Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und...
Transcript of Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und...
Wasserloumlsliche molekulare Klammern und Pinzetten
zur Komplexierung von biorelevanten Molekuumllen
Dissertation
zur
Erlangung des Doktorgrades
der Naturwissenschaften
(Dr rer nat)
dem
Fachbereich Chemie
der Philipps-Universitaumlt Marburg
vorgelegt von
Michael Fokkens
aus Amsterdam
MarburgLahn 2005
Inhaltsverzeichnis II
Vom Fachbereich Chemie der Philipps-Universitaumlt Marburg als Dissertation am
angenommen
Erstgutachter Prof Dr Thomas Schrader
Zweitgutachter Prof Dr Gerhard Klebe
Tag der muumlndlichen Pruumlfung am 11 Juli 2005
bdquoMan braucht nichts im Leben zu fuumlrchten
man muss nur alles verstehenldquo
Marie Curie
fuumlr Mina
Inhaltsverzeichnis IV
Danksagung
Als erstes moumlchte ich mich bei Professor Thomas Schrader bedanken fuumlr die Moumlglichkeit in
seinem Arbeitskreis promovieren zu koumlnnen fuumlr die Uumlberlassung des interessanten Themas
seine Betreuung die wertvollen Anregungen und seine stete Diskussionsbereitschaft
Bei Professor Frank-Gerrit Klaumlrner moumlchte ich mich dafuumlr bedanken dass ich die Moumlglichkeit
hatte die Synthese der Acetat-Pinzette in seiner Arbeitsgruppe lernen zu koumlnnen Ebenfalls
moumlchte ich mich fuumlr seine wertvollen Anregungen und Diskussionen sowie seine
Hilfsbereitschaft bedanken
Bei den Professoren Gerhard Klebe Lars-Oliver Essen und Joumlrg Lorberth moumlchte ich mich fuumlr
die Uumlbernahme des Koreferats bedanken
Dem Arbeitskreis Schrader moumlchte ich fuumlr den Humor die lustigen Kaffeepausen und die
Hilfe danken
Beim Arbeitskreis Klaumlrner insbesondere bei Dr Jolanta Polkowska Carla Verhaelen und
Anke Nellesen moumlchte ich mich fuumlr ihre freundliche Aufnahme in der Gruppe sowie ihre
Hilfe bedanken
Meinen Vertiefungsstudenten Christian Schuh Sebastian Koch Katharina Kowalski Gero
Becker Sven Siebler und Sabrina Kille danke ich fuumlr ihr Engagement
Bei Alphonse Mbonimana und Gert Haumlde von der NMR-Abteilung des Fachbereichs Chemie
moumlchte ich fuumlr ihre Geduld beim Messen von unzaumlhligen NMR-Titrationen bedanken Der
Masseabteilung des Fachbereichs Chemie sowie Dr Uwe Linne danke ich fuumlr das Messen der
Massen
Jasmine Fokkens moumlchte ich fuumlr ihre Hilfe bei den ITC-Experimenten danken
Bei Jasmine Fokkens Matthias Junkers und Michael Maue moumlchte ich mich fuumlr das
Korrekturlesen dieser Arbeit bedanken Ohne ihre Hilfe waumlren noch viel mehr
Rechtschreibfehler drin
Bei meinen Eltern moumlchte ich mich fuumlr ihre Unterstuumltzung bedanken Meinen Freunden danke
ich fuumlr die Abwechslung und die lustigen Treffen Insbesondere Edgar amp Silvia Specker
Tanja Sgraja und Daniel Hahn moumlchte ich fuumlr die langen cocktailgetraumlnkten Spieleabende
danken
Schlieszliglich moumlchte ich mich ganz besonders bei meiner Frau Jasmine fuumlr ihre Hilfe ihre
Unterstuumltzung und ihre Geduld mit mir bedanken und dafuumlr dass sie mir immer wieder Mut
gemacht hat Ich moumlchte ihr auch fuumlr die schoumlne Zeit in Marburg danken Ihre Unterstuumltzung
war ein groszliger Beitrag zum Gelingen dieser Arbeit
Inhaltsverzeichnis VI
Teile dieser Arbeit sind publiziert eingereicht oder auf Kongressen praumlsentiert worden
[1] NAD+-Erkennung in Wasser Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader
Jolanta Polkowska Jens Panitzky Frank-Gerrit Klaumlrner Poster praumlsentiert auf dem
Symposium bdquoMolekulare Erkennungldquo des Sonderforschungsbereichs SFB 452 Essen
Maumlrz 2002
[2] Neue Wirkstoffe zu Therapie Diagnostik und Prophylaxe der Makuladegeneration
Patentanmeldung vom 24112004 Erfinder Thomas Schrader Michael Fokkens
Reza Zadmard Christian Jasper Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta Polkowska Frank
Bastkowski DE 10 2004 056 8227
[3] Selective Complexation of N-Alkylpyridinium Salts Binding of NAD+ in Water
Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader Felix Koziol Christian
Ochsenfeld Jolanta Polkowska Matthias Lobert Bjoumlrn Kahlert Frank-Gerrit Klaumlrner
Chem Eur J 2005 11 477-494
[4] A Molecular Tweezer for Lysine and Arginine Michael Fokkens Thomas Schrader
Frank-Gerrit Klaumlrner eingereicht bei J Am Chem Soc 2005
[5] Inclusion of Thiamine Diphosphate and S-Adenosylmethionine at their Chemically
Active Sites Thomas Schrader Michael Fokkens Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta
Polkowska Frank Bastkowski eingereicht bei J Org Chem 2005
Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
Seite
Inhaltsverzeichnis I
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Nomenklatur der Aminosaumluren V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
11 Die Natur als Vorbild 1
12 Molekulare Klammern und Pinzetten 2
13 Vorarbeiten 7
14 Aufgabenstellung 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
21 Synthesen 14
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 24
221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
24
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+ 27
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen 38
224 Bindungsexperimente mit Thiamin 48
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer) 55
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 56
231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
56
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen 56
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen 57
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren 60
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
65
236 Einfluss von von dipolaren aprotischen Kosolventien 68
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette) 69
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 70
241 Einleitung 70
242 Theoretische Grundlagen 71
Inhaltsverzeichnis II
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24 77
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 78
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
4 Experimenteller Teil 85
41 Material und Methoden 85
42 Synthesen 88
421 Synthese des Spacers 14 88
422 Synthese der Modellverbindung 92
423 Synthese der Hydroxyklammer 21 97
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10 99
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24 101
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29 103
427 Synthese der Hydoxypinzette 38 108
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11 111
43 NMR-Titrationen 113
431 Durchfuumlhrung 113
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer 115
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette 136
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln 159
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 160
441 Das Messgeraumlt 160
442 Reinigung des Messgeraumltes 161
443 Kalibrierung des Messgeraumltes 161
444 Durchfuumlhrung der Messungen 162
445 Messergebnisse 164
5 Literatur 166
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Abkuumlrzungsverzeichnis
Aring Aringngstroumlm (1 Aring = 10-10 m)
abs absolut
Ac Acetyl
AMD altersbedingten Makuladegeneration
AMP Adenosinmonophosphat
ATP Adenosintriphosphat
AZT 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin
A2E N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
ber berechnet
Bu Butyl
CHN Elementaranalyse
CMP Cytidinmonophosphat
COX Cytochrom c Oxidase
d Tag(e)
DDQ 23-Dichlor-56-dicyanobenzochinon
DMAP 4-Dimethylaminophenol-Hydrochlorid
DMF NN-Dimethylformamid
DMSO Dimethylsulfoxid
ESI Elektronenspray Ionisierung
Et Ethyl
FAD Flavin-Adenin-Dinukleotid
gef gefunden
G Gast
GMP Guanosinmonophosphat
h Stunde(n)
HOMO highest occupied molecular orbital
HPLC high perfomance liquid chromatography
HR High Resolution
ITC Isothermale Titrationskalorimetrie
k Kilo- (103)
konz konzentriert
L Liter
LAH Lithiumaluminiumhydrid
Abkuumlrzungsverzeichnis IV
LUMO lowest unoccupied molecular orbital
micro Mikro- (10-6)
m Milli (10-3)
M Molaritaumlt (mol L-1)
Me Methyl
min Minute(n)
MS Massenspektrometrie
NAD+ Nikotinamidadenindinukleotid
NADH Nikotinamidadenindinukleotid
NADP Nikotinamidadenindinukleotidphosphat
NMN Nikotinamidmononukleotid
NMR Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonanz)
NOE Nuclear Overhauser Enhancement
p para
Ph Phenyl
ppm parts per million
RT Raumtemperatur
S Stearinsaumlure
Smp Schmelzpunkt
THF Tetrahydrofuran
TMP Thymidinmonophosphat
TPP Thiaminpyrophosphat
UMP Uridinmonophosphat
UV ultraviolett
verd verduumlnnt
VIS sichtbarer Wellenlaumlngenbereich des Lichts
W Wirt
Abkuumlrzungsverzeichnis V
Nomenklatur der Aminosaumluren
Aminosaumlure Dreibuchstabencode Einbuchstabencode
Alanin Ala A
Arginin Arg R
Asparagin Asn N
Asparaginsaumlure (Aspartat) Asp D
Cystein Cys C
Glutamin Gln Q
Glutaminsaumlure (Glutamat) Glu E
Glycin Gly G
Histidin His H
Isoleucin Ile I
Leucin Leu L
Lysin Lys K
Methionin Met M
Phenylalanin Phe F
Prolin Pro P
Serin Ser S
Threonin Thr T
Tryptophan Trp W
Tyrosin Tyr Y
Valin Val V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
1 Einleitung und Aufgabenstellung
11 Die Natur als Vorbild
In der Natur werden viele molekularbiologische Vorgaumlnge durch intermolekulare
nichtkovalente Wechselwirkungen vermittelt So beruhen unter anderem die
Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat oder Wirkstoff auf nichtkovalenten
Wechselwirkungen Auch Interaktionen zwischen Proteinen[1] bei Transmembrantransporten
oder bei der Protein- und DNA-Faltung beruhen auf nichtkovalenten Wechselwirkungen[2-4]
Trotz immer umfangreicheren Kenntnissen der biochemischen Systeme bleiben weiterhin
viele Fragen in Hinblick auf die beteiligten intermolekularen Wechselwirkungen offen
Zusaumltzlich werden durch die immer weiter voranschreitenden Genomics- und Proteomics-
Untersuchungen immer mehr Informationen gewonnen aber auch neue Fragen aufgeworfen
Die Kenntnis welche Gene in einem Organismus vorhanden sind und exprimiert werden
koumlnnen (Genomics) reicht nicht um alle biologischen Vorgaumlnge erklaumlren zu koumlnnen Auch die
Kenntnisse daruumlber welche Proteine in einem Organismus vorhanden sind (Proteomics)
helfen nicht weiter Entscheidend ist wie die Proteine miteinander mit kleinen Biomolekuumllen
und mit anderen supramolekularen Verbindungen wechselwirken Molekulare Interaktionen
und chemische Umwandlungen bilden die Grundlage der Biologie[5]
Die supramolekulare Chemie versucht mit einem synthetischen Molekuumll ein anderes Molekuumll
von Interesse uumlber nichtkovalente Wechselwirkungen zu binden und so durch Kombination
von biochemischen und organischen Methoden mehr uumlber die Wechselwirkungen die bei der
Bildung von Komplexen relevant sind zu erfahren[6] Die organische Chemie bietet dabei die
Moumlglichkeit Modellverbindungen mit zu dem Substrat komplementaumlren
Wechselwirkungszentren zu konzipieren und zu synthetisieren[7 8]
Aus der Untersuchung der Wechselwirkungseigenschaften von synthetischen Rezeptoren
ergibt sich neben der verbesserten Syntheseplanung fuumlr neue supramolekulare Komplexe
auch die Moumlglichkeit Wechselwirkungen in biologischen Systemen genauer zu studieren
Diese Erkenntnisse koumlnnen wiederum fuumlr das rationale Wirkstoffdesign benutzt werden[7 9 10]
Zusaumltzlich bieten solche Ergebnisse eine Grundlage fuumlr die Entwicklung von neuen
analytischen und diagnostischen Methoden[7 11]
Mit der Formulierung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips legte Emil Fischer schon fruumlh den
Grundstein der supramolekularen Chemie[12] Das Prinzip erklaumlrt warum Proteine selektiv
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 2
Substrate erkennen koumlnnen Sie nehmen ausschlieszliglich Substrate auf die in ihrer Form und
Anordnung komplementaumlr zur Bindungsstelle im Enzym sind (Abb 11)
Abbildung 11 Schematische Darstellung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips
In den 30rsquoer Jahren des letzten Jahrhunderts war zum ersten Mal die Rede von einem
Uumlbermolekuumll im Zusammenhang mit koordinativ gesaumlttigten Komplexen[13] Werden
Bindungsstellen fuumlr nichtkovalente Wechselwirkungen gezielt in ein Molekuumll eingebaut um
damit ein anderes Molekuumll binden zu koumlnnen und so ein Supermolekuumll zu kreieren so spricht
man von der Supramolekularen Chemie[14] Das Supermolekuumll auch Komplex genannt
besteht aus dem Wirtmolekuumll (meistens der groumlszligere der beiden Komplexpartner oder auch
jenes Molekuumll dessen Bindungsstellen bei der Bindung konvergieren) und dem Gastmolekuumll
(das Substrat oder auch jenes Molekuumll das vom Wirt aufgenommen wird)[15 16]
Um eine moumlglichst effektive Komplexbildung zwischen Wirt und Gast zu erreichen sollte der
Wirt sowohl in Bezug auf die sterischen Eigenschaften als auch in Bezug auf die
Bindungsstellen komplementaumlr auf den Gast abgestimmt dh praumlorganisiert werden[17] Eine
geschickte Praumlorganisation soll verhindern dass bei der Bindung des Gastes eine unguumlnstige
Reorganisation des Wirtes stattfinden muss und damit eine entropisch unguumlnstige Situation
entsteht[8]
12 Molekulare Klammern und Pinzetten
In den letzten Jahren hat es viele Ansaumltze gegeben Wirtmolekuumlle zu schaffen die eine
optimale Praumlorganisation der Bindungsstellen sowie eine guumlnstige sterische Konfiguration zur
Aufnahme von Gaumlsten besitzen[18-21] Whitlock et al stellten als erste einen Wirttyp vor der
als molekulare Pinzette bezeichnet wurde[22] Whitlock definierte eine Pinzette als ein
Molekuumll das zwei Bindungsstellen anbietet die von einem Spacer in einem definierten
1 Einleitung und Aufgabenstellung 3
Abstand gehalten und fixiert werden und so einen Gast sandwich-artig umschlieszligen koumlnnen
(Abb 12) Bei den Bindungsstellen handelt es sich in der Regel um Aromaten Spaumlter wurde
die Definition um eine Eigenschaft erweitert es sollte sich bei den angebotenen
Bindungsstellen um Chromophore handeln[23]
GastSpacer
Abbildung 12 Schematische Darstellung der Wirkungsweise einer molekularen Pinzette
Whitlock verwirklichte dieses Prinzip indem er zwei Koffein-Molekuumlle uumlber einen Spacer
miteinander verknuumlpfte Durch Variation des Spacers konnte die optimale Laumlnge ermittelt
werden (Abb 13) Der Einfluss der Praumlorganisation wird deutlich wenn die
Bindungskonstante der Pinzette 2 fuumlr die Bindung zB von 13-Dihydroxynaphthalin-2-
carbonsaumlure mit der Bindung an das entsprechende Monomer 1 verglichen wird Dabei lag die
Bindungskonstante des Monomers 1 im guumlnstigsten Fall (Ka = 47400 M-1 in einem
Zweiphasensystem aus Wasser und Ethylendichlorid) um zwei Groumlszligenordnungen unter der
der Pinzette
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 4
N
N
N
O
O N
NN
O
O
N
N
N
O
O1
2
