Tetraurea derivatives of calix[4]arenes and oligocalix[4]arenes, synthesis and self-assembly = Tetraharnstoff-Derivate von Calix[4 ]arenen und Oligocalix[4]arenen, Synthese und Selbstorganisierung

Wide rim tetraurea calix[4]arenes form hydrogen bonded dimeric capsules in apolar solvents in the presence of a suitable guest, which must be included in the cavity. The monomeric and dimeric form are never observed simultaneously under usual conditions. In general the combination of two different alkyl or aryl tetraurea derivatives results in the mixture of two homodimers and a heterodimer, however, only the heterodimeric species is observed in the 1:1 mixture of aryl and tosyl ureas. The (hetero)dimerization of oligourea calix[4]arenes (units) was used to construct larger structures via self-assembly of multiple calixarenes (building blocks) containing two (or more) covalently connected units. Among these self-assembled structures linear or branched polymers, cyclic oligomers and well-organized dendrimers were envisaged. The synthesis of the building blocks requires the preparation of calix[4]arene units possessing one (or more) functional group at the narrow or wide rim. Finally the oligourea units were covalently connected either directly or via suitable spacers within appropriate building blocks using amide bonds. Self-assembly properties of such building blocks were investigated.

A copper/p-sulfonatocalix[6]arene/phenanthroline supramolecular compound with 1D [Cu-2-calixarene](n) coordination chains

A supramolecular complex [Cu(phen)(2)H2O]{[Cu(phen)(H2O)](2)[C6AS]}center dot 2.5H(2)O (phen = 1,10'-phenanthroline and C6AS = p-sulfonatocalix[6]arene) has been synthesized under hydrothermal condition, and characterized by IR spectroscopy, TG analysis and single crystal X-ray diffraction. In the structure, unprecedented 1D ({[Cu(phen)(H2O)](2)[C(6)AS]}(2-))(n) coordination chains (exactly being belts) are stacked into some 2D layers by the pi center dot center dot center dot pi stacking interactions, which are further interconnected into a 3D extended structure by hydrogen bonding.

Lanthanide-hinged calixarene bicapsules: Discrete hexanuclear Ln(III)/phenanthroline/p-sulfonatocalix[4]arene oligomers (Ln = Gd, Tb)

The dumbbell-like calixarene bicapsule in two novel Ln(III)-C4AS compounds was found to be a hexanuclear Ln(III)/phenanthroline/p-sulfonatocalix[4]arene oligomer. The magnetic and luminescent properties of these compounds were examined.

Macroscopic single-crystal tubes assembled with porous supramolecular architecture of water-soluble calixarene and phenanthroline

Single-crystal tubular products on the millimetre scale have been synthesized from water-soluble calixarene and phenanthroline in the presence of lanthanides by a hydrothermal method, in which the extended structures contain some 1D infinite channels.

Five supramolecular compounds of water-soluble sulfonylcalix[4]arenetetrasulfonate showing two calixarene conformations

Five new compounds of sulfonylcalix[4]arenetetrasulfonate (SC4AS), [H7Na(H2O)(3)(SC4AS)(phen)(5)](H2O)(11.9) (1), [H6Mn(H2O)(4)(SC4AS)(phen)(5)] (H2O)(12.7) (2), [Cu-4(SC4AS) (phen)(6)] (H2O)(4.5) (3), {[Cu (2)(SC4AS) (bpy)(2)][Cu(bpy)(2)(H2O)](2)} (H2O)(6.6) (4), and {[Zn-2(SC4AS) (phen)(2)][Zn(phen)(2)(H2O)(2)](2)} (H2O)(7) (5) (where phen 1,10-phenanthroline and bpy = 2,2'-bipyridine), were synthesized by a hydrothermal method and structurally determined by single crystal X-ray diffraction. The SC4AS ligand adopts partial cone conformation in compounds 1 and 2 and 1,2-alternate form in compounds 3-5. According to the structural analysis and density functional theory (DFT) calculations, we suggest that the metal can affect the conformation of SC4AS.

Assembly of 'discrete' (H2O)(16) water clusters within a supramolecular compound of calixarene

A 'discrete' (H2O)(16) cluster, featuring four basic cyclic nine-membered rings and a twelve-membered ring, illustrates a new mode of supramolecular association of water molecules.

