-DNA Increases Affinity to Complementary RNA Presumably by CF-HC Pseudohydrogen Bonds

The synthesis of a novel bicyclic thymidine analogue carrying a β-fluoro substituent at C6' (6'F-bcT) has been achieved. Key steps of the synthesis were an electrophilic fluorination/stereospecific hydrogenation sequence of a bicyclo sugar intermediate, followed by an N-iodo-succinimide-induced stereoselective nucleosidation. A corresponding phosphoramidite building block was then prepared and used for oligonucleotide synthesis. Tm measurements of oligonucleotides with single and double incorporations showed a remarkable stabilization of duplex formation particularly with RNA as complement without compromising pairing selectivity. Increases in Tm were in the range of +1-2 °C compared to thymidine and +1-3 °C compared to a standard bc-T residue. Structural investigations of the 6'F-bcT nucleoside by X-ray crystallography showed an in-line arrangement of the fluorine substituent with H6 of thymine, however, with a distance that is relatively long for a nonclassical CF-HC hydrogen bond. In contrast, structural investigations in solution by (1)H and (13)C NMR clearly showed scalar coupling of fluorine with H6 and C6 of the nucleobase, indicating the existence of at least weak electrostatic interactions. On the basis of these results, we put forward the hypothesis that these weak CF-HC6 electrostatic interactions increase duplex stability by orienting and partially freezing torsion angle χ of the 6'F-bcT nucleoside.

Palaeoceanographic data of sediment core MD01-2416

We present an SiF4 separation line, coupled to a laser fluorination system, which allows for an efficient combined silica d18O and d30Si analysis (50 min per sample). The required sample weight of 1.5-2.0 mg allows for high-resolution isotope studies on biogenic opal. Besides analytical tests, the new instrumentation set-up was used to analyse two marine diatom fractions (>63 µm, 10-20 µm) with different diatom species compositions extracted from a Bølling/Allerød-Holocene core section [MD01-2416, North-West (NW) Pacific] to evaluate the palaeoceanographic significance of the diatom isotopic signals and to address isotopic effects related to contamination and species-related isotope effects (vital and environmental effects). While d30Si offsets between the two fractions were not discernible, supporting the absence of species-related silicon isotope effects, systematic offsets occur between the d18O records. Although small, these offsets point to species-related isotope effects, as bias by contamination can be discarded. The new records strengthen the palaeoceanographic history during the last deglaciation in the NW Pacific characterized by a sequence of events with varying surface water structure and biological productivity. With such palaeoceanographic evolution it becomes unlikely that the observed systematic d18O offsets signal seasonal temperature variability. This calls for reconsideration of vital effects, generally excluded to affect d18O measurements.

Nanoscale imaging of chemical interactions: Fluorine on graphite

Using C60-functionalized scanning tunneling microscope tips, we have investigated the adsorption of fluorine on graphite. Based on characteristics of the accompanying electron standing waves, we are able to distinguish the fluorine adatoms that have bonded ionically to the graphite surface from those that have formed covalent bonds with the surface. This result permits determination of the ratio of ionic to covalent C–F bonds on graphite obtained by gas phase fluorination, which seems to be temperatureindependent between 200 and 300°C under the reaction conditions used.

Palladium and organocatalysis: an excellent recipe for asymmetric synthesis

The dual activation of simple substrates by the combination of organocatalysis and palladium catalysis has been successfully applied in a variety of different asymmetric transformations. Thus, the asymmetric a-allylation of carbonyl compounds, a-fluorination of acyl derivatives, decarboxylative protonation of β-dicarbonyl compounds, cyclization reactions of alkynyl carbonyl compounds and β-functionalization of aldehydes have been efficiently achieved employing this double-catalytic methodology.

The preparation of uranium hexafluoride from uranium ores and concentrates by fluoride volatility processes : an annotated bibliography /

"Feed Materials Production Center, National Lead Company of Ohio"--Cover.

The Discovery, Development, and Mechanistic Investigations of Transition Metal-Catalyzed Organic Reactions

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Fluorinated-plasma modification of polyetherimide films

Ultem 1000 polyetherimide films prepared by cast-evaporating technique were covered with a 1H,1H,2H-tridecafluoro-oct-1-ene (PFO) plasma-polymerized layer. The effects of the plasma exposure time on the surface composition were studied by X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and surface energy analysis. The surface topography of the plasma layer was deduced from scanning electron microscopy. The F/C ratio for plasma-polymerized PFO under the input RF power of 50 W can be as high as 1.30 for 480 s and similar to 0.4-2 at % of oxygen was detected, resulting from the reaction of long-lived radicals in the plasma polymer with atmospheric oxygen. The plasma deposition of fluorocarbon coating from plasma PFO reduces the surface energy from 46 to 18.3 mJ m(-2). (c) 2006 Wiley Periodicals, Inc.