Abbildung 13 Die von Whitlock vorgestellte Pinzette 2 und das entsprechende Monomer 1
Eine der allgemeinen Forderungen an Pinzetten hatte Whitlock jedoch nicht mit seiner
Pinzette erfuumlllt die Bindungsstellen sind nicht fixiert Die Koffein-Einheiten befinden sich
nicht immer in der syn-Anordnung sondern koumlnnen unabhaumlngig von einander rotieren
Whitlocks Pinzette wurde zum Ursprung fuumlr viele weitere Pinzetten[24-31] Die Faumlhigkeit den
Gast uumlber π-π-Wechselwirkungen und den hydrophoben Effekt zu binden wird bei vielen
Rezeptoren noch um die Moumlglichkeit erweitert Wasserstoffbruumlcken zum Gastmolekuumll
auszubilden Als Beispiel sei hier die Rezeptorfamilie die von Rebek et al auf Basis der
Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelt wurde genannt (Abb 14)[32]
O
OHO
O
O
O OH
O
3
Abbildung 14 Ein Beispiel aus der von Rebek et al auf Basis der Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelten Pinzetten-Familie mit zusaumltzlichen Bindungsstellen fuumlr Wasserstoff-Bruumlcken Abgebildet ist ein Rezeptor fuumlr Adenin
Das Problem der freien Rotation der beiden Seitenwaumlnde wurde bei den Systemen von
Zimmerman et al durch eine entsprechende Praumlorganisation verhindert Die Seitenwaumlnde die
durch einen Dibenz[ch]acridin-Spacer fixiert werden sind in ihrer Rotation stark eingegrenzt
Aufgrund ihrer Anordnung kann der Abstand zwischen den beiden Seitenwaumlnden zwischen
627 Aring und 724 Aring variieren und somit kann sich der Rezeptor optimal dem Gast anpassen[23]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 5
Spaumltere Rezeptoren verfuumlgten auszligerdem uumlber die Moumlglichkeit gezielt Wasserstoffbruumlcken
zum Gast ausbilden zu koumlnnen[23]
Abbildung 15 Schematische Darstellung der Pinzetten die von Zimmerman et al konzipiert wurden (links) Rechts ein Beispiel fuumlr diese Anordnung
Ein anderer Ansatz wurde von Nolte et al verfolgt Die Gruppe um Nolte synthetisierte eine
Familie von Pinzetten und molekularen bdquoKoumlrbenldquo auf Basis von Glykoluril (Abb 16) Dieses
Molekuumll besitzt eine konkave Geometrie und ist damit eine gute Grundlage fuumlr groumlszligere
Molekuumlle die einen Hohlraum aufweisen Diese Pinzetten dienen als Rezeptoren fuumlr
13-Dihydroxybenzol Die Bindung erfolgt dabei uumlber eine Kombination aus π-π-Stacking
Wasserstoffbruumlckenbindungen und dem sogenannten Kavitaumltseffekt[33-36] Der Kavitaumltseffekt
aumluszligert sich darin dass es entropisch guumlnstig ist die Kavitaumlt des Rezeptors mit einem Gast
auszufuumlllen und somit Loumlsungsmittelmolekuumlle zu verdraumlngen Durch Variation des Aufbaus
des Rezeptors konnte genau untersucht werden wie hoch die Beitraumlge der
π-π-Wechselwirkungen der Wasserstoffbruumlcken und des Kavitaumltseffekts sind[37]
Obwohl die Rezeptoren urspruumlnglich als biomimetische Katalysatoren gedacht waren stellte
sich bald heraus dass die Rezeptoren in waumlssriger Loumlsung definierte Nanopartikel bilden[35
36]
N
N
O OH
4
724 Aring 627 Aring
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 6
H
NHHN
H
HN NH
OO
N
N
N
NR R
OMe
OMe
OMe
OMe
O
O
N+Br-
R =
5
6
Abbildung 16 Beispiel einer Pinzette (unten) auf Glycoluril-Basis (oben)[35]
Ein aumlhnliches Prinzip wird in den von Harmata et al beschriebenen chiralen Pinzetten
benutzt Als Grundlage dient Kaganrsquos Ether 7 (Abb 17)[38] Da die erste Pinzette dieser
Familie keinen Einschluss von Gaumlsten sondern lediglich eine Selbstassoziation zeigte folgten
bald Derivate mit groumlszligeren Kavitaumlten Diese binden Gaumlste uumlber π-π-Wechselwirkungen[39 40]
Abbildung 17 Kagans Ether 7 (links) und eine chirale Pinzette auf Basis von Kagans Ether (mitte) sowie eine Abbildung der Kristallstruktur des Komplexes mit Maleinsaumlureanhydrid zur Verdeutlichung der raumlumlichen Anordnung[40]
Ebenfalls auf einem cyclischen Ether basieren die Pinzetten von Fukazawa et al (Abb 18)
Obwohl diese Pinzetten nicht in ihrer bdquoU-Formldquo fixiert sind sind sie doch in der Lage
elektronenarme aromatische Gaumlste zu binden Aufgrund ihrer Flexibilitaumlt bilden die Pinzetten
anstatt 11 meist Komplexe 21- oder 12-Komplexe mit dem Gast[41]
O O
8
O
7
1 Einleitung und Aufgabenstellung 7
O
OO
O9
Abbildung 18 Beispiel einer flexiblen Pinzette nach Fukazawa et al (links) und ein Beispiel fuumlr die Struktur eines 21-Komplexes (rechts)[41]
In polar aprotischen Loumlsungsmitteln sind die Beitraumlge der π-π-Wechselwirkungen und
π-Kation-Wechselwirkungen relativ gering[10 42] In protischen Loumlsungsmitteln jedoch sind
die π-Wechselwirkungen viel effektiver vor allem weil sie hier haumlufig mit dem hydrophoben
Effekt gepaart sind wodurch die Bindung von Gaumlsten meist noch effektiver wird Gleichzeitig
birgt dies den Vorteil mehr uumlber biologische Vorgaumlnge lernen zu koumlnnen und eine bessere
Vergleichbarkeit von kuumlnstlichen Systemen mit biologischen Systemen erreichen zu koumlnnen
Aus diesem Grund sind wasserloumlsliche Rezeptoren zusaumltzlich von besonderem Interesse
Daher liegen die Bemuumlhungen vieler Supramolekular arbeitender Gruppen in letzter Zeit auf
der Entwicklung von wasserloumlslichen Rezeptoren[43 44]
13 Vorarbeiten
Vor etwa 10 Jahren stellten Klaumlrner et al eine neue Klasse von Pinzetten vor (Abb 19)[45]
Im Vergleich mit analogen Makrozyklen die bereits zwei Jahre vorher beschrieben wurden
(Abb 19)[46 47] erlauben die Pinzetten ein ausfuumlhrlicheres Gast-Portfolio weil sie nach unten
offen sind Zusaumltzlich koumlnnen sie sich aufgrund einer erstaunlichen Flexibilitaumlt ihrer
Seitenwaumlnde besser an die Geometrie ihrer Gaumlste anpassen[45] Spaumlter wurden auf Basis der
gleichen Spacer-Einheit noch molekulare Klammern entwickelt[48 49] Entgegen der sonst
uumlblichen Bezeichnungsweise bevorzugt Klaumlrner die Bezeichnung Pinzette fuumlr ein Molekuumll
das die Faumlhigkeit besitzt (wie eine Pinzette) um den Gast herum zu greifen Dieser Effekt wird
durch die relativ geringe Energie die zur Veraumlnderung der Winkel zwischen Seitenwand und
Spacer benoumltigt wird verstaumlrkt[50] Molekuumlle mit geraden Seitenwaumlnden werden hingegen als
Klammer bezeichnet Diese Nomenklatur wird im Folgenden beibehalten Die Klammer
besitzt im Gegensatz zu den meisten Makrozyklen eine ausgepraumlgte Selektivitaumlt bezuumlglich der
Substrattopologie da sie zwischen planaren (zyklischen) Gaumlsten und kugelfoumlrmigen Gaumlsten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 8
unterscheiden kann Letztere werden in der schlanken Klammer aus sterischen Gruumlnden nicht
eingeschlossen
Weil viele Pinzetten und Klammern aus ein und demselben Spacer aufgebaut werden kann
man ihre Synthese auch als molekulares bdquoLegoldquo bezeichnen[50] Durch Variation des Spacers
oder der Seitenwaumlnde kann dadurch die Geometrie des Rezeptors optimal auf den Gast
angepasst werden Damit bieten die Pinzetten und Klammern vielfaumlltige und einzigartige
Moumlglichkeiten Vor kurzem wurden von Chen Iptycenchinone vorgestellt die eine aumlhnliche
Geometrie besitzen aber aufgrund ihrer Synthese eine andere Modularitaumlt aufweisen[51]
Pinzette Klammer
OP
O
H3CO
P OCH3
OLi+Li+
OP
OH3CO P
OCH3
O
Abbildung 19 Von Klaumlrner entwickelte Pinzetten und Klammern
Die Pinzetten der Klaumlrner-Gruppe (mit Benzol- oder Naphthalin-Spacer Abb 110) stellten
sich in apolaren Loumlsungsmitteln schon bald als gute Rezeptoren fuumlr Kationen und
elektronenarme Aromaten heraus wie zB fuumlr Terephthalsaumlure-dinitril oder
p-Benzochinon[45 52 53] Das Gastprofil wurde inzwischen um eine Vielzahl von
elektronenarmen Aromaten erweitert Die Bindung erfolgt dabei uumlber dispersive
Wechselwirkungen wie zB π-π- CH-π- und Kation-π-Wechselwirkungen[50 54] Kuumlrzlich
konnte gezeigt werden dass bei der Bindung von 1245-Tetracyanobenzol eine
komplexinduzierte Lumineszenz auftritt Dabei handelt es sich hauptsaumlchlich um eine
Charge-Transfer-Wechselwirkung[55]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 9
O
H3CO
CH3
O
Abbildung 110 Pinzette mit Benzol-Spacer (links) und Naphthalin-Spacer (rechts im Komplex mit Tetracyanobenzol)[50]
Durch Variation der Seitenketten Rrsquo wurde der Einfluss der Substituenten auf die Bindung
von Gaumlsten in Chloroform untersucht Dabei wurde festgestellt dass Reste wie -OH -OAc
und -OCONHPh den Gasteinschluss beguumlnstigen waumlhrend -OMe-Reste die Bindung negativ
beeinflussen Die Erklaumlrung folgt aus einer genauen Betrachtung der elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentiale[56 57] und der Roumlntgenstrukturen von solchen Wirt-Gast-Komplexen[57
58] Sie beruht interessanterweise weniger auf einer Aumlnderung des elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentials sondern vielmehr auf den unterschiedlichen Groumlszligen und
Konformationen der Substituenten Die -OMe-Reste bevorzugen eine syn-Anordnung zu dem
Grundgeruumlst der Pinzette und blockieren damit die Kavitaumlt Im Falle der Pinzette mit Benzol-
Spacer wird der laumlngere -OCH2COOCH2CH3-Rest sogar in die Kavitaumlt hinein gezogen und
gibt damit einen Hinweis auf einen zusaumltzlichen Einschluss von Gaumlsten mit Alkylketten[57]
Die Pinzette mit Naphthalin-Spacer eignet sich aufgrund ihres breiten Gastprofils sehr gut fuumlr
vertiefende Untersuchungen des Bindungsmodus So konnte im Festkoumlrper-NMR-Spektrum
gezeigt werden dass die Aumlnderung der chemischen Verschiebung der Gast-Protonen (bis zu
3 ppm) noch groumlszliger ist als in Loumlsung Auszligerdem ist im Festkoumlrper-NMR-Spektrum eine
Aufspaltung von in Loumlsung chemisch-aumlquivalenten Protonen sichtbar was den nach
Betrachtung der Experimenten in Loumlsung vorgeschlagenen Bindungsmodus unterstuumltzt[59 60]
Zusaumltzlich wurde gezeigt dass es moumlglich ist einen Wert fuumlr die chemische Verschiebung der
Komplexpartner mit quantenchemischen Methoden vorherzusagen[59-61] Auszligerdem wurde der
Einfluss von Druck und Temperatur auf die Komplexbildung untersucht Dabei wurde
festgestellt dass bei der Komplexbildung teilweise eine groszlige Zunahme der Entropie
stattfindet Dies ist vermutlich auf das Freisetzen von Loumlsungsmittelmolekuumllen bei der
Komplexbildung zuruumlckzufuumlhren[62] Durch kovalente Immobilisierung der Pinzette an einer
stationaumlren HPLC-Phase konnte eine fuumlr elektronenarme Aromaten selektive stationaumlre
HPLC-Phase geschaffen werden Die Retentionszeiten der Gaumlste auf der stationaumlren Phase
korrelieren mit den in Bindungsexperimenten bestimmten Bindungskonstanten[63]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 10
Bis vor kurzem waren jedoch alle Pinzetten und Klammern nur in organischen
Loumlsungsmitteln loumlslich Durch die Einfuumlhrung von Bisphosphonat-Substituenten an die
Klammer mit Benzol-Spacer (Abb 111) wurde es zum ersten Mal moumlglich mit diesem
wertvollen System Studien in Wasser durchzufuumlhren[64 65] Die Klammer kombiniert die
Bindungseigenschaften der Kavitaumlt mit denen der Bisphosphonate Die Erkennung von
Ammonium-[66-68] und Guanidinium-Kationen[69 70] durch p-Xylylenbisphosphonate wurde
bereits von Schrader et al gezeigt Mit dieser wasserloumlslichen Klammer wurde es nun
moumlglich N-Alkylpyridinium-Salze unter anderem auch NAD+ in Wasser zu binden Da in
Wasser die π-π- und π-Kation-Wechselwirkung mit dem hydrophoben Effekt gepaart
werden[71] sind sie viel ausgepraumlgter als in aprotischen Loumlsungsmitteln und es werden houmlhere
Bindungskonstanten erreicht So konnte zum Beispiel fuumlr die Bindung des Kosower Salzes an
der Acetat-Klammer in Chlorform eine Bindungskonstante von 137 M-1 beobachtet
werden[57] Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung desselben Gastes an der Bisphosphonat-
Klammer 10 in Wasser ist uumlber 30 mal houmlher (Ka = 4500 M-1)[64]
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
10
Abbildung 111 Die Bisphosphonat-Klammer 10
14 Aufgabenstellung
Die vorliegende Dissertation beschaumlftigt sich mit der Synthese von kleinen wasserloumlsslichen
molekularen Klammern und Pinzetten deren Eigenschaften und moumlglichen Anwendungen
Im ersten Teil der Arbeit soll die von Christian Jasper aus der Arbeitsgruppe Schrader
erstmals synthetisierte Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb 111) weiter erforscht werden In
ersten von Christian Jasper durchgefuumlhrten Bindungsexperimenten konnten bereits
elektronenarme Aromaten als geeignete Gaumlste identifiziert werden[64 65]
Mit ihrem stark negativen elektronischen Oberflaumlchenpotential in der konkaven Kavitaumlt ist
die Klammer somit optimal fuumlr die Bindung von Gaumlsten mit positivem elektronischem
Oberflaumlchenpotential geeignet (Abb 112)
1 Einleitung und Aufgabenstellung 11
Abbildung 112 Links berechnete Struktur der molekularen Klammer 10 (Monte Carlo Simulation MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Die Elemente sind mit folgenden standardisierten Farben gekennzeichnet Kohlenstoff (blau) Wasserstoff (weiszlig) Sauerstoff (rot) Phosphor (orange) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1[72]
Zusaumltzlich zur Kavitaumlt besitzt die Bisphosphonat-Klammer die Moumlglichkeit ionische
Wasserstoffbruumlcken zum Gast ausbilden zu koumlnnen Die Phosphonate sind aufgrund ihres
pKs-Wertes von 18 in neutraler waumlssriger Loumlsung vollstaumlndig deprotoniert[66] Sie koumlnnen bei
der Einlagerung des Gastes wie eine Zange zugreifen Wasserstoffbruumlcken zum Gast
ausbilden und so die Bindung zusaumltzlich unterstuumltzen (Abb 113) Auszligerdem fuumlhren die
Bisphosphonat-Einheiten zur gewuumlnschten Loumlslichkeit in polaren protischen Loumlsungsmitteln
wie Methanol und Wasser
Abbildung 113 Komplexierung eines Gastes in der Klammer durch Wechselwirkung mit der Kavitaumlt und den Phosphonaten
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Komplexierungsverhalten der Bisphosphonat-Klammer 10
mit verschiedenen physikalischen Methoden naumlher untersucht und beschrieben werden
bull Die Bindung von NAD+ soll genauer untersucht werden insbesondere die Beitraumlge
von Teilstrukturen von NAD+ wie zB von Nicotinamidmononukleotid (NMN) und
Adenosin
-
+
-P
P
G
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 12
bull Falls eine Komplexierung von Adenosin festgestellt wird sollen die anderen
Nukleoside ebenfalls untersucht werden und mit Nukleotiden verglichen werden
bull Das Bindungsverhalten von anderen kationischen biologisch relevanten
Verbindungen insbesondere Aminosaumluren soll uumlberpruumlft werden
bull Das Gastprofil soll um weitere elektronenarme biologisch relevante Aromaten
erweitert werden und auf eventuelle Anwendungen uumlberpruumlft werden
Im zweiten Teil der Arbeit soll die von Markus Kamieth aus der Arbeitsgruppe Klaumlrner