Synthesis, structure and electrochemical property of calixarene potassium polyoxometalates

One inorganic-organic hybrid and two host-guest complexes were synthesized from calix[4] arene tetra acetic ether derivative( C60H80O12, L) and potassium polyoxometalates. The structures of the complexes were characterized with the elemental analysis, IR, TG-DTA and X-crystallographic. X-ray crystallographic studies reveal the formation of an ionic crystal, which contains a calix-cluster and calix-cluster-calix line array, and belongs to a typical inorganic-organic hybrid ( complex 1) or has a host-guest structure ( complex 2 and 3). The results of cyclic voltammograms at different scanning rates showed that the anode peak current of complex 1 was proportional to the square root of the scanning rate and the charge transfer process was controlled by pervasion. The anode peak current of complexes 2 and 3 was proportional to the scanning rate and the charge transfer process was controlled by the surface. The results suggest that there are consanguineous relationship between the anode reaction and the structure.

Modelling of the sodium complex of a calixarene tetraester in the 1,3-alternate conformation

This paper describes the use of molecular mechanics to model the geometry of the sodium complex of a calix[4] arene tetraester, in the 1,3-alternate conformation 1. Partial charges were assigned to the calixarene on the basis of semi-empirical (AM1, PM3, MNDO, INDO, CNDO and ZINDO) calculations and the binding of the sodium ion to the calixarene was modelled using molecular mechanics. Agreement between the optimised and X-ray structures of the complex was very good. The effect of placing the cation in different starting positions on the energy-minimised geometry of the complex is described.

Calixarene and Resorcarene Based Receptors: From Structural and Thermodynamic Studies to the Synthesis of a New Mercury(II) Selective Material

Materials used in current technological approaches for the removal of mercury lack selectivity. Given that this is one of the main features of supramolecular chemistry, receptors based on calix[4]arene and calix[4]resorcarene containing functional groups able to interact selectively with polluting ions while discriminating against biologically essential ones were designed. Thus two receptors, a partially functionalized calix[4]arene derivative, namely, 5,11,17,23-tetra-tert-butyl [25-27-bis(diethyl thiophosphate amino)dihydroxy] calix[4]arene (1) and a fully functionalized calix[4]resorcarene, 4,6,10,12,16,18,22,24-diethyl thiophosphate calix[4]resorcarene (2) are introduced. Mercury(II) was the identified target due to the environmental and health problems associated with its presence in water Thus following the synthesis and characterization of 1 and 2 in solution ((1)HNMR) and in the solid state (X-ray crystallography) the sequence of experimental events leading to cation complexation studies in acetonitrile and methanol ((1)H NMR, conductance, potentiometric, and calorimetric measurements) with the aim of assessing their behavior as mercury selective receptors are described. The cation selectivity pattern observed in acetonitrile follows the sequence Hg(II) > Cu(II) > Ag(I). In methanol 1 is also selective for Hg(II) relative to Ag(I) but no interaction takes place between this receptor and Cu(II) in this solvent. Based on previous results and experimental facts shown in this paper, it is concluded that the complexation observed with Cu(II) in acetonitrile occurs through the acetonitrile-receptor adduct rather than through the free ligand. Receptor 2 has an enhanced capacity for uptaking Hg(II) but forms metalate complexes with Cu(II). These studies in solution guided the inmobilization of receptor 1 into a silica support to produce a new and recyclable material for the removal of Hg(II) from water. An assessment on its capacity to extract this cation from water relative to Cu(II) and Ag (I) shows that the cation selectivity pattern of the inmobilized receptor is the same as that observed for the free receptor in methanol. These findings demonstrate that fundamental studies play a critical role in the selection of the receptor to be attached to silicates as well as in the reaction medium used for the synthesis of the new decontaminating agent.

Darstellung von substituierten Phenylacetylenen und Untersuchung ihrer von Palladiumverbindungen und Phosphorliganden homogen katalysierten Dimerisierung

In dieser Arbeit werden Homodimerisierungen von substituierten Phenylacetylenen mit Butinsäureethylester untersucht. Als Katalysatorsysteme dienen Palladium-Phosphan-Systeme.Kinetische Untersuchungen dieser Reaktionen zeigen, dass im Allgemeinen keine einfache Reaktionsordnung vorliegt. Nur für die Dimerisierung von Phenylacetylen mit einem Katalysatorsystem aus Palladium(II)-acetat und Triphenylphosphan findet sich eine Reaktion erster Ordnung.Vergleiche von Produktzusammensetzungen nach Ablauf einiger Homodimerisierungen bei verschiedenen Temperaturen führen zu dem Schluss, dass diese Reaktionen durch Temperaturveränderungen nicht kinetisch kontrollierbar sind.Die Struktur des 2,4-Bis(4-methoxyphenyl)-but-1-en-3-ins, das bei der Dimerisierung von 4-Methoxy-phenylacetylen entsteht, konnte durch eine Röntgenstrukturanalyse bestimmt werden.