Studies in asymmetric and heterocyclic synthesis: I. chiral ketones II. Quinolones III. Trifluoromethylated pyrones

This thesis is split into three sections based on three different areas of research. In the first section, investigations into the α-alkylation of ketones using a novel chiral auxiliary is reported. This chiral auxiliary was synthesised containing a pyrrolidine ring in the chiral arm and was applied in the preparation of α-alkylated ketones which were obtained in up to 92% ee and up to 63% yield over two steps. Both 3-pentanone and propiophenone based ketones were used in the investigation with a variety of both alkyl and benzyl based electrophiles. The novel chiral auxiliary was also successful when applied to Michael and aldol reactions. A diamine precursor en route to the chiral auxiliary was also applied as an organocatalyst in a Michael reaction, with the product obtained in excellent enantioselectivity. In the second section, investigations into potential anti-quorum sensing molecules are reported. The bacteria Pseudomonas aeruginosa is an antibiotic-resistant pathogen that demonstrates cooperative behaviours and communicates using small chemical molecules in a process termed quorum sensing. A variety of C-3 analogues of the quorum sensing molecules used by P. aeruginosa were synthesised. Expanding upon previous research within the group, investigations were carried out into alternative protecting group strategies of 2-heptyl-4-(1H)- quinolone with the aim of improving the yields of products of cross-coupling reactions. In the third section, investigations into fluorination and trifluoromethylation of 2-pyrones, pyridones and quinolones is reported. The incorporation of a fluorine atom or a trifluoromethyl group into a molecule is important in pharmaceutical drug discovery programmes as it can lead to increased lipophilicity and bioavailability, however late-stage incorporation is rarely reported. Both direct fluorination and trifluoromethylation were attempted. Eight trifluoromethylated 2-pyrones, five trifluoromethylated 2-pyridones and a trifluoromethylated 2-quinolone were obtained in a late-stage synthesis from their respective iodinated precursors using methyl fluorosulfonyldifluoroacetate as a trifluoromethylating reagent.

Mechanochemical solvent-free synthesis of Sn-β Zeolite and Ag2O/TiO2 catalysts

Preparations of heterogeneous catalysts are usually complex processes that involve several procedures as precipitation, crystallization and hydrothermal treatments. This processes are really dependent by the operative conditions such as temperature, pH, concentration etc. Hence the resulting product is extremely affected by any possible variations in these parameters making this synthesis really fragile. With the aim to improve these operations has been decided to exploit a new possible strong environment-respectful process by mechanochemical treatment, which permits to carry out solvent free-solvent synthesis exploiting the Mixer Mill MM400 (Retsch) in order to have reproducible results. Two different systems have been studied in this kind of synthesis: a tin β -zeolite tested in a H-trasnfer reaction of cyclohexanone and a silver on titania catalyst used in the fluorination of 2,2 dimethyl glucaric acid. Each catalyst has been characterized by different techniques in order to understand the transformations involved in the mechanochemical treatment.

Synteza i właściwości oksiranowych pochodnych estrów kwasów fosfonowych

Wydział Chemii

Probing the interactions between ionic liquids and water: experimental and quantum chemical approach

For an adequate choice or design of ionic liquids, the knowledge of their interaction with other solutes and solvents is an essential feature for predicting the reactivity and selectivity of systems involving these compounds. In this work, the activity coefficient of water in several imidazolium-based ionic liquids with the common cation 1-butyl-3-methylimidazolium was measured at 298.2 K. To contribute to a deeper insight into the interaction between ionic liquids and water, COSMO-RS was used to predict the activity coefficient of water in the studied ionic liquids along with the excess enthalpies. The results showed good agreement between experimental and predicted activity coefficient of water in ionic liquids and that the interaction of water and ionic liquids was strongly influenced by the hydrogen bonding of the anion with water. Accordingly, the intensity of interaction of the anions with water can be ranked as the following: [CF3SO3](-) < [SCN](-) < [TFA](-) < Br(-) < [TOS](-) < Cl(-) < [CH3SO3](-) [DMP](-) < [Ac](-). In addition, fluorination and aromatization of anions are shown to reduce their interaction with water. The effect of temperature on the activity coefficient of water at infinite dilution was measured by inverse gas chromatography and predicted by COSMO-RS. Further analysis based on COSMO-RS provided information on the nature of hydrogen bonding between water and anion as well as the possibility of anion-water complex formation.