erstmals synthetisierte molekulare Pinzette mit Benzolspacer (Abb 110)[45 73] als
Bisphosphonat-Pinzette 11 synthetisiert werden (Abb 114)
Abbildung 114 Die Bisphosphonat-Pinzette 11
Anschlieszligend sollen die Komplexierungseigenschaften der neuen Pinzette untersucht werden
Die Pinzette besitzt genau wie die Klammer eine extrem elektronenreiche Kavitaumlt (Abb 115)
Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu geschlossen und kann dadurch nur
schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser nicht sehr anspruchsvoll sind
Experimente in organischen Loumlsungsmitteln haben gezeigt dass sekundaumlre Amine ebenfalls
von der (Acetat)-Pinzette komplexiert werden[50] und sogar die Methyl-Gruppe der Methoxy-
substituierten Pinzette in die Kavitaumlt gezogen wird[57] Dies sind Hinweise darauf dass die
Pinzette im Gegensatz zur Klammer ein neuer kuumlnstlicher Rezeptor fuumlr Ammonium-Kationen
in Wasser sein koumlnnte Die Phosphonat-Gruppen koumlnnen dabei wie bei der Klammer den Gast
wie eine Zange umklammern
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
11
1 Einleitung und Aufgabenstellung 13
Abbildung 115 Links berechnete Struktur der molekularen Pinzette 11 (Monte Carlo MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von -1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 An der Markierung betraumlgt das molekulare elektronische Potential ndash1301 kJmol[72]
Die Untersuchung der Komplexierungseigenschaften der Pinzette soll sich neben der
allgemeinen Charakterisierung des Gastprofils vor allem auf die Komplexierungsmoumlglichkeit
von biologisch relevanten Verbindungen in waumlssriger Loumlsung konzentrieren mit einer
Betonung auf Amoniumkationen wie Adrenalin und Noradrenalin oder basischen
Aminosaumluren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21 Synthesen
Sowohl die Acetat-Klammer 12 als auch die Acetat-Pinzette 13 besitzen die gleiche Spacer-
Einheit und lassen sich modular aus dem Acetat-Spacer 14 uumlber Diels-Alder-Reaktionen
aufbauen (Abb 21)[50]
O
O
O
O
1
2 DDQ
Br
Br
Br
BrO
O O
O
H3CO
CH3
O
1213
14
20 29
Abbildung 21 Schematischer Aufbau der Acetat-Klammer 12 und der Acetat-Pinzette 13 aus dem Acetat-Spacer
Anschlieszligend kann die Hydrochinon-Funktionalitaumlt entschuumltzt und dann phosphoryliert
werden Der Spacer wird parallel dazu ebenfalls entschuumltzt und phosphoryliert und soll in
Bindungsstudien als Vergleichssubstanz dienen um nachzuweisen dass eine eventuelle
Bindung in die Rezeptoren durch Einschluss in der Kavitaumlt stattfindet
Synthese des Spacers
Das Grundgeruumlst des Spacers 14 wird mit Hilfe von Diels-Alder-Reaktionen aufgebaut
Zunaumlchst wird Cyclopentadien 15 mit p-Benzochinon 16 umgesetzt (Abb 21)[47] Das
Produkt 17 wird mit Triethylamin umgesetzt und das in situ hergestellte Hydrochinon mit
p-Benzochinon 16 oxidiert Die darauf folgende Umsetzung mit Cyclopentadien 15 liefert das
syn-Addukt 19a als Hauptprodukt[47] Das syn- und das anti-Addukt koumlnnen im 1H-NMR
voneinander unterschieden und durch Umkristallisation voneinander getrennt werden[48 74]
Anschlieszligend wird das syn-Addukt 19a basisch aromatisiert und die entstehenden Hydroxy-
Funktionen als Acetate geschuumltzt[46 47]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 15
O
O
0 degC RT80
O
O
1 Et3N MeOH RT
2 OO
CHCl3 50 degC
O
O
83
Toluol-78 degC RT40 (syn)
O
O
O
O
syn-19a anti-19b
Ac2O DMAPPyridin 40 degC
96
O
O
O
O
15
16
16
1517
18
14
Abbildung 22 Synthese des Benzol-Spacers 14
Synthese der Klammer
In einer weiteren Diels-Alder-Reaktion wird der Spacer 14 mit αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol umgesetzt (Abb 22) Bei dieser Reaktion wird aus dem αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol 20 durch Eliminierung von zwei Bromatomen in situ ein Dien erzeugt das anschlieszligend
mit dem Spacer 14 reagiert Das dabei entstehende Intermediat wird durch eine weitere
Eliminierung von zwei Molekuumllen Bromwasserstoff aromatisiert[48 74] Die Acetat-Klammer
12 wird danach basisch verseift[48 74] Die entstandene Hydroxy-Klammer 21 wird
anschlieszligend mit Methylphosphonsaumluredichlorid phosphoryliert Nach saurer Hydrolyse der
intermediaumlr entstandenen Methylphosphonsaumlurechlorid-Klammer wird die
Methylphosphonsaumlure-Klammer 22 erhalten[64 65] Da die Phosphonsaumlure 22 nur in sehr
geringem Maszlige in Methanol oder Wasser loumlslich ist wird durch Deprotonierung mit
Tetrabutylammoniumhydroxid das in nahezu allen Loumlsungsmitteln gut loumlsliche
Tetrabutylammoniumsalz 10 hergestellt[64 65] Alternativ zu Tetrabutylammoniumhydroxid
wurde von der Arbeitsgruppe Klaumlrner auch Lithiumhydroxid eingesetzt da in
Bindungsexperimenten festgestellt wurde dass das Tetrabutylammonium-Ion ebenfalls in der
Kavitaumlt eingeschlossen wird und daher eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste darstellt[75]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 16
Aufgrund der sehr aufwendigen Aufreinigung der Phosphonsaumlure-Klammer 22 wurde ein
alternativer Weg zur Darstellung des Phosphonatsalzes 24 entwickelt (Abb 24) Dabei wird
nach der Phosphorylierung mit Methylphosphonsaumluredichlorid nicht waumlssrig sondern mit
wasserfreiem Methanol hydrolysiert Der dabei erhaltene Methylphosphonsaumluremethylester
23 ist leichter uumlber Kieselgel zu reinigen und kann abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten
werden Dieser Reaktionsweg hat auszligerdem den Vorteil dass das Endprodukt nicht mehr mit
sonst unvermeidlichen geringen Mengen Kieselgel verunreinigt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 17
O
O
O
O
Br
Br
Br
Br
2
NaI CaCO3 DMF100 mbar 55 degC
O
O
O
O
68
NaOHH2O EtOH RT97
OH
OH
O
O
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT66
P
P
O
HO
O
OH
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Bu4NOHH2O CH2Cl2 RTquantitativ
20
1412
21
22
10
Abbildung 23 Synthese der Tetrabutylammonium-bisphosphonat-Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 18
OH
OH
O
O
P
P
O
O
O
O
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT55
LiBr 2-Hexanon 120 degC81
21
23
24
Abbildung 24 Alternative Synthese des Bisphosphonat-Salzes 24
Parallel zur Synthese der Klammer wurde nach demselben Protokoll auch der Spacer 14
phosphoryliert (Abb 25) Der phosphorylierte Spacer soll in Bindungsexperimenten als
Vergleichssubstanz dienen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 19
O
O
O
O
LAH THF ∆
98
OH
OH
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT 50
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT 65
O
O
P
P
O
HO
OH
O
O
O
P
P
O
O
O
O
Bu4NOHH2OCH2Cl2 RTquantitativ
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
LiBr Acetonitril 85 degC73
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
14 25
26
27
27
28
Abbildung 25 Phosphorylierung des Spacers
Synthese der Pinzette
Analog zur Synthese der Klammer 12 kann auch die Pinzette 13 aus dem Spacer 14 durch
Diels-Alder-Reaktionen und einem Baustein fuumlr die Seitenwand aufgebaut werden Alternativ
zur bereits bekannten Synthese des Diens 29[76 77] wird eine von der Gruppe Klaumlrner
entwickelte Synthese benutzt welche bessere Ausbeuten liefert Die erste Stufe besteht aus
einer Diels-Alder-Reaktion von Maleinsaumlureanhydrid 30 mit Inden 31 welches aufgrund der
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 20
hohen Reaktionstemperatur in situ zum Dien umlagert (Abb 26)[73] Anschlieszligend wird das
Anhydrid 32 geoumlffnet und der entstandene Diester 33 basisch epimerisiert da die
nachfolgenden Reaktionen wegen der sterischen Naumlhe der beiden Gruppen eine erheblich
geringere Ausbeute erbringen wenn sie mit dem reinen Endo-Produkt 33 durchgefuumlhrt
werden[73] Der epimerisierte Diester 34 wird danach mit Lithiumaluminiumhydrid zum
Dialkohol 35 reduziert[73] und anschlieszligend in einer Appel-aumlhnlichen Reaktion chloriert[73 78]
Nach doppelter basischer Eliminierung wird das Dien 29 erhalten[73]
O
O
O
p-HydrochinonTetralin 200degC
O
O
O
O
O
O
O
AcCl MeOH40 degC
20 93
NaOMeMeOH ∆quantitativ
O
O
O
O
LAH THF70degCOH
OH
KOH 18-Krone-6THF 40 degC90
ClCl
PPh3Cl2PyridinCH3CN CH2Cl255 degC
74 94
3031
32 33
343536
29
Abbildung 26 Synthese der Seitenwand 29 der Pinzette
Das Grundgeruumlst der Pinzette wird in zwei Schluumlsselschritten aufgebaut Zuerst werden in
einer Diels-Alder-Reaktion die Seitenwaumlnde 29 mit dem Spacer 14 verknuumlpft Es hat sich
herausgestellt dass die Bedingungen fuumlr diese Reaktion aumluszligerst sorgfaumlltig eingestellt werden
muumlssen Die Loumlsung in der Ampulle soll bevor sie zugeschmolzen wird gruumlndlich entgast
werden und unter Vakuum abgeschmolzen werden Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Anschlieszligend werden mit 23-Dichlor-56-dicyano-
benzochinon (DDQ) die in der letzten Reaktion gebildeten Sechsringe aromatisiert[53 73]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21
2
O
O
O
O
O
O
O
O
Toluol Acetonitril Et3NAmpulle 170 degC41
DDQ Toluol 120 degC82
O
O
O
O
29
14
37
13
Abbildung 27 Darstellung des Pinzetten-Grundgeruumlstes
Die Acetoxyfunkionen werden mit Lithiumaluminiumhydrid entschuumltzt (Abb 27)[53 73] Die
darauffolgende Reaktion mit Methylphosphonsaumluredichlorid und die anschlieszligende Hydrolyse
mit SalzsaumlureWasser ergab laut DC-Kontrolle zwar das Produkt dieses konnte jedoch trotz
aufwendiger Saumlulenchromatographie nur in sehr geringer Ausbeute und wegen des polaren
Elutionsmittels immer noch stark verunreinigt isoliert werden Deswegen wurde die Reaktion
mit Methylphosphonsaumluredichlorid hier mit Methanol abgebrochen (Abb 28) Das Produkt
39 kann einfach uumlber Kieselgel saumlulenchromatographisch gereinigt werden und der als
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 22
Nebenprodukt entstandene Methylphosphonsaumluredimethylester durch Trocknen im
Hochvakuum bei etwa 50 degC entfernt werden Der Methylphosphonsaumluremethylester 39 wird
abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten Das erhaltene Bisphosphonat-Salz 11 ist gut in
polar aprotischen und protischen Loumlsungsmitteln wie DMSO Acetonitril Methanol oder
Wasser loumlslich
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 23
Abbildung 28 Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11
O
O
O
O
OH
OH
O
O
P
P
OO
O
O
O
O
P
P
OO-
O
O-
2 Li+
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT56
LAH THF ∆98
LiBr Acetonitril ∆80
13
38
39
11
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 24
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Die Komplexierungseigenschaften der Klammer wurden hauptsaumlchlich mit 1H-NMR-
Methoden untersucht Um festzustellen ob eine Komplexierung des Gastes stattfindet
wurden die chemischen Verschiebungen der Gastprotonen und der Wirtprotonen in einer
11-Mischung mit den chemischen Verschiebungen der reinen Wirt- und der reinen
Gastprotonen verglichen Eine markante Hochfeld-Verschiebung im Komplex im Vergleich
zu den chemischen Verschiebungen der reinen Verbindungen weist auf eine Veraumlnderung der
chemischen Umgebung hin und hier spezifisch auf einen Einschluss in der Kavitaumlt Dabei ist
darauf zu achten dass alle Loumlsungen die gleiche Konzentration haben um eventuelle
konzentrationsabhaumlngige Aumlnderungen auszuschlieszligen
Falls die gewuumlnschte Aumlnderung der chemischen Verschiebung beobachtet wird wird die
Loumlsung anschlieszligend schrittweise verduumlnnt Aus dieser Verduumlnnungstitration kann die
Bindungskonstante ermittelt werden[79] Dabei muss allerdings beachtet werden dass Signale
die waumlhrend der Verduumlnnungstitration beobachtet werden keinen konzentrationsabhaumlngigen
Shift aufweisen Um dies sicherzustellen wurde immer parallel zur Titration eine Probe des
Gastes bei der entsprechenden Anfang- und Endkonzentration vermessen Zeigten die
beobachteten Gast-Signale einen konzentrationsabhaumlngigen Shift dann wurde eine
konventionelle NMR-Titration durchgefuumlhrt bei der die Konzentration der beobachteten
Komponente konstant gehalten wurde waumlhrend die andere Komponente sukzessive
hinzutitriert wurde
Vor der Durchfuumlhrung der Bindungsexperimente wurde die Bisphosphonat-Klammer 10 auch
auf Veraumlnderungen ihrer chemischen Verschiebungen bei Verduumlnnung hin uumlberpruumlft Bei
einer Verduumlnnung um einen Faktor von uumlber 30 wurde festgestellt dass die aromatischen
Signale der Bisphosphonat-Klammer 10 in waumlssriger Loumlsung lediglich einen
nichtsignifikanten Shift von etwa 003 ppm zeigten Die aliphatischen Signale des
Tetrabutylammoniums jedoch zeigten einen deutlichen Hochfeld-Shift von 011 bis 014 ppm
Dies weist auf einen Einschluss des Tetrabutylammoniums in der Kavitaumlt der Klammer hin
Weiterfuumlhrende Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner zeigten dass dieser Effekt
geringer wird wenn das Loumlsungsmittel unpolarer wird und anstatt von reinem Wasser ein
MethanolWasser-Gemisch (11) oder reines Methanol verwendet wird Auszligerdem ergaben
direkte Vergleiche zwischen Assoziationskonstanten von Komplexen des
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 25
Tetrabutylammoniumsalzes 10 und des Lithiumsalzes 24 mit NAD+ dass das
Tetrabutylammonium eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste bei der Komplexierung darstellt[75] Aus
diesem Grund und wegen der einfacheren Aufreinigung des Bisphosphonsaumlureesters 23
wurden ab diesem Zeitpunkt alle weiteren Bindungsexperimente mit dem Lithiumsalz 24
durchgefuumlhrt
Zur quantitativen Auswertung der Bindungsexperimente wurden in der Regel die stark
shiftenden Signale der Gast-Molekuumlle benutzt Bei den Bindungsexperimenten mit
N-Alkylpyridiniumsalzen und der Bisphosphonat-Klammer 10 wurden in der Regel die
Signale des Wirtes zur Auswertung benutzt um eine bessere Vergleichbarkeit mit den
fruumlheren Ergebnissen von Christian Jasper zu erhalten
In ersten Bindungsexperimenten mit der Bisphosphosphonat-Klammer 10 konnte Christian
Jasper beobachten dass die Klammer in waumlssriger Loumlsung keine Wechselwirkung mit
Ammonium-Verbindungen eingeht In DMSO findet eine Bindung statt jedoch ist diese
hauptsaumlchlich auf eine Wechselwirkung zwischen den Bisphosphonat-Einheiten und dem
Ammonium-Kation zuruumlckzufuumlhren wie Vergleiche zwischen der Bisphosphonat-Klammer
10 und dem Bisphosphonat-Spacer 27 zeigten Sowohl die Bisphosphonat-Klammer 10 als
auch der Bisphosphonat-Spacer 27 binden in DMSO Ammoniumkationen mit einer
Bindungskonstante von etwa 103 M-1 Auszligerdem wurde im 1H-NMR-Spektrum kein
Hochfeldshift der Bisphosphonat-Klammer-Signale beobachtet Daraus laumlsst sich schlieszligen
dass die Kavitaumlt hier nicht an der Bindung beteiligt ist welche daher vor allem auf Coulomb-
Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem positiv geladenen
Ammoniumkation beruht[64]
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Inklusion weiterer potentieller kationischer Gaumlste
uumlberpruumlft werden Von besonderem Interesse waren dabei zunaumlchst die basischen
Aminosaumluren Arginin und Histidin da diese bei spaumlteren Versuchen in biologischer
Umgebung eine Konkurrenz zur Bindung von NAD+ in der Klammer darstellen wuumlrden
Sowohl Arginin als auch Histidin erscheinen mit ihrer planaren kationischen Struktur
praumldestiniert fuumlr die Komplexierung im elektronenreichen schlanken Innenraum der Klammer
Weder Guanidinumhydrochlorid 40 noch C- und N-terminal geschuumltztes Arginin 41 zeigten in
waumlssriger Loumlsung jedoch eine Wechselwirkung mit der Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 26
NH2+ Cl-
NH
H2N
NH2+ Cl-
NH
H2NNHBz
CO2Et40 keine Shifts 41 keine Shifts
Abbildung 29 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete guanidiniumhaltige Gaumlste
Im Falle von Histidin wurde der Nachweis einer moumlglichen Komplexierung dadurch
erschwert dass der Imidazolium-Ring einen relativ niedrigen pKs-Wert von ca 6 hat
Aufgrund dieses niedrigen pKs-Wertes zeigen alle Imidazolium-Derivate (Abb 210) eine
signifikante konzentrationsabhaumlngige Aumlnderung der chemischen Verschiebung ihrer
aromatischen Signale Aus diesem Grund wurde stets bei gleichbleibender Konzentration
titriert Sowohl Imidazoliumhydrochlorid 42 als auch Histaminhydrochlorid 43 zeigten
waumlhrend der Titration zwar deutliche Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber die
Auftragung der Shifts ergab keine Saumlttigungskurve Im Vergleich dazu wurden beim C-
terminal geschuumltzten Histidin nur sehr geringe Shifts beobachtet Das C- und N-terminal
geschuumltzte Histidin 45 zeigte zwar auch Shifts aber es war nicht moumlglich hierzu eine
Bindungskonstante zu bestimmen Da die Shifts in fast allen Faumlllen auf eine
Protonenuumlbertragung schlieszligen lieszligen weil der Endwert der chemischen Verschiebung in der
Naumlhe der deprotonierten Spezies lag wurde das C- und N-terminal geschuumltzte Histidin 45
ebenfalls in Natriumphosphatpuffer (pH 7 65-facher Puffer-Uumlberschuss) titriert Auch hier
waren Shifts im Histidin zu beobachten nicht allerdings in der Bisphosphonat-Klammer 10
Insgesamt erscheint es unwahrscheinlich dass die beobachteten Shifts auf einen Einschluss in
der Kavitaumlt zuruumlckzufuumlhren sind da bei einer Komplexierung immer auch signifikante
Hochfeld-Shifts der aromatischen Protonen der Bisphosphonat-Klammer auftreten
Das NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 ist im Gegensatz zu den anderen getesteten
Imidazolium-Derivaten ein permanentes Kation ndash die Hydrochloride liegen immer im
Gleichgewicht mit ihrer deprotonierten Form vor 46 wird daher auch mit einer
Bindungskonstante von 7940 M-1 in der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Hier treten
wieder alle gewohnten Effekte auf
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 27
N+
N
H
H
Cl- N+
N
H
H
NH3+
2 Cl-N+
N
H
H
NH3+
CO2Me
2 Cl-
N+
N
H
H
NH
CO2Me
OOCl-
42 Shifts keineSaumlttigung
43 Shifts keineSaumlttigung
44 kleine Shifts 45 Shifts
N+
N
I-
46 Ka = 7940 M-1
081
Abbildung 210 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete imidazoliumhaltige Gaumlste Die angegebene Bindungskonstante sowie der ∆δsat-Wert gelten fuumlr die Bindung in Wasser
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+
Im Gegensatz zu den in Wasser abgewiesenen Ammoniumkationen zeigt die Bisphosphonat-
Klammer 10 eine starke Komplexierung von N-Alkylpyridiniumkationen und verwandten
Verbindungen in ihrer Kavitaumlt In ersten Untersuchungen die von Christian Jasper
durchgefuumlhrt wurden stellte sich heraus dass die Bisphosphonat-Klammer 10
N-Alkylpyridiniumkationen in Wasser mit einer Affinitaumlt von mindestens 103 bis 104 M-1
bindet (Abb 211 und 212)[64 65] Auffaumllligerweise werden in protischer Loumlsung nur
permanente Kationen komplexiert Hydrochloride wie zB Pyridinhydrochlorid werden nicht
eingeschlossen Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass keine permanente Ladung
vorhanden ist oder eine groszlige Solvatationshuumllle vorhanden ist welche nicht von der
Bisphosphonat-Klammer 10 entfernt werden kann Von besonderem Interesse sind neben den
N-Alkylpyridinium-Farbstoffen (Abb 211) der Cofaktor NAD+ 52 und dessen
Modellverbindung N-Methyl-Nikotinamid 51 (Abb 212)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 28
H H
H
H
H HN+
N(n-Bu)2
I-
N+ N+ OH
2 BF4-
094
256 243
085
074
-010 -009 H H H049049060
085
47 48
Abbildung 211 Getestete Farbstoffe auf N-Alkylpyridinium-Basis Die ∆δsat-Werte fuumlr die Bindung in Wasser sind an den Protonen vermerkt
OHOH
N+O
ON+ N
I- I-
N+
NH2
O
I-
N
NN
N
NH2
O
OHOH
OPOO-
OPO
OOHO
N+
NH2
O
50 Ka = 9400 M-149 Ka = 4800 M-1 51 Ka = 12700 M-1
52 Ka = 6500 M-1
HH
HH
H
HH
020
018016
028036
048
049
H
HH
H175
228262
124076
Abbildung 212 Getestete N-Alkylpyridiniumsalze und N-Alkylpyraziniumiodid 50 Die angegebenen Bindungskonstanten gelten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser Beim Nikotinamid 51 und NAD+ 52 sind die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen in ppm angegeben
Im Gegensatz zu den bereits bekannten Pinzetten von Nolte et al ndash die aufgrund ihrer
Praumlorganisation ebenfalls flache Pyridiniumkationen binden koumlnnen ndash erlaubt die
Bisphosphonat-Klammer 10 die Untersuchung dieser Komplexierung in Wasser Auszligerdem
besitzt die Bisphosphonat-Klammer 10 ein selektiveres Gastprofil das sich auf
elektronenarme Aromaten zu begrenzen scheint wohingegen Noltersquos Klammer einen Vielzahl
an aromatischen Gaumlsten wie zB verschiedene Phenole einschlieszligt[34 80]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 29
Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Farbstoffen
Bei der Bindung der Farbstoffe aus Abb 211 in der Bisphosphonat-Klammer 10 konnten
trotz eindeutiger Shifts im 1H-NMR-Spektrum keine Farbaumlnderung oder eine Aumlnderung des
UVVis Spektrums beobachtet werden[64] Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein weiterer
N-Alkylpyridinium-Polymethin-Farbstoff 53 untersucht (Abb 213) Aufgrund seiner
geringen Loumlslichkeit wurde lediglich ein 21-Gemisch aus Bisphosphonat-Klammer 10 und
Farbstoff betrachtet Das Gemisch zeigt auch hier im 1H-NMR-Spektrum aufgrund der stark
verschobenen aromatischen Signale eindeutige Hinweise auf eine Komplexierung (Abb
213) jedoch trat auch in diesem Fall keine Farbaumlnderung bei der Komplexierung auf
Moumlglicherweise ist der HOMO-LUMO-Abstand zwischen dem Naphthalin-Donor und dem
Pyridinium-Akzeptor zu groszlig
NN+
Br
BF4-
025
025
050-065
53 WirtGast = 21-Gemisch
00
Abbildung 213 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung von Polymethin-Farbstoff 53 im 21-Gemisch mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Bindungsexperimente mit NAD+ und NAD+-Modellverbindungen
NAD+ 52 und NADP 57 gehoumlren zu den wichtigsten Cofaktoren die in der Natur
vorkommen Bei nahezu einem Viertel aller bekannten enzymatischen Reaktionen handelt es
sich um Redox-Reaktionen Ein Groszligteil der beteiligten Enzyme braucht NAD+ 52 oder
NADP 57 als Cofaktor[81] Dehydrogenasen katalysieren zB mit Hilfe dieser Cofaktoren die
Oxidation von Alkoholen zu den entsprechenden Carbonyl-Verbindungen[82-84] Auszligerdem
spielt NAD+ 52 eine wichtige Rolle bei der Replikation und Reparatur der DNA die DNA-
Ligase die sowohl an der Replikation als auch an der Reparatur der DNA beteiligt ist braucht
NAD+ 52 als Cofaktor zur Uumlbertragung eines Adenosyl-Restes auf das 5rsquo-Ende eines DNA-
Einzelstrangbruchs[82 85 86] Im Enzym befindet sich NAD+ haumlufig in der sogenannten
Rossmann-Falte[87-89] Sowohl das Adenin als auch das Nikotinamid befinden sich in einer
hydrophoben Tasche und werden dort von hydrophoben Wechselwirkungen und dispersiven
Kraumlfte gehalten[90]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 30
Die bislang bekannten kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr NAD+ 52 nutzen fuumlr ihre Komplexierung
die Wechselwirkung zwischen den negativ geladenen Phosphaten des NAD+ 52 und einem
makrozyklischen Anionen-Rezeptor[91] einem acridiniumfunktionalisierten
Azakronenether[92] oder protonierten Azakronenether[93] Der Nikotinamidring an dem die
Katalyse stattfindet wurde bislang jedoch nicht gezielt komplexiert
Wegen der groszligen Bedeutung von NAD+ 52 waren die anfangs noch von Christian Jasper
durchgefuumlhrten Untersuchungen von besonderem Interesse Bereits in den ersten
Bindungsexperimenten mit NAD+ 52 waren nicht nur Shifts bei den Protonen des
Nikotinamids zu sehen sondern auch bei denen des Adenins (Abb 212) Diese Befunde
werden von Molecular Modelling Untersuchungen unterstuumltzt (Abb 214)[64 65] Waumlhrend das
Nikotinamid sich in der Kavitaumlt befindet orientiert sich das Adenin-Ringsystem parallel zur
Naphthalin-Seitenwand der Bisphosphonat-Klammer 10 Denkbar waumlre jedoch auch eine
Struktur bei der sich das Adenosin in der Kavitaumlt befindet und das Nikotinamid auszligen an der
Naphthalin-Seitenwand andockt Von der Seite betrachtet befinden sich in beiden Faumlllen die
vier Ringssysteme uumlbereinander und koumlnnen so π-π-Stapelwechselwirkungen ausbilden Um
mehr Informationen uumlber die tatsaumlchliche Struktur des Komplexes zu gewinnen wurde im
Rahmen dieser Arbeit die Komplexierung von Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54 und
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 in der Bisphosphonat-Klammer 10 getrennt untersucht
um die einzelnen Beitraumlge der beiden Bestandteile von NAD+ zu quantifizieren Die
verhaumlltnismaumlszligig niedrigen ∆δsat-Werte des Komplexes von NAD+ und der Bisphosphonat-
Klammer 10 deuten daraufhin dass der Nikotinamid-Ring sich nicht permanent in der Kavitaumlt
befindet Bei einer dauerhaften Komplexierung muumlssten die beobachtete Werte deutlich houmlher
liegen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 31
Abbildung 214 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Zwischen den Strukturen gibt es lediglich eine Energiedifferenz von etwa 1 kJmol
Wie bereits nach der Betrachtung der Molecular Modelling Ergebnisse vermutet wurde bildet
die Bisphosphonat-Klammer 10 auch Komplexe mit dem natuumlrlichen Nucleosid
2rsquo-Desoxyadenosin 55 oder AMP 56 aus (Abb 215) 2rsquo-Desoxyadenosin 55 wird mit einer
auffaumlllig hohen Bindungskonstante gebunden (Ka = 5151 M-1) waumlhrend AMP 56 mit einer
deutlich geringeren Bindungskonstante gebunden wird (Ka = 1126 M-1) Dieser Unterschied
deutet darauf hin dass sich das negativ geladene Phosphat des AMP 56 und die ebenfalls
negativ geladenen Phosphonate des Wirtes 10 gegenseitig abstoszligen und so die Bindung
schwaumlchen Die im Vergleich zu NAD+ 52 etwas schwaumlchere Bindung von NADP 57
unterstuumltzt diese Uumlberlegung Dies spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen
der beiden Komplexe wieder (Abb 216) Im Gegensatz zum 2rsquo-Desoxyadenosin 55 ist AMP
56 unter Verzicht auf eine Ribose-OH-Phosphat-Wasserstoffbruumlcke so in der Kavitaumlt
angeordnet dass sein Phosphat moumlglichst weit von den Phosphonaten des Wirtes entfernt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 32
H
O
OH
HO
H
N
NN
N
NH2
HH
O
OH
O
N
NN
N
NH2
HPO
NaOONa
025
044
020
018
O
OHOH
OPO-
OHO
H
N+
NH2
O
H
HH
H020
025
044046
009
N
N N
N
NH2
O
O OH
O POH
OHH
H
O
OHOH
OPO-
OO
H
N+
NH2
O
H
HH
H
049
036
028
016018
020
048
P OHOO-
NMN 54 Ka = 6760 M-1 plusmn 23
55 Ka = 5151 M-1 plusmn 6 AMP 56 Ka = 1126 M-1 plusmn 19
NADP 57 Ka = 1444 M-1 plusmn 14
Abbildung 215 Bindungsexperimente mit NADP 57 und NAD+-Teilstrukturen Die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen sind in ppm angegeben
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 33
Abbildung 216 Berechnete Strukturen der Komplexe von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 (links) und AMP 56 (rechts) in der Bisphosphonat-Klammer 10 (links) in der Bisphosphonat-Klammer 56 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Da AMP 56 immerhin von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden wird kann davon
ausgegangen werden dass auch der Adenin-Teil des NAD+ 52 in der Kavitaumlt der Klammer 10
gebunden wird Es ist also anzunehmen dass ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt in dem
ein Teil der Nikotinamid-Reste und ein Teil der Adenin-Reste eingeschlossen ist Allerdings
deutet die erheblich staumlrkere Bindung des NMN 54 im Vergleich zum AMP 56 daraufhin
dass mehr Nikotinamid als Adenin gebunden vorliegt Dieses Gleichgewicht muss auf der
NMR-Zeitskala schnell sein da nur gemittelte ∆δsat-Werte ermittelt werden koumlnnen und keine
Aufspaltung der entsprechenden Signale beobachtet wird
Ein Vergleich der beiden elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale unterstuumltzt diese Annahme
erheblich der Nikotinamid-Ring ist insgesamt viel positiver geladen als der Adenin-Ring
(Abb 217) Es sollte allerdings beruumlcksichtigt werden dass die elektronischen
Oberflaumlchenpotentiale in der Gasphase berechnet werden und die elektrostatische
Wechselwirkung zwischen den polarisierten Aromaten in waumlssriger Loumlsung nicht allein an der
Komplexierung beteiligt ist Wenn die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Gast- und
Wirtaromat in waumlssriger Loumlsung ausschlaggebend waumlre dann wuumlrde im Falle des NAD+ 52
gar keine Komplexierung des Adenins stattfinden Dies deutet daraufhin dass andere Effekte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 34
wie zB der hydrophobe Effekt und dispersive Kraumlfte auch eine wichtige Rolle bei der
Komplexierung spielen
Abbildung 217 Die Struktur (links) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (rechts) von NAD+ 52 Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 aus der Struktur von NAD+ im Komplex welche aus einer Monte Carlo-Berechnung erhalten wurde[72]
Der Komplex von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 konnte trotz
seiner relativ geringen freien Bindungsenergie zusaumltzlich in ESI-MS-Spektren nachgewiesen
werden (Abb 218)
Abbildung 218 ESI-MS-Spektrum des Komplexes von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Das Spektrum wurde im negativen Bereich aufgenommen Die berechnete Massen sind [10+55]2- 421 [10-OPOMe]- 515 [10+H+]- 593 [10+Na+]- 615 [10+Bu4N+]- 834 [10+Bu4N++Na+] 866 [10+Bu4N++55]- 1085 Uumlber mz = 1100 wurden keine Peaks gefunden
Neuere Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner haben gezeigt dass die Komplexierung
von NAD+ 52 stark pH-Wert abhaumlngig ist Bei Betrachtung des Komplexes aus NAD+ 52 und