Etablierung und Anwendung von biophysikalischen und molekularbiologischen Methoden zur Untersuchung von Wirkmechanismen neuer Indol-, Carbazol- und Oligopyrrolcarboxamid-Derivate als potentielle antitumoraktive Stoffe

Im Rahmen der gezielten Suche nach neuen Leitstrukturen mit antitumoraler Wirkung werden im Arbeitskreis U. Pindur seit Jahren verschiedene Strukturvarianten der Indol-, Carbazol und Pyrrol-Reihe studiert. Durch die Vielzahl neu synthetisierter Verbindungen war es erforderlich, geeignete Screening-Verfahren für die Routineanalyse zu etablieren, die möglichst früh vielversprechende Substanzen detektieren können.Zwei bedeutsame Targets der antitumoralen Wirkstoffe sind die DNA und die Topoisomerase I. Demzufolge war es das Kernziel dieser Arbeit, in erster Linie Assay-Verfahren zu studieren und neu zu etablieren, die eine Wechselwirkung von neu-synthetisierten Verbindungen mit diesen Targets nachweisen könnten.Im Rahmen dieser Arbeit wurden vier Assay-Verfahren neu etabliert und für die Routineanwendung optimiert: die Bestimmung der DNA-Schmelztemperatur, der Ethidiumbromid-Verdrängungsassay, der Unwinding-Assay und die Bestimmung der Topoisomerase I-Hemmung.Mit diesen vier Methoden, die mit Hilfe neuer Synthesesubstanzen und bekannter Standard-Cytostatika in dieser Arbeit aufgebaut, validiert und optimiert wurden, und mit den Ergebnissen der Zytotoxizitätsbestimmung, die im National Cancer Institute durchgeführt wurde, sollten nun erste Basisinformationen zum zukünftigen Aufbau von Struktur-Wirkungsbeziehungen der im Arbeitskreis U. Pindur synthetisierten Verbindungen geliefert werden.Aus der Analyse der Problematik bei der Durchführung der Assays zur Bestimmung der Wechselwirkungen mit der DNA und der damit ermittelten Ergebnisse hat sich eine Reduktion der Lipophilie der Testverbindungen als besonders wichtig herausgestellt, denn die meisten Assays werden in wäßrigem Puffer durchgeführt.In Hinblick auf Struktur-Wirkungsbeziehungen der neu synthetisierten Verbindungen konnten ausgehend von den bisherigen Ergebnissen erste vororientierende Korrelationen zwischen den verschiedenen Assay-Daten aufgestellt werden. Allerdings konnte auf Grund der Heterogenität der rationalen Hintergründe der Testverfahren und der Heterogenität der untersuchten Stoffgruppen noch kein einheitliches weiterführendes Strukturkonzept erarbeitet werden. Lediglich bei den Pyrrolcarboxamid-Derivaten konnte unter Berücksichtigung folgender Informationen eine weitergehende Strukturoptimierung vorgenommen werden. Eine terminale Dimethylaminopropyl-Gruppe sowie mindestens zwei Pyrroleinheiten bzw. drei amidische Gruppen bei den DNA-rinnenbindenden Pyrrolcarboxamid-Ketten sind erforderlich, um eine Wechselwirkung mit der DNA zu erreichen. Der interkalierende Teil der als potentielle „Combilexine“ entwickelten Oligopyrrolcarboxamid-Derivate sollte eine große Affinität zur DNA aufweisen, sonst scheint dieser Strukturabschnitt eher einen sterischen Störeffekt bei der Bindung in die Rinnen der Seitenkette hervorzurufen.Eine Analyse der erforderlichen strukturellen Eigenschaften für die Wechselwirkung mit der Topoisomerase I war nicht möglich, denn Testverbindungen unterschiedlichster Struktur haben eine Hemmung dieses Enzyms gezeigt. Weiterhin ist keine Korrelation zwischen der DNA-Affinität und der Fähigkeit zur Hemmung der Topo I festzustellen. Dennoch konnte die zytotoxische Wirkung bei einer Vielzahl von Verbindungen mit einer Hemmung der Topoisomerase I erklärt.Auf Grund der vorliegenden Ergebnisse sollten nun weitere Verbindungen gezielter synthetisiert werden, deren Analyse mit Hilfe der im Rahmen dieser Arbeit etablierten Verfahren zur Aufklärung weiterer essentieller Punkte für die Wechselwirkung mit der DNA und den Topoisomerasen führen soll.