der Bisphosphonat-Klammer 24 in Puffer wurden wieder die gewohnten starken Hochfeld-
Shifts beobachtet Somit scheint die Komplexierung stark vom Protonierungsgrad der
Phosphate abhaumlngig zu sein[94]
mz400 600 800 1000
Cou
nts
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1085
834
615593
515
421866
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 35
Bindungsexperimente mit A2E
Ein weiterer Naturstoff auf N-Alkylpyridinium-Basis ist N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
(A2E) 58 (Abb 219) A2E 58 spielt eine maszliggebliche Rolle bei der Entstehung der
altersbedingten Makuladegeneration (AMD) AMD ist eine der Hauptursachen fuumlr
altersbedingte Sehstoumlrungen[95 96] Weltweit sind ca 25 der uumlber 75-jaumlhrigen von
unterschiedlichen Stufen dieser Erkrankung betroffen Fuumlr 5 dieser Altersgruppe hat die
Krankheit eine hochgradige Sehbehinderung zur Folge[97] Man unterscheidet zwischen der
feuchten und trockenen Form der AMD Die feuchte Form wird durch abnorme Blutgefaumlszlig-
Bildung in der Makula und unter der Retina verursacht Die trockene Form an der 90 der
Patienten leiden wird durch Ablagerungen auf der Makula verursacht Dadurch kommt es zu
einer Makula-Atrophie und die Funktion der Lichtrezeptoren ist stark eingeschraumlnkt
Hauptsaumlchlich der retinale Pigmentepithel ist von der AMD betroffen Genaue Ursachen
dieser Krankheit sind bislang weitgehend unbekannt Therapiemoumlglichkeiten gibt es bis zum
heutigen Tage noch nicht aber es gibt Moumlglichkeiten das Fortschreiten der Krankheit mit
negativ geladenen Phospholipiden wie zB Phosphatidylglycerol[98] blaues Licht filternden
Molekuumllen wie Lutein[98] oder durch das Implantieren von einer blaues Licht filternden Linse
zu bremsen[99] Diese Methoden haben bislang jedoch noch keine klinische Anwendung
A2E 58 und seine Isoform mit einer cis-Doppelbindung in Nachbarstellung zum Pyridinring
iso-A2E kommen gehaumluft in den Lysosomen und Mitochondrien der Zellen der Retina
vor[100-103] Mit steigendem Alter nimmt die Konzentration an A2E 58 in den Epithelialzellen
zu[104] Die Uumlberlastung der Epithelialzellen mit diesem Kation ist vermutlich die Ursache fuumlr
die pathogenen Schritte Zwar initiiert A2E 58 die Freisetzung der pro-apoptotischen Proteine
Cytochrom c und dem Apoptose-induzierenden Faktor aber A2E 58 ist kein generelles
mitochondriales Gift A2E 58 verhindert die kardiolipinvermittelte Bindung von Cytochrom c
an die Cytochrom c Oxidase (COX) Vermutlich konkurriert A2E 58 mit Kardiolipin bei der
Bindung an Cytochrom c Dies fuumlhrt zu einer Anhaumlufung an Cytochrom c in der Zelle was
einerseits eine Unterbrechung der Atmungskette der Zelle und damit die Entstehung von
oxidativem Stress und andererseits die Ausloumlsung der Apoptose zur Folge hat[98]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 36
Abbildung 219 A2E 58 mit ∆δmax fuumlr die Bindung in Methanol-d4D2O = 31 (links) und die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von A2E 58 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Diese Struktur entspricht der mit einer Wasserbox berechneten (Sybyl 67 Tripos Kraftfeld)[105]
Aufgrund der geringen Loumlslichkeit von A2E 58 in Wasser wurde die NMR-Titration mit der
Bisphosphonat-Klammer 10 in einem Methanol-d4D2O-Gemisch durchgefuumlhrt Das
Bindungsexperiment zeigte deutliche Hochfeld-Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber
aufgrund der Komplexitaumlt des Spektrums war es nur moumlglich fuumlr ein Proton ∆δmax zu
bestimmen Die resultierende Bindungskonstante ist vergleichbar mit denen anderer
N-Alkylpyridiniumsalze Im Molecular Modelling-Bild zeigt sich warum die
Bindungskonstante von etwa 2000 M-1 trotz sterisch relativ anspruchsvollen Substituenten am
Pyridiniumring nur unwesentlich niedriger ist als bei den anderen Pyridinium-Derivate Trotz
der sperrigen Substituenten ist es immer noch moumlglich den Pyridinium-Ring zu komplexieren
ohne dass die Substituenten dabei stoumlren Um den Einfluss diskreter Wassermolekuumlle auf die
Struktur bestimmen zu koumlnnen wurde die energetisch guumlnstigste Struktur einer Monte Carlo
Simulation in einer Wasserbox minimiert Die Wasserbox zeigte dabei keinerlei Einfluss auf
die Struktur des Komplexes
A2E 58 zeigt aufgrund seiner hydrophoben Terpen-Seitenketten eine deutliche Einlagerung in
Modellmembranen[102 106] Damit ist A2E 58 gut geeignet fuumlr Langmuir-Blodgett
Experimente an Modellmembranen[107] Mit der Acetat-Pinzette 12 wurden bereits erste
Versuche in Modellmembranen gemacht[108] Die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt selbst
N+
H
HO
092
Ka = 2125 M-1 plusmn 19
58
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 37
jedoch nur relativ geringe zusaumltzliche pA-Shifts bei der Einlagerung in eine monomolekulare
Schicht aus Stearinsaumlure (Abb 220) Erst beim Auftropfen von 2 Aumlquivalenten der
Bisphosphonat-Klammer 10 auf die gespreizte Lipidschicht ist ein Zuwachs der Monoschicht
um ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Wird dagegen eine reine Strearinsaumlure-Monoschicht uumlber
eine 10-7 M Loumlsung aus A2E 58 in Wasser erzeugt so ist auch in diesem Fall ein pA-Shift
von ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Dies ist einen bemerkenswerter Anstieg da Langmuir-
Blodgett Experimente uumlblicherweise bei Konzentrationen durchgefuumlhrt werden die um drei
Groumlszligenordnungen uumlber der hier gewaumlhlten Konzentration liegen Die zeigt die effektive A2E-
Einlagerung in der Stearinsaumlure-Monoschicht an Bei der kombinierten Einlagerung der
Bisphosphonat-Klammer 10 in die Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber eine Loumlsung von A2E 58
in Wasser wurde jedoch wieder lediglich ein Anstieg von 2 AringMolekuumll beobachtet Somit
erfolgte also kein zusaumltzlicher Anstieg der Monoschicht der auf die Bildung eines Komplexes
hindeuten wuumlrde welche die Monoschicht zusaumltzlich aufweitet (Abb 220)
-1
4
9
14
19
24
29
34
20 22 24 26 28 30 32 34 36
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
S H2OS + 2eq 10 H2OS A2ES + 2eq 10 A2E
Abbildung 220 DruckFlaumlche-Diagramm der Filmwaage-Untersuchung zur Bindung von A2E 58 an die immobilisierte Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Diese Beobachtung koumlnnte auf folgende Ursache zuruumlckzufuumlhren sein Gemaumlszlig ihrer
Amphiphilie sollte sich die Bisphosphonat-Klammer 10 in der Monoschicht mit ihrer Oumlffnung
nach oben ausrichten also von der Subphase abgewandt (Abb 221) Daher kann sie kein
zusaumltzliches A2E 58 aus der Subphase aufnehmen Obwohl dieser Zustand natuumlrlich
a a
b b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 38
dynamisch ist und in der fluiden Membran sicherlich auch Molekuumlle mit ihrer Kavitaumlt nach
unten ausgerichtet sind koumlnnte die Umorientierung zuviel Energie kosten und so die
effiziente Komplexierung von A2E 58 verhindern
P-
P-
P-
P-
P-
P-
Abbildung 221 Schematische Darstellung der vermuteten Anordnung der Bisphosphonat-Klammer 10 in der Stearinsaumlure-Monoschicht
In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit Epithelzellen die von der Firma Lynkeus
Biotech durchgefuumlhrt wurden konnte beobachtet werden dass die Bisphosphonat-Klammer
10 die Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das
Potential der Bisphosphonat-Klammer 10 sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen
Bei den Untersuchungen zur NAD+ Bindung wurde uumlberraschend festgestellt dass nicht nur
kationische Aromaten in der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert werden sondern dass
auch das elektronenarme neutrale Adenosin relativ stark gebunden wird Dieser Befund wirft
die Frage auf wie das Komplexierungsverhalten der Bisphosponat-Klammer in Hinblick auf
die anderen Nukleinbasen und verwandte Verbindungen aussieht
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung der Nukleinbasen[82] standen sie schon fruumlh
im Mittelpunkt des Interesses supramolekularer Chemiker[109] Dementsprechend gibt es eine
groszlige Vielfalt an kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr Nukleinbasen[24 110-117] insbesondere fuumlr
Adenin[118-120] Diese Rezeptoren benutzen meist eine Kombination aus Wasserstoff-Bruumlcken
und π-π-Wechselwirkungen zur Komplexierung des Gastes Die historisch ersten Rezeptoren
arbeiteten noch in organischer Loumlsung aber spaumltere Generationen wie zB Rezeptoren auf
Cyclophan-Basis erkennen Nukleotide in Wasser[118] Mit Rezeptoren auf Phenanthridinium-
Basis werden in gepufferter Loumlsung sogar Bindungskonstanten bis zu 106 M-1 erreicht[121]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 39
Nukleoside
Bei unseren Bindungsexperimenten wurde der Schwerpunkt auf die Untersuchung der
Komplexierung von Nukleosiden und Nukleotiden gelegt da die unsubstituierten
Nukleinbasen sich als sehr schwer wasserloumlslich herausstellten und kaum biologische
Bedeutung haben Ein Vergleich der Ka-Werte fuumlr die Bindung von Nukleosiden in der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt auf den ersten Blick dass die Bindungskonstanten alle in
gleichen Groumlszligenordnung liegen (Abb 222) Dabei werden die beiden Nukleotide
2rsquo-Deoxyadenosin 55 und 2rsquo-Deoxycytidin 62 relativ stark gebunden waumlhrend
2rsquo-Deoxyguanosin 59 2rsquo-Deoxythymidin 60 und 2rsquo-Deoxuridin 61 um dem Faktor zwei bis
drei schwaumlcher gebunden werden
O
OH H
HON
NH
O
O
H3C
H
H
O
OH
N
NN
N
NH2
H
025
044
020
2-Deoxyadenosin 55Ka = 5151 M-1 plusmn 6
HO
NH
N
N
O
NH2N
O
OH H
HO
H
NH
O
ON
O
OH H
HOH
O
OH H
HON
N
NH2
O
H
H
2-Deoxyguanosin 59Ka = 1859 M-1 plusmn 11
2-Deoxythymidin 60Ka = 2364 M-1 plusmn 12
2-Deoxyuridin 61Ka = 2467 M-1 plusmn 14
2-Deoxycytidin 62Ka = 7358 M-1 plusmn 6
030
025H
035
062
024
147
024
047
085
016
Abbildung 222 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleosiden Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser sind an den jeweiligen Nukleosiden vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei der Analyse der Aumlnderungen in den chemischen Verschiebungen im Komplex faumlllt auf
dass die Protonen an den aromatischen Ringsystem ausnahmslos starke Hochfeldshifts
aufweisen die Fuumlnfringe zeigen jedoch etwas geringere Shifts als die Sechsringe Das
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 40
anomere Wasserstoffatom an der 1rsquo-Position zeigt auszligerdem in allen Faumlllen immer noch einen
deutlichen Hochfeldshift waumlhrend die anderen Protonen der Ribose nur verschwindend
geringe Aumlnderungen ihrer chemischen Verschiebung aufweisen Dies deutet daraufhin dass
sich das elektronenarme Ringsystem der Nukleinbasen wie erwartet in der Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Klammer befindet Besonders deutlich wird dies bei der Betrachtung der
chemischen Verschiebungen des 2rsquo-Deoxythymidins 60 und 2rsquo-Deoxuridins 61 Waumlhrend das
Thymidin eine sterisch relativ anspruchsvolle Methylgruppe besitzt welche die
Komplexierung erschwert hat das Uridin an der gleichen Position ein Wasserstoffatom
Dadurch wird die Komplexierung erleichtert was sich zwar nicht auf die Bindungskonstante
niederschlaumlgt aber wohl auf den ∆δsat-Wert Dies bedeutet vermutlich dass die Ringsysteme
unterschiedlich in der Kavitaumlt angeordnet sind Eine quantenchemische Berechnung der
chemische Verschiebungen im Komplex koumlnnte diesbezuumlglich bei der Aufklaumlrung helfen[61]
Ein Vergleich der Bindungskonstanten mit dem elektrostatischen Oberflaumlchenpotential der
Nukleinbasen zeigt eine verhaumlltnismaumlszligig gute Korrelation (Abb 223) Adenosin hat deutlich
groumlszligere elektronenarme Flaumlchen als Guanosin Bei den Pyrimidin-Basen sind nur kleine
Unterschiede sichtbar welche den Selektivitaumltsunterschied nicht erklaumlren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 41
Abbildung 223 Die Struktur (rechts) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (links) der Nukleosiden Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau)[72] Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung der entsprechenden Nukleoside an die Bisphosphonat-Klammer 10 ist bei den Nukleinbasen vermerkt
Nukleotide
Nach den Nucleoside wurden auch die entsprechenden Nukleotide auf ihre
Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Bis auf das AMP 56 werden jedoch keine anderen
Nukleotide von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Alle Aumlnderungen in Ihren
chemischen Verschiebungen sind so gering (lt 003 ppm) dass eine Komplexierung
ausgeschlossen werden kann Auch Adenosintriphosphat 67 (ATP) wird nicht gebunden
wahrscheinlich generell wegen der starken Phosphonat-Phosphat-Abstoszligung bei der
Annaumlherung der Komplexpartner
Adenosin Ka = 5151 M-1 Guanosin Ka = 1859 M-1
Thymidin Ka = 2364 M-1 Uridin Ka = 2467 M-1
Citidin Ka = 7358 M-1
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 42
OO
N
NH
O
O
OH
PO
ONaNaO
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
NaOONa
NH
N
N
O
NH2N
OO
H
PO
NaOONa
OHOH
NH
O
ON
OO
OH OH
PO
NaOONa O
ON
N
NH2
O
OH OH
PO
NaOONa
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
OONa
PO
OOH
PO
HOONa
018
AMP 56Ka = 1126 M-1 plusmn 19
GMP 63 Ka lt 10 M-1
TMP 64Ka lt 10 M-1
UMP 65Ka lt 10 M-1
CMP 66Ka lt 10 M-1
ATP 67Ka lt 10 M-1
Abbildung 224 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleotiden Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsa-Werte der beobachteten Signale
Auffaumllligerweise bindet auch Cytidinmonophosphat 66 (CMP) nicht in der Bisphosphonat-
Klammer 10 obwohl 2rsquo-Deoxycytidin 59 sogar die groumlszligte Bindungskonstante unter den
Nukleosiden aufweist Die Bindung von AMP 56 ist deshalb wahrscheinlich auf die groumlszligere
aromatische Flaumlche des Adenins im Vergleich zum Cytidin zuruumlckzufuumlhren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 43
Wirkstoffe auf Nukleosid-Basis
Da die Bisphosphonat-Klammer 10 eine starke Bindung der Nukleoside zeigt wurde das
Komplexierungsverhalten von weiteren Verbindungen auf Nukleosid-Basis uumlberpruumlft
Zunaumlchst wurden zwei Nukleosid-Analoga getestet die (potentielle) Therapeutika sind Das
3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 und 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69
sind beide sehr effiziente Inhibitoren fuumlr das menschliche (human) Immunodefizienz-Virus
(HIV)[122] Diese besitzen jedoch eine geringe Permeabilitaumlt fuumlr die Blut-Hirn-Schranke[123]
Aus diesem Grund ist ein synthetischer Rezeptor von besonderem Interesse da dieser als
Transportmolekuumll dienen koumlnnte Sowohl AZT 68 als auch 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-
dideoxythymidin 69 werden von der Bisphosphonat-Klammer 24 gebunden (Abb 225)
O
N3H
HON
NH
O
O
H3C
H
O
H
HON
NH
O
O
H3C
H
HH
140
311
125
140
165
060061083
AZT 68Ka = 711 M-1 plusmn 15
23-Didehydro-23-dideoxythymidin 69Ka = 172 M-1 plusmn 19
Abbildung 225 Ergebnisse der Bindungsstudien mit 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 sowie 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69 mit der Bisphosponat-Klammer 24 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Die geringere Bindungskonstante des AZT 68 im Vergleich zum 2rsquo-Deoxythymidin 60 ist
wahrscheinlich auf die Azido-Gruppe zuruumlckzufuumlhren Eine Monte Carlo Untersuchung zeigt
dass diese im Komplex relativ weit entfernt von den Phosphonaten der Klammer angeordnet
ist (Abb 226) Die Ribose des 2rsquo3rsquo-Deoxythymidins 68 ist jedoch viel naumlher an den
Phosphonaten angeordnet und somit liefert die Monte Carlo Simulation keine
zufriedenstellende Begruumlndung warum 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 relativ schwach gebunden
wird
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 44
Abbildung 226 Links die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von AZT 68 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte) Rechts die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Koffein und FAD
Eine weitere Purinbasen-analoge Verbindung ist Koffein 70 Aufgrund seiner Bekanntheit
war Koffein schon vielfach Mittelpunkt von Untersuchungen zur Wirt-Gast-Wechselwirkung
Neben ausschlieszliglich in organischen Loumlsungsmitteln loumlslichen Systemen[124-126] wurde in
letzter Zeit auch ein wasserloumlslicher Rezeptor fuumlr Koffein beschrieben[127]
Die Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Koffein 70 mit einer fuumlr Nukleinbasen erstaunlich
hohen Bindungskonstante von 29340 M-1 Damit ist die Bindungskonstante um einen
Groumlszligenordnung houmlher als die bislang in Wasser bekannten Bindungskonstanten[127] Von
daher wuumlrde sich dieses Gast-Wirt-System gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen eignen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 45
N
N N
N
O CH3H3C
OCH3
136058
027
70 Ka = 29340 M-1 plusmn 12
Abbildung 227 Ergebnis der Bindungsstudien von Koffein 70 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Ein weiterer wichtiger Cofaktor der genauso wie NAD+ 52 eine Adenosin-Einheit enthaumllt ist
Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) 71 (Abb 228) Wie NAD+ 52 ist FAD 71 an vielen
enzymatischen Redox-Reaktionen beteiligt[82] Aumlhnlich wie beim NAD+ 52 besitzt das FAD
71 zwei elektronenarme Ringsysteme und somit zwei moumlgliche Komplexierungsstellen fuumlr die
Bisphosphonat-Klammer 10 Das Bindungsexperiment zeigt jedoch nur minimale
Aumlnderungen der chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem und eine deutliche
Aumlnderung fuumlr das Adenin Die Auswertung ergibt eine Bindungskonstante von 908 M-1
Werden jedoch die Signale des Wirtes ausgewertet ergibt sich eine Bindungskonstante von
4900 M-1 Die Ursache dieser groszligen Diskrepanz ist jedoch unklar Die geringe Aumlnderung der
chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem deutet daraufhin dass dieses nicht von
der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert wird oder dass die beoachteten Signale sich zu
weit von der Kavitaumlt entfernt sind um einen Shift aufzuweisen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 46
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
H021
71 Ka = 908 M-1 plusmn 14
Abbildung 228 Ergebnis der Bindungsstudien von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei Monte Carlo Rechnungen wird deutlich dass die Methyl-Protonen des Flavins die als
einzige seine Komplexierung anzeigen koumlnnten sich bei einer Komplexierung wahrscheinlich
nicht in der Kavitaumlt befinden (Abb 229 links) Analog zum Komplex mit NAD+ 52 ist auch
hier eine Struktur denkbar bei der sich das Adenin in der Kavitaumlt befindet (Abb 229 rechts)
In diesem Fall orientiert sich das Flavin-Ringsystem an die Seitenwand der Bisphosphonat-
Klammer In dieser Anordnung muumlssten deutliche Shifts in Adenin und nur geringe in Flavin
auftreten Diese Anordnung erklaumlrt die experimentellen Beobachtungen am besten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 47
Abbildung 229 Die berechnete Strukturen fuumlr den Komplex von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Links befindet sich das Flavin in der Kavitaumlt rechts das Adenin
Folsaumlure
Eine weitere elektronenarme Verbindung deren moumlgliche Komplexierung in der
Bisphosphonat-Klammer 10 untersucht wurde ist Folsaumlure 72 (Abb 230) Das
Bindungsexperiment zeigt eine hohe Bindungskonstante von 20230 M-1 Die Folsaumlure besitzt
nur ein nichtacides Proton am aromatischen Ring das als Sensor fuumlr den
Komplexierungsmodus dienen kann Die Methylenbruumlcke zeigt zwar eine Aumlnderung der
chemischen Verschiebung bei der Komplexierung aber diese ist in der Titration zu
unregelmaumlszligig um sie auswerten zu koumlnnen Die anderen Protonen zeigen dagegen keine
Aumlnderung Es wurde versucht diese Bindungskonstante mittels mikrokalorimetrische
Messungen zu bestaumltigen aber es stellte sich heraus dass Folsaumlure in Wasser zu schlecht
loumlslich ist um mikrokalorimetrische Messung durchfuumlhren zu koumlnnen Eine Molecular
Modelling Studie des Komplexes zeigt jedoch dass das beobachtete Proton bereits nicht mehr
in der Kavitaumlt liegt ist genauso wie die Methylenbruumlcke wodurch die Beobachtungen im
Bindungsexperiment unterstuumltzt werden (Abb 231)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 48
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
H069
72 Ka = 20230 M-1 plusmn 12
Abbildung 230 Ergebnis der Bindungsstudien von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Abbildung 231 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
224 Bindungsexperimente mit Thiamin
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 ist ein wichtiger Cofaktor der im Koumlrper aus Thiamin
(Vitamin B1) 75 aufgebaut wird[82] TPP 76 ist an vielen enzymatischen Reaktionen
beteiligt[128 129] Neben Decarboxylierungen[130] und Oxidationen[131] katalysiert TPP 76
Ligations-Reaktionen In diesem Fall bildet das TPP 76 ein nukleophiles Enamin als
Intermediat welches somit als umgepoltes Acyl-Anion dient[132] Im Enzym ist TPP 76 in
einer typischen V-Form gebunden Diese relativ energiereiche Konformation wird von
hydrophoben Wechselwirkungen mit unpolaren Aminosaumluren stabilisiert Beide Ringsysteme
des Thiamins werden so stabilisiert (Abb 232) [133]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 49
Abbildung 232 Ausschnitt aus der Struktur der Transketolase aus Hefe Die V-Konformation des TPPs 76 wird an der konvexen Seite von einem Leucin stabilisiert Zusammen mit Phenylalanin Histidin und Isoleucin wird eine hydrophobe Tasche gebildet[134]
In einem ersten Bindungsexperiment mit einem Thiazolium-Salz 73 konnte Christian Jasper
starke Hochfeld-Shifts der Gast-Signale beobachten (Abb 233)[64]
N+
S
HH
HHBF4
-
140
034042081
021
021
057
73
Abbildung 233 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung im 11 Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10[64]
Daraufhin wurde im Rahmen dieser Arbeit das Komplexierungsverhalten von
N-Methylthiazoliumiodid 74 Thiamin 75 und TPP 76 in der Bisposphonat-Klammer
untersucht (Abb 234) Dabei wurde festgestellt dass das N-Methylthiazoliumiodid 74 eine
starke Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt Im Vergleich dazu zeigen Thiamin
75 und TPP 76 eine deutlich houmlhere Bindungskonstante In beiden Faumlllen werden die houmlchsten
komplexinduzierten Shifts an der Methylenbruumlcke welche die beiden Aromaten verbindet
sowie am Proton am Pyrimidinium-Ring beobachtet Beide liegen nahe am Mittelpunkt des
Molekuumlls Auch die anderen Protonen zeigen einen deutlichen Hochfeld-Shift Lediglich die
Protonen an der Alkyl-Kette zeigen einen relativ kleinen Shift Dies deutet darauf hin dass
beide Ring-Systeme an der Bindung beteiligt sind
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 50
N+
S
176
74 Ka = 1267 M-1 plusmn 29
N
N
N+S
OH
NH3+
032
013044 022
013
010
75 Ka = 18563 M-1 plusmn 11
N
N
N+S
O
NH3+
024
004044 009
001
001
PO
OHO P
O
OHOH
76 Ka = 14075 M-1 plusmn 20
Abbildung 234 Ergebnisse der Bindungsstudien von Thiazolium-Salzen mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werte mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
Interessanterweise zeigt eine Monte Carlo Untersuchung eine Struktur in der beide Ring-
Systeme sich teilweise in der Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer 10 befinden (Abb 235)
Diese Struktur erklaumlrt die in den Bindungsstudien gefundenen komplexinduzierten Shifts sehr
gut Allerdings ist die Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer in diesem Fall extrem aufgeweitet
Der Abstand der beiden Seitenwaumlnde betraumlgt in dieser Struktur etwa 12 Aring waumlhrend in
Roumlntgenstrukturanalyse Abstaumlnde von etwa 8 bis 11 Aring beobachtet wurden[48] Aus
Untersuchungen von weiteren Molecular Modelling Strukturen sowie den Kristallstrukturen
zeigte sich jedoch dass die Aufweitung der Kavitaumlt nur eine geringe Aktivierungsenergie
benoumltigt Diese sollte maximal etwa 4 kJmol betragen[50]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 51
Abbildung 235 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte Schwefel ist in gelb dargestellt)
Diese Struktur wird von einem NOESY-Experiment unterstuumltzt Im NOESY-Experiment mit
einem 11-Komplex aus Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 sind neben starken
intermolekularen NOE Crosspeaks auch schwaumlchere intramolekulare NOE Crosspeaks
sichtbar Diese sind in Abb 236 dargestellt
P
O
CH3
O
PO
CH3
O
O
N
N
N+H
H
H N
H
+
Abbildung 236 Beobachtete intramolekulare NOE-Crosspeaks
Das CH-Signal des Thiazolium-Rings war bislang in den Bindungsexperimenten aufgrund
seiner Aciditaumlt nicht sichtbar Bei einer Messung des 11-Komplexes mit Watergate-
Unterdruumlckung in nichtdeuteriertem Wasser wird das Proton bei etwa 10 ppm sichtbar[135]
Damit ist es um ca 1 ppm tieffeldverschoben im Vergleich zum reinen Thiamin Auch dieser
Befund deutet daraufhin dass die aus Molecular Modelling erhaltene Struktur ein gutes
Modell fuumlr den Bindungsmodus ist da sich dieses Proton im Modell in der Kavitaumlt befindet
und damit einen starken Shift zeigen sollte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 52
Eine Molekulardynamik-Simulation des 11-Komplexes aus Thiamin 75 und der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt dass die vorgeschlagene Struktur keinesfalls starr ist (Abb
237) Das Thiamin 75 besitzt eine groszlige Beweglichkeit in der Kavitaumlt Es scheint so als
wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen so
dass immer einer der beiden Aromaten eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingehen kann
Abbildung 237 Eine molekulardynamische Simulation fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Macromodel 71 298K 10 ps mit 1 ps Schnappschuumlsse) Alle Schnappschuumlsse wurden uumlbereinander projiziert und die Protonen wurden aus Gruumlnde der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
Eine 1H-NMR-Untersuchung des Thiamin 75Bisphosphonat-Klammer 10 Komplexes in
Methanol bei verschiedenen Temperaturen zeigt unterhalb von 0 degC eine deutliche
Linienverbreiterung und eine Aumlnderung der chemischen Verschiebungen Bis -100 degC blieb
die Loumlsung klar Ein Auftrag der chemischen Verschiebung gegen die Temperatur zeigt eine
deutliche Temperaturabhaumlngigkeit fuumlr das aromatische Pyrimidin-Proton (Abb 238) Dies
verdeutlicht den verlangsamten Assoziations- Dissoziationsprozess
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 53
6464565
65566
66567
67568
68569
695
290K 280K 270K 260K 250KT (K)
δ (p
pm)
Abbildung 238 Temperaturabhaumlngigkeit der chemischen Verschiebung des aromatischen Pyrimidin-Protons von Thiamin 75 im Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Da die Bisphosponat-Klammer eine Einlagerung in eine monomolekulare Stearinsaumlureschicht
zeigt wurde versucht eine Bindung des Thiamins 75 in der Bisphosphonat-Klammer 10
nachzuweisen[106] Eine Einlagerung von zwei Aumlquivalenten der Bisphosphonat-Klammer 10
in eine Stearinsaumlure-Monoschicht fuumlhrt zu einer Vergroumlszligerung der Oberflaumlche von ca 2
AringMolekuumll waumlhrend eine Stearinsaumlure-Monoschicht die auf einer 10-4 M Loumlsung von
Thiamin 75 hergestellt wird ebenfalls eine Vergroumlszligerung der Oberflaumlche um ca 2 AringMolekuumll
bewirkt Werden nun zu einer Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber einer Thiamin-Subphase zwei
Aumlquivalente der Bisphosphonat-Klammer 10 getropft so vergroumlszligert sich die Oberflaumlche um
ca 3 AringMolekuumll Das bedeutet dass ein zusaumltzlicher komplexbedingter Anstieg der
Oberflaumlche um ca 1 AringMolekuumll beobachtet werden konnte (Abb 239) Dies ist vermutlich
darauf zuruumlckzufuumlhren dass sich Bisphosphonat-Klammer-Molekuumlle in der Subphase
befinden Thiamin 75 binden und dadurch unpolarer werden und deswegen in der
Monoschicht aufgenommen werden (Abb 240)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 54
Abbildung 239 Ergebnisse der Filmwaage-Untersuchung von der Bindung von Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Abbildung 240 Darstellung der Komplexierung von Thiamin 75 in der Subphase wodurch ein unpolarer Komplex gebildet wird Dieser Komplex wird anschlieszligend in der Monoschicht eingelagert
Wegen der hohen freien Bindungsenergie eignet sich das System Thiamin 75Bisphosphonat-
Klammer sehr gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen
0
10
20
30
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
SA H2O
SA H2O - 2eq 10
SA 75
SA 75 - 2eq 10
+ Gast
+
LuftH2O
++
++
++
++
----
--
-- ----
a a b
b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 55
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer)
Es konnte gezeigt werden dass die Bisphosphonat-Klammer eine hohe Affinitaumlt gegenuumlber
N-alkylierten Pyridinium-Salzen hat Von besonderem Interesse ist dabei NAD+ Die
Untersuchung des Bindungsmodus fuumlr die Bindung von NAD+ hat ergeben dass sie
komplizierter ist als es auf dem ersten Blick erscheint Scheinbar liegt ein dynamisches
Gleichgewicht vor bei dem sich abwechselnd mal der Nikotinamid-Ring und der Adenosin-
Ring in der Kavitaumlt befindet Das Gleichgewicht liegt jedoch stark auf der Seite des
Nikotinamids Aus der Untersuchung der NAD+-Fragmente wurde zusaumltzlich die Erkenntnis
gewonnen dass die Bisphosphonat-Klammer nicht nur kationische Aromaten bindet sondern