Self-assembled structures based on functionalized calix[4]arenes and calix[8]arenes = Selbstorganisierte Strukturen basierend auf funktionalisierten Calix[4]- und Calix[8]arenen

Calix[4]arenes with urea functions attached to the p-positions of the phenolic units usually form dimers in apolar solvents. Tetraureas functionalized by pyridyl and carboxyl groups form dimers only with bis- or tetraloop tetraureas. This heterodimerization was used for the synthesis of a bis-[3]catenane. Tetraureas functionalized with sulfide functions were synthesized for the preparation of monolayers from the dimeric capsules containing electrochemically active guests on gold. Bis-tetraureacalix[4]arenes singly-linked via their wide rim by rigid spacers were synthesized and their self-assembly to polymers in apolar solvents was proved by the 1H NMR spectroscopy and AFM studies. Dimerization of the first example of the tetraurea calix[4]arenes bridged in 1,3-positions at the narrow rim was proved by 1H NMR spectroscopy. Calix[8]arenes functionalized by urea, amido or naphthalimido groups at their p-positions self-assemble to columnar structures by hydrogen bonding or by π-π-stacking.

Poly(p-phenylen)-Derivate für die Anwendung in Leuchtdioden

Zusammenfassung Das 2,7-Polyfluoren (2,7-PF) wurde in neuer Zeit sowohl wegen seiner einfachen Synthese und hohen Fluoreszenzquantenausbeuten als auch seiner chemischen und thermischen Stabilität intensiv untersucht. Leider liegt das Emissionsmaximum von 2,7-PF in einem Bereich, bei dem das menschliche Auge nicht genügend Sensitivität aufweist. Das Leiter-Poly(p-phenylen) (LPPP) besitzt die optimale Wellenlänge. Jedoch zeigt das LPPP wegen seines steifen Rückgrates große Aggregationstendenz im Film auf, wodurch die Emissionsfarbe bathochrom verschoben und die Photolumineszenzquantenausbeute verringert wird. Es ist deshalb wünschenswert, Polymere zu synthetisieren, die eine längerwellige Emissionsbande als 2,7-PF und eine geringere Aggregationstendenz als LPPP 20 besitzen. Eine Reihe neuer blau emittierender Polymere auf der Basis von Indenofluoren- und Fluoren-Bausteinen mit geringer Aggregationstendenz, hoher thermischer und chemischer Stabilität sowie guter Verarbeitbarkeit wurden dargestellt. Die Polymere weisen eine hohe thermische Stabilität auf (Zersetzung ca.: 310 °C) und sind sehr gut löslich in organischen Lösungsmitteln. Das Absorptionsmaximum des 2,8-Polyindenofluoren (2,8-PIF) in Chloroform liegt bei 416 nm, das Emissionsmaximun bei 432 nm. Die Phasenumwandlungstemperatur beim PIF liegt ca. bei 260 °C. Leider zeigen 2,8-PIF Aggregationstendenzen im Film. Um die Aggregation komplett zu unterbinden, wurden Polyphenylene als Seitenketten an das Dibromfluoren angebracht. Anschließend wurde nach Yamamoto polymerisiert. Das dendritnische PF (DPF) weist die gleiche thermische Stabilität wie die PIFs 28 auf (Zersetzung: 340 °C). Das Polymer 62a ist sehr gut löslich in Toluol, Xylol und chlorierten organischen Lösungsmitteln. Die Absorptions- und Emissionsmaxima des DPFs in Lösung (Chloroform) weisen keine Veränderung gegenüber PF auf. Die Emissionsmaxima des DPFs im Film und nach dem Tempern (100 °C, 24 h) zeigen lediglich eine Verschiebung um 8 nm. Eine Aggregatenbande entsteht jedoch nicht. Dies unterstreicht die abschirmende Eigenschaft der dendritischen Substituenten. Durch Copolymerisation lassen sich die Eigenschaften von Polymeren variieren. Um die Aggregationstendenz der PIF-Derivate zu verringern, wurden die entsprechenden Monomere in verschiedenen Verhältnissen copolymerisiert. Durch die Copolymerisation wurde die PL-Quantenausbeute auf 50 % erhöht. Weiterhin wurden Copolymere von Indenofluoren und 9,10-Dibromanthracen, und erschiedenen Perylenen hergestellt, um zu blau, rot und grün emittierenden Polymeren zu gelangen. Alle blau emittierenden Polymeren wurden in Leuchtdioden untersucht. Das DPF und das Copolymer aus Indenofluoren und Anthracene wiesen die besten Eigenschaften hierfür auf.