auch elektronenarme neutrale Aromaten Damit umfasst das Gast-Portfolio der
Bisphosphonat-Klammer elektronenarme neutrale und kationische Aromaten wobei im letzen
Fall jedoch ausschlieszliglich permanente Kationen gebunden werden Nichtpermanente
Kationen wie zB Pyridiniumhydrochlorid oder basische Aminosaumluren werden dagegen nicht
gebunden Entweder weil ein permanentes Kation fuumlr die Bindung gebraucht wird oder weil
diese Kationen so stark solvatisiert sind dass sie nicht von der Klammer desolvatisiert werden
koumlnnen
Die Bisphosphonat-Klammer bindet alle Nukleoside aber bei den entsprechenden
Nukleotiden wird lediglich AMP 56 gebunden Die Bindungskonstante ist dabei deutlich
niedriger Somit scheint die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen Nukleosiden und
Nukleotiden zu unterscheiden Das negativ geladene Phosphat spielt dabei anscheinend eine
entscheidende Rolle Die Abstoszligung durch die Bisphosphonate der Klammer scheint fuumlr die
schlechte Bindung verantwortlich zu sein Die deutliche staumlrkere Bindung von NMN 54 im
Vergleich zum AMP 56 deutet darauf hin dass die π-Kation-Wechselwirkung einen
entscheidenden Beitrag zur staumlrkeren Bindung von kationischen Gaumlsten hat
Die Betrachtung des Komplexes von Thiamin 75 zeigt dass es sich beim Komplex mit der
Bisphosphonat-Klammer trotz seiner hohen Bindungskonstante keinesfalls um einen starren
Komplex handelt Das Thiamin 75 wird von dispersiven Wechselwirkungen
Wasserstoffbruumlcken und hydrophoben Effekten in einer natuumlrlichen V-aumlhnlichen
Konformation gehalten aber der Komplex scheint hochdynamisch zu sein
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 56
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Wie die Bisphosphonat-Klammer besitzt die Bisphosphonat-Pinzette 11 eine extrem
elektronenreiche Kavitaumlt Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu
geschlossen und kann dadurch nur schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser
nicht sehr anspruchsvoll sind wie zB para-substituierte Aromaten oder Ammonium-Salze
Bereits die Methylphosphonsaumluremethylester-Pinzette 39 zeigt dass die Kavitaumlt eine hohe
Tendenz zur Komplexierung von unpolaren Gaumlsten besitzt Die beiden Methylestergruppen
befinden sich naumlmlich in einem schnellen Gleichgewicht bei dem sich immer eine der beiden
Gruppen in der Kavitaumlt der Pinzette befindet Dadurch wird die Pinzette unsymmetrisch Dies
zeigt sich sehr deutlich im 1H-NMR-Spektrum das aufgrund dieser Unsymmetrie eine sehr
komplizierte Aufspaltung der aromatischen Signale zeigt sowie einen starken Hochfeld-Shift
des Methylestersignals um ca 15 ppm Nach der Spaltung der Methylester wird diese
Unsymmetrie aufgehoben und das 1H-NMR-Spektrum zeigt wieder das einfache
Aufspaltungsmuster eines spiegelsymmetrischen Molekuumlls
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt im 1H-NMR bei Verduumlnnung von 10-3 bis 10-5 M-1 einen
signifikanten Shift der chemischen Verschiebung der aromatischen Protonen Da dies auf eine
Selbstassoziation hinweist wurde versucht eine Selbstassoziationskonstante zu bestimmen
aber die Aumlnderungen der chemischen Verschiebung lies sich nicht mit dem Fitprogramm
anpassen Diese Beobachtung bedeutet dass eine Selbstassoziation bzw eine Micellen-
Bildung in waumlssriger Loumlsung wahrscheinlich ist Da diese jedoch nicht quantifiziert werden
konnte koumlnnte dies auf eine houmlhere Assoziations-Stoumlchiometrie hinweisen Weiterhin
bedeutet dies dass die Signale der Bisphosphonat-Pinzette nicht zur Auswertung von
Titrationen genutzt werden koumlnnen
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen
Als erste Gaumlste wurden N-alkylierte Pyridiniumsalze auf ihr Bindungsverhalten in der
Bisphosphonat-Pinzette 11 uumlberpruumlft um einen Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer
ziehen zu koumlnnen
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt mit 1776 M-1 eine deutlich geringere Bindungskonstante
fuumlr die Bindung von N-Methylnikotinamid 51 als die Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 57
241)[75] Dies ist vermutlich auf die deutlich kleinere Kavitaumlt der Pinzette zuruumlckzufuumlhren
Die ∆δsat-Werte scheinen diese Annahme zu unterstuumltzen Im Gegensatz zum Komplex von
N-Methylnikotinamid 51 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 sind die houmlchsten ∆δsat-Werte in
diesem Fall in der Umgebung der N-Methylgruppe zu beobachten Dies laumlsst darauf schlieszligen
dass sich nur dieser Molekuumllteil nahe der Methylgruppe voumlllig in der Kavitaumlt befindet aber
nicht das gesamte Molekuumll Im Gegensatz dazu ist das N-Methylpyraziniumiodid 50 klein
genug um in die Kavitaumlt zu passen Dies zeigt die mit der Bisphosphonat-Klammer 10
uumlbereinstimmende Bindungskonstante[75] Das Kosower-Salz 49 zeigt beim
Bindungsexperiment eine starke Verbreiterung der Signale wodurch die Bestimmung der
Bindungskonstante nicht moumlglich war Die beobachtete Aumlnderung der chemischen
Verschiebung deutet jedoch darauf hin dass auch das Kosower-Salz 49 in der Pinzette
eingeschlossen wird
N+
N
CH3I- 174
127
H N+
O O
I- 095
011
014
HN+
CH3
NH2
O
H
HH
H
258
187266
055100
51Ka = 1776 M-1 plusmn 15
50Ka = 12000 M-1 plusmn 28
I-
49
Abbildung 241 Ergebnisse der Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Salzen und N-Methylpyraziniumiodid 50 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werten mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen
Aufgrund ihrer biologischen Bedeutung wurden bei den Bindungsexperimenten mit der
Pinzette der Schwerpunkt auf die Untersuchung von Ammonium-Salzen gelegt
Erste Experimente mit Benzylaminhydrochlorid 77 und n-Propylaminhydrochlorid 78 zeigten
fuumlr die Komplexierung in der Bisphosphonat-Pinzette 11 zwar sehr groszlige ∆δsat-Werte aber
die korrespondierenden Bindungskonstanten waren geringer als erwartet (Abb 241) Die
Bindung in Methanol scheint dagegen eine houmlhere Bindungskonstante als in Wasser zu
besitzen Dieser Effekt koumlnnte auf den houmlheren Beitrag der Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und dem Gast in dem unpolareren Loumlsungsmittel Methanol sowie auf den
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 58
geringeren Aufwand der betrieben werden muss um das Ammoniumkation zu
desolvatisieren zuruumlckzufuumlhren zu sein Die Bindungskonstanten des Adrenalins 79 und der
Adrenalinvorlaumlufer Noradrenalin 80 und Dopamin 81 sind im Vergleich zu den einfacheren
Aminen Benzylamin 77 und n-Propylamin 78 vermutlich aufgrund des houmlheren sterischen
Anspruchs noch ein wenig niedriger Damit liegen die Bindungskonstanten deutlich unter der
eines bereits bekannten makrozyklischen Adrenalin-Rezeptors auf Bisphosphonat-Basis[136]
Allerdings zeigen diese Experimente dass die Kavitaumlt der Pinzette ausschlaggebend fuumlr die
Bindung ist da einfache aromatische Bisphosphonate Adrenalin zwar in unpolaren
aprotischen Loumlsungsmitteln binden koumlnnen jedoch nicht in Wasser[67 137 138] Dies bedeutet
dass in waumlssriger Loumlsung π-Kation-Wechselwirkungen sowie der hydrophobe Effekt welche
die Kavitaumlt hier besonders auszeichnen zur Komplexierung gebraucht werden
Die Reihe Adrenalin 79 Noradrenalin 80 und Dopamin 81 zeigt anhand der ∆δsat-Werte
deutlich dass ein sterisch weniger anspruchsvoller Gast tiefer in die Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Pinzette 11 hineinragt Waumlhrend beim Dopamin 81 die ∆δsat-Werte deutlich
zeigen dass der Benzol-Ring teilweise noch in die Kavitaumlt hineinragt fungiert beim
Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 die Hydroxy-Gruppe als bdquoStopperldquo Die Protonen des
Benzol-Ringes von Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 zeigen keine Aumlnderung der chemischen
Verschiebung Das Propanolol 82 verhaumllt sich in methanolischer Loumlsung aumlhnlich ndash in
waumlssriger Loumlsung faumlllt der Komplex dagegen als Niederschlag aus
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 59
NH3ClNH3Cl
OHOH
OHNH2Cl
HO
ClH2N
OHOH
OHNH3Cl
OHOH
NH3Cl
H
82Ka = 1361 M-1 plusmn 6
151
265
264
188345201
202
215
055
090057
217 267
77Ka = 115 M-1 plusmn 45
78Ka = 890 M-1 plusmn 11 Ka = 1680 M-1 plusmn 7
79Ka = 390 M-1 plusmn 9
80Ka = 184 M-1 plusmn 22
81Ka = 984 M-1 plusmn 13
Abbildung 242 Ergebnisse der ersten Bindungsuntersuchungen mit Ammonium-Salzen Die Werte mit einem sind fuumlr die Bindung in Methanol
Die deutliche Tendenz bezuumlglich der Groumlszlige von Gaumlsten die von den ∆δsat-Werten angedeutet
wird spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen der Komplexe wieder auch
wenn hier die Unterschiede nicht so eindeutig sind (Abb 243) Im Falle des Dopamin-
Komplexes befindet sich die kurze Alkylkette groumlszligtenteils in der Kavitaumlt und auch der
Benzol-Ring befindet sich nahe an der Kavitaumlt Beim Noradrenalin 80 ist der Benzol-Ring
zwar weiter von der Kavitaumlt entfernt aber die Hydroxy-Gruppe befindet sich groumlszligtenteils
innerhalb der Kavitaumlt In diesem Fall ist es fraglich ob das Ergebnis als zuverlaumlssig betrachtet
werden kann Dieses Ergebnis laumlsst vermuten dass die beiden Wasserstoff-Bruumlcken in
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 60
Wirklichkeit nicht so wichtig fuumlr die Bindung sind wie die berechneten Strukturen vermuten
lassen Die berechnete Struktur fuumlr die Bindung von Adrenalin 79 scheint dem tatsaumlchlichen
Bindungsmodus naumlher zu kommen Der Benzol-Ring ist hierbei noch weiter von der Kavitaumlt
entfernt angeordnet und die Hydroxy-Gruppe befindet sich nicht in der Kavitaumlt Sekundaumlre
Amine wie Adrenalin 79 oder Propanolol 82 werden auch gebunden aber vermutlich wegen
ihres erhoumlhten sterischen Anspruchs weniger schlecht als die primaumlren Aminen
Abbildung 2 43 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Dopamin 81 (Links) Noradrenalin 80 (Mitte) und Adrenalin 79 (Rechts) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 H2O 2000 Schritte)
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren
Biologische Bedeutung von Lysin und Arginin
Lysin und Arginin sind neben ihrer Funktion als Bausteine von Proteinen von fundamentaler
Bedeutung in vielen biologischen Prozessen
bull Proteine die proteosomisch abgebaut werden sollen werden an deren Lysin-Resten
ubiquitinyliert (Kiss of death)[139]
bull Histone werden spezifisch am Lysin-ε-Stickstoffatom acetyliert und deacetyliert um
die Transkription zu aktivieren oder zu unterdruumlcken[140]
bull Lysin ist ein bestimmender Faktor bei der Phosphorylierung von Mannose von
lysomalen Proteinen[141]
bull Der interzellulaumlre Vesikel-Transport wird uumlber Dilysin-Einheiten in Transport-
Proteinen reguliert[142]
bull Das Antibiotikum Vancomycin erkennt die Lys-D-Ala-D-Ala-Sequenz ein wichtiger
Bestandteil der bakteriellen Zellwand[143]
bull Das Signalpeptid KTTKS aktiviert die Regeneration des Kollagens bei beschaumldigten
Zellen Dies ist eine wichtige Erkenntnis fuumlr die anti aging Technologie[144]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 61
bull Die Mitte der Sequenz KKLVFF im Aβ Protein ist die Stelle fuumlr Nukleasen an der die
Aggregation und die darausfolgende Bildung von Plaques anfaumlngt Diese verursachen
wahrscheinlich die Alzheimerrsquosche Krankheit[145]
bull Die RNA-Erkennungsprozesse welche die Transkription kontrollieren beruhen oft
auf einer Komplexbildung mit argininreichen Proteinen wie zB das tat oder Rev
Protein[146]
bull Der RGD-Sequenz ist von essentieller Bedeutung fuumlr die Interaktion von Integrinen
mit Zellen[147 148]
bull Octaarginin-Tags ermoumlglichen es Medikamente die bis zu 100 mal groumlszliger sind als sie
selbst durch die Membran zu transportieren[149]
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung von Arginin und Lysin sind kuumlnstliche
Rezeptoren fuumlr diese Aminosaumluren von besonderem Interesse Bislang sind Lysin-Rezeptoren
auf der Basis von Kronenethern[150 151] dreiarmigen Benzoltrioxazolinen oder auch Calix[4]-
und [5]-arenen bekannt In waumlssriger Loumlsung sind diese Systeme allerdings meist nicht sehr
effektiv[152 153] Mittels einer Anordnung von Carboxylaten uumlber einem aromatischem System
ist die Bindung von Lysin und Arginin uumlber Salzbruumlcken in gepufferter waumlssriger Loumlsung
moumlglich[154]
Die bislang besten Arginin-Rezeptoren sind die von Dougherty et al entwickelten
polyanionischen Cyclophane[155] Die Bindung von Arginin beruht in diesem Fall fast
ausschlieszliglich auf der π-Kation-Wechselwirkung Dagegen basiert die Komplexierung von
Arginin durch die Rezeptoren von Bell et al hauptsaumlchlich auf ionischen Wasserstoffbruumlcken
Diese Rezeptoren werden auch als bdquopolyaromatisches hexagonales Gitterldquo bezeichnet[156 157]
Daneben gibt es einige schwaumlchere Rezeptoren auf Phosphonat- und Sulfonat-Basis[158]
Arginin-Rezeptoren auf Xylylen-Bisphosphonat-Basis sind gute Rezeptoren in polaren
aprotischen Loumlsungsmitteln wo sie das Arginin uumlber eine Kombination aus
Wasserstoffbruumlcken und π-Kation-Wechselwirkungen binden[159] Der erste Rezeptor fuumlr die
RGD-Sequenz nutzt ebenfalls diese Xylyen-Bisphosponat-Einheit zur Erkennung des
Arginin-Restes[160] Eine weitere leistungsfaumlhige Alternative stellt die Bindung von Arginin
mit hochselektiven RNA-Aptamere dar Diese wurde durch in vitro Evolution erhalten[161]
Bindungsexperimente
Ein erstes Bindungsexperiment zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette zeigte eine starke Hochfeldverschiebung sowie eine deutliche
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 62
Verbreiterung der Lysin-Seitenketten-Signale Die Titration in Wasser ergab eine starke
Bindung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Abb 244) Auch bei
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 traten im Bindungsexperiment starke
Hochfeldverschiebungen und Verbreiterungen der Signale auf Das
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 wird ebenfalls stark von der Bisphosphonat-Pinzette
11 gebunden aber schwaumlcher als Lysin In beiden Faumlllen konnten extrem groszlige
Hochfeldshifts an allen Kohlenstoffatomen der Seitenkette beobachtet werden Lediglich die
Protonen der Schutzgruppen zeigten keinen Shift oder wenn dann nur einen geringen
Tieffeldshift
Auch in 25 mM Natriumphosphatpuffer (pH 7 in D2O) bindet die Bisphosphonat-Pinzette
noch Acetyllysinmethylester 83 und Tosylargininmethylester 84 Boc-
Histidinmethylesterhydrochlorid 85 wird deutlich schwaumlcher gebunden (Aufgrund einer
moumlglichen Protonenuumlbertragung vom Imidazoliumion auf die Phosphonate wurden keine
Experimente in reinem Wasser durchgefuumlhrt)
HN
O
O
H2C
NH2
O HCl
057036
157145