Untersuchung der DNA-bindenden Eigenschaften neuer Nukleobasen-gekoppelter Pyrrolcarboxamide, Combilexine und Hetaren[a]carbazol-Derivate: Validierung und Etablierung von in-vitro- und in-silico-Methoden

Da maligne Neoplasien durch Mutationen in Proto-Onko- und/oder Tumorsuppressorgenen ausgelöst werden, stellt die DNA eines der wichtigsten Targets für die Entwicklung neuer Zytostatika dar. Auch bei den im Arbeitskreis Pindur designten und synthetisier-ten Verbindungen der Nukleobasen-gekoppelten Pyrrolcarboxamid-, der Hetaren[a]carbazol- und der Combilexin-Reihe handelt es sich um DNA-Liganden mit potentiell antitumoraktiven Eigenschaf-ten. Die einen dualen Bindemodus aufweisenden Combilexine bestehen aus einem Interkalator (u. a. Naphthalimid, Acridon), der über einen Linker variabler Kettenlänge mit einer rinnenbin-denden, von Netropsin abgeleiteten Bispyrrol-, oder einer bioisosteren Imidazol-, Thiazol- oder Thiophen-pyrrolcarboxamid-struktur verknüpft ist. Das N-terminale Ende der Combilexine wird von einer N,N-Dimethylaminopropyl- oder -ethyl-Seitenkette gebildet. Die DNA-Affinitäten der Liganden wurden mittels Tm-Wert-Messung-en bestimmt. Diese Denaturierungsexperimente wurden sowohl mit poly(dAdT)2- als auch mit Thymus-DNA (~42% GC-Anteil) durchge-führt, um Aussagen zur Stärke und zur Sequenzselektivität der DNA-Bindung machen zu können. Des Weiteren wurden die Bindekon-stanten einiger ausgewählter Vertreter mit Hilfe des Ethidium-bromid-Verdrängungsassays ermittelt; einige Testverbindungen wurden zudem auf potentiell vorhandene, TOPO I-inhibierende Eigenschaften untersucht. Diese biochemischen und biophysika-lischen Tests wurden durch Molecular Modelling-Studien ergänzt, die die Berechnung von molekularen Eigenschaften, die Durch-führung von Konformerenanalysen und die Simulation von DNA-Ligand-Komplexen (Docking) umfassten. Durch Korrelation der in vitro-Befunde mit den in silico-Daten gelang es, vor allem für die Substanzklasse der Combilexine einige richtungweisende Struktur-Wirkungsbeziehungen aufzustellen. So konnte gezeigt werden, dass die Einführung eines Imidazol-Rings in die rinnen-bindende Hetaren-pyrrolcarboxamid-Struktur der Combilexine aufgrund der H-Brücken-Akzeptor-Funktion des sp2-hybridisierten N-Atoms eine Verschiebung der Sequenzselektivität der DNA-Bindung von AT- zu GC-reichen Arealen der DNA bedingt. Zudem erwies sich ein C3-Linker für die Verknüpfung des Naphthalimids mit dem rinnenbindenden Strukturelement als am besten geeignet, während bei den Acridon-Derivaten die Verbindungen mit einem N-terminalen Buttersäure-Linker die höchste DNA-Affinität aufwiesen. Dies ist sehr wahrscheinlich auf die im Vergleich zum Naphthalimid-Molekül geringere y-Achsen-Ausdehnung (bzgl. eines x/y-Koordinatensystems) des Acridons zurückzuführen. Die ermittelten Struktur-Wirkungsbeziehungen können dazu herangezogen werden, das rationale Design neuer DNA-Liganden mit potentiell stärkerer DNA-Bindung zu optimieren.