HN
O
O
H2C
O
O
NH
N
065079
376
S
HN
O
O
CH2
NH
NHH2NHCl
OO
100068
409329154147
85
Ka = 690 M-1 plusmn 15
84Ka = 7843 M-1 plusmn 25 Ka = 1802 M-1 plusmn 40
83Ka = 23010 M-1 plusmn 18 Ka = 4339 M-1 plusmn 22
Abbildung 244 Ergebnisse der Bindungsstudien mit basischen Aminosaumluren Die Ergebnisse mit einem sind fuumlr Experimente in 25 mM Natriumphosphat-Puffer pH 7 in D2O
Mit anderen nichtbasischen Aminosaumluren zeigte die Bisphosphonat-Pinzette 11 in gepufferter
Loumlsung keine Wechselwirkung (Abb 245)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 63
Abbildung 245 Selektivitaumltsuumlbersicht der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber verschiedenen Aminosaumluren in gepufferten waumlssrigen Loumlsungen (Natriumphosphat pH 7 25 mM) Aufgrund des Fehlens jeglicher Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen der nichtbasischen Aminosaumluren wurde die Bindungskonstante auf 5 M-1 geschaumltzt
Dass die Alkylketten-Protonen des Lysins und des Arginins teilweise ∆δmax-Werte von uumlber
3 ppm zeigten ist ein deutlicher Hinweis darauf dass sie sich bei der Bindung in der Kavitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 befinden muumlssen Im Falle des Lysins zeigten nicht nur die δ-
C- und ε-C-Protonen hohe Shifts sondern auch das α-C-Proton sowie die β-C- und γ-C-
Protonen wenn auch im geringerem Maszlig (Abb 247) Beim Arginin konnte Vergleichbares
beobachtet werden Wahrscheinlich befindet sich nicht das Ammoniumkation bzw
Guanidinumkation in der Kavitaumlt sondern vor allem die Alkylkette (Abb 246) Es wird ein
Pseudorotaxan gebildet wobei die N- und C- Schutzgruppen auf der einen Seite und das
Kation auf der andere Seite als Stopper dienen Vergleichbare Pseudorotaxane entstehen auch
bei der Pinzette mit Naphthalin-Spacer mit (dendritischen) Viologen-Gaumlsten und konnten
beobachtet werden[52 162] Auszligerdem wurde eine vergleichbare Anordnung auch bei der
Bindung von Alkylammoniumsalzen durch Cucurbituril-Rezeptoren beobachtet[163]
Abbildung 246 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte) und Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 (Rechts MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 Die Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
0
1000
2000
3000
4000
5000
Lys Arg His Asp Ser Thr Phe Leu Val Ala Gly
Ka [M-1]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 64
Diese vorgeschlagene Struktur wurde von zusaumltzlichen Experimenten unterstuumltzt In einem
NOESY-Experiment mit einer Loumlsung aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette 11 wurden NOE-Kontakte zwischen den Methylestern sowie der
Acetyl-Gruppe und den Bruumlckenkoumlpfen der Bisphosphonat-Pinzette 11 beobachtet (Abb
247) Diese Kontakte koumlnnen nur auftreten wenn das Lysin wie ein Rotaxan gebunden wird
Die Bindung ist so stark dass sich an den Signalen der aromatischen Protonen der
Bisphosphonat-Pinzette 11 eine Aufspaltung erkennen laumlsst Es findet ein Chiralitaumltstransfer
statt wodurch die beiden Seiten der Pinzette nicht mehr magnetisch aumlquivalent sind
Abbildung 247 Beobachtete NOE-Kontakte zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der Bisphosphonat-Pinzette 11 Am Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 sind die ∆δsat-Werte der Protonen vermerkt
Beim Erwaumlrmen auf 95 degC eines 11-Gemisches aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83
und der Bisphosphonat-Pinzette 11 in Wasser konnte beobachtet werden dass Signale die bei
Raumtemperatur noch breit waren wieder schaumlrfer wurden Dies bedeutet dass bei
Raumtemperatur die Rotation des Gastes in der Kavitaumlt eingeschraumlnkt wird
Diese Beobachtungen deuten daraufhin dass die Inklusion der Seitenketten der Aminosaumluren
in der Kavitaumlt zu starken Van-der-Waals-Wechselwirkungen fuumlhrt unterstuumltzt von
elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem kationischen
Aminosaumlure-Rest Dieser Bindungsmodus bietet eine gute Erklaumlrung fuumlr die erhoumlhte Affinitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber Lysin und Arginin Mit den oben dargelegte
Bindungskonstanten gehoumlrt die Bisphosphonat-Pinzette 11 zu den besten Rezeptoren fuumlr
basische Aminosaumluren die bis heute bekannt sind Lediglich die oben beschriebenen RNA-
Aptamere erreichen in Puffer eine Bindungskonstante von 13000 M-1[161] Bis heute sind keine
Rezeptoren bekannt die eine so hohe Affinitaumlt fuumlr Lysin besitzen wie die Bisphosphonat-
Pinzette Der von Bell et al beschriebene selektive Lysin-Rezeptor mit einer
Bindungskonstante gt 105 M-1 in Methanol zeigt in Wasser eine sehr starke Aggregation[157]
HN NH3+
O
OH3C
OCH3
H
H
H
H
H05
14
14
gt 30
gt 40O
POCH3
-O PO-CH3
O
H
H
H
H
NOESY
HHH
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 65
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
Um das Gastprofil zu erweitern wurden kurze arginin- und lysinhaltige Peptidsequenzen von
biologischer Bedeutung auf ihre Bindungseigenschaften in der Bisphosphonat-Pinzette 11
uumlberpruumlft Die beiden argininhaltigen Peptide RGD 86 und GRGG 87 werden beide in
neutralen gepufferten waumlssrigen Loumlsungen mit hohen Bindungskonstanten an die
Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb 248)
86RGD Ka = 986 M-1 plusmn 10 RGD Ka = 1175 M-1 plusmn 16
H2NNH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
HN
NH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
87GRGG Ka = 861 M-1 plusmn 12
206
746
221458341
088092
202150
Abbildung 248 Bindungsexperimente mit argininhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte gelten fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( reines D2O)
Auch die lysinhaltigen Peptide KAA 88 KTTK 89 KTTKS 90 und KKLVFF 91 werden in
neutraler gepufferter waumlssriger Loumlsung an die Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb
249) Die Bindungskonstanten liegen wie schon bei den einzelnen Aminosaumluren uumlber denen
der argininhaltigen Derivate Peptide die zwei Lysine enthalten werden sogar deutlich besser
gebunden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 66
H2NNH
O
NH2
HN
OOH
OH
CH3COOH
KAA 88 Ka = 1179 M-1 plusmn 11
103
029
H2NNH
O
NH2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
KKLVFF 91 Ka = 37800 M-1 plusmn 33
014
014 012
012
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
NH2
H
H
KTTK 89 Ka = 5512 M-1 plusmn 32 (21)
041
041
042
042
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
NH2
H
H
OH
O
OH
039
039
262
262
KTTKS 90 Ka = 4152 M-1 plusmn 29 (21)
Abbildung 249 Bindungsexperimente mit lysinhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte sind fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11) Die ∆δsat-Werte sind an den Protonen vermerkt
Die Werte fuumlr ∆δsat sowie das Fehlen von Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen in den
anderen Aminosaumluren deuten daraufhin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen
Aminosaumluren vergleichbar ist Die fuumlr RGD 86 im Molecular Modelling erhaltene Struktur
zeigt jedoch dass sich die Guanidinium-Einheit in der Mitte der Kavitaumlt befindet (Abb 250)
Allerdings wird vom N-Terminus zum Phosphonat eine Wasserstoffbruumlcke ausgebildet die
diese Anordnung zumindestens im Modelling energetisch guumlnstiger erscheinen laumlsst Die
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 67
chemischen Verschiebungen im Komplex deuten dagegen darauf hin dass eine Rotaxan-
aumlhnliche Anordnung wahrscheinlicher ist
Abbildung 250 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von RGD 86 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte)
Im Fall von KTTK 89 und KTTKS 90 liegen die Bindungskonstanten uumlber denen der Peptide
die ein Lysin oder ein Arginin enthalten Dies duumlrfte darauf zuruumlckzufuumlhren sein dass in
diesen Peptiden zwei Bindungsstellen angeboten werden Der Job-Plot bestaumltigt dass es sich
in diesem Fall um einen 21 Komplex handelt Die chemischen Verschiebungen deuten auch
hier darauf hin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen Aminosaumluren vergleichbar
ist Diese Annahme wird von einer Molecular Modelling Untersuchung unterstuumltzt
(Abb 251) Diese Untersuchung zeigt zusaumltzlich dass wenn sich zwei Lysin-Reste nicht
direkt nebeneinander befinden ein 21 Komplex moumlglich ist ohne dass sich zwei
Bisphosphonat-Pinzetten dabei gegenseitig behindern Zusaumltzlich zu den Van-der-Waals-
Wechselwirkungen koumlnnen in diesem Komplex einige Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und Amonium-Kationen des Peptids ausgebildet werden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 68
Abbildung 251 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KTTKS 90 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 OPLS-AA H2O 10000 Schritte)
KKLVFF 91 konnte aufgrund der geringen Loumlslichkeit nicht in waumlssrigem Puffer untersucht
werden In 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11 zeigt sich eine
sehr groszlige Bindungskonstante gepaart mit geringen Aumlnderungen der chemischen
Verschiebung Zwei N-terminale Lysin-Reste bevorzugen in D2O Methanol-d4 = 11
anscheinend eine Art Cluster mit dem Bisphosphonat der durch Coulomb-Wechselwirkungen
zusammengehalten wird
Abbildung 252 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KKLVFF 91 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 10000 Schritte)
236 Einfluss von dipolaren aprotischen Kosolventien
Durch Zugabe von 1000 Aumlquivalenten eines dipolar aprotischen Loumlsungsmittels wie DMSO
oder Acetonitril kann die Bindung von Gaumlsten ruumlckgaumlngig gemacht werden Die chemischen
Verschiebungen des Gastes kehren nach der Zugabe des Loumlsungsmittels komplett zu ihren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 69
Ausgangswerten zuruumlck Diese Loumlsungsmittel konkurrieren offensichtlich mit dem Gast bei
der Komplexierung und verdraumlngen den Gast aus der apolaren Kavitaumlt Ein aumlhnlicher Effekt
konnte bereits an der festen Phase mit immobilizierten Pinzetten beobachtet werden[63]
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette)
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt ein breites Gastprofil N-Alkylierte Pyridinium-Salze
werden stark in der Pinzette gebunden Allerdings werden nur para-substituierte
Verbindungen stark gebunden Wird das Substitutionsmuster geaumlndert findet kein effektiver
Einschluss in der Kavitaumlt mehr statt Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass die
Kavitaumlt der Pinzette im Gegensatz zur Kavitaumlt der Klammer nach unten abgeschirmt ist
Im Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer bindet die Bisphosphonat-Pinzette 11 auch
Ammonium-Kationen Die Bindungskonstante korreliert mit dem sterischen Anspruch der
Substituenten Je sperriger die Substituenten sind desto niedriger wird die
Bindungskonstante Die bestimmten ∆δsat-Werte bestaumltigen diese Vermutung da in der Naumlhe
der Substituenten in der Regel keine oder nur sehr kleine Shifts beobachtet wurden Es
werden sowohl primaumlre als auch sekundaumlre Amine gebunden wobei jedoch primaumlre Amine
vermutlich aufgrund ihres geringeren sterischen Anspruch besser gebunden werden
Interessanterweise werden die basischen Aminosaumluren Arginin und Lysin erheblich besser
gebunden (bis zu 20000 M-1 im Vergleich zu 800 M-1 fuumlr einfache Amine) Die
Untersuchungen haben ergeben dass dies vermutlich auf die Ausbildung einer
Pseudorotaxan-aumlhnlichen Struktur zuruumlckzufuumlhren ist Die Aminosaumlure-Seitenkette wird
durch die Kavitaumlt gefaumldelt das Ammonium-Kation und die N- und C-terminalen
Schutzgruppen dienen als Stopper Das Ammonium-Kation wird zusaumltzlich von einer
Wasserstoff-Bruumlcke zum Phosphonat fixiert waumlhrend die Alkylkette starke Coulomb-
Wechselwirkungen eingehen kann Die Bindung bleibt auch in gepufferter Loumlsung erhalten
Durch Versuche mit Modellpeptiden konnte gezeigt werden dass die basischen Aminosaumluren
auch in peptidischer Umgebung gebunden werden und vor allem dass andere Aminosaumluren
nicht gebunden werden Zwei weitere interessante Beobachtungen wurden dabei gemacht
Wenn zwei Lysin-Reste im Peptid vorhanden sind die durch weitere Aminosaumluren
voneinander getrennt sind koumlnnen beide einzeln von Bisphosphonat-Pinzetten gebunden
werden (21-Komplex) Bei der Betrachtung von KKLVFF 91 in einem Wasser Methanol-
Gemisch fiel jedoch auf dass in diesem Fall die Ausbildung eines Clusters mit den
Bisphosphonaten bevorzugt wird In diesem Fall ist es anscheinend guumlnstiger
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 70
Wasserstoffbruumlcken von den Ammonium-Kationen zu den Bisphosphonaten auszubilden
anstatt die Lysin-Seitenketten in der Kavitaumlt einzuschlieszligen
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 241 Einleitung
Als einzige physikalische Messmethode bietet die isothermale Titrationskalorimetrie (ITC)
die Moumlglichkeit die globalen thermodynamischen Groumlszligen ∆Hdeg ∆Gdeg ∆Sdeg sowie die
Bindungskonstante Ka und die Stoumlchiometrie n eines Komplexes in einem einzigen
Experiment zu bestimmen Wenn bei verschiedenen Temperaturen gemessen wird kann sogar
die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt bestimmt werden[164-167]
In einem ITC-Experiment wird die Energetik einer Komplexierung bei konstanter Temperatur
gemessen Das Ziel dabei ist es eine Kurve zu erhalten die die Saumlttigung des Wirtes in Bezug
auf die Konzentration des zu bindenden Gastes wiedergibt die sogenannte
Bindungsisotherme[168 169]
Fuumlr eine Messung werden kleine Mengen des Gastes mit Hilfe einer computergesteuerten
Spritze in eine Loumlsung des Wirtes welche in der Messzelle vorgelegt wird titriert Bei der
Injektion wird vom System Waumlrme aufgenommen (endotherme Reaktion) oder abgegeben
(exotherme Reaktion) Diese Waumlrme wird im Vergleich zu der nur mit Loumlsungsmittel
gefuumlllten Referenzzelle gemessen Beide Zellen befinden sich in einer adiabatischen Huumllle
und werden unabhaumlngig voneinander mit Heizelementen geheizt Thermoelemente messen die
Temperaturdifferenz zwischen den beiden Zellen einerseits und den Zellen und dem
adiabatischen Schild andererseits Sie sorgen dafuumlr dass die Temperaturdifferenz zwischen
den beiden Zellen moumlglichst gering ist (Abb 253)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 71
Abbildung 253 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
Gemessen wird letztendlich der Unterschied der Heizleistung die gebraucht wird um beide
Zellen auf der gleichen (voreingestellten) Temperatur zu halten Das Detektionslimit des
Geraumltes liegt bei ca 05 microcal (ca 2 microJ) und entspricht etwa einer Temperaturaumlnderung in der
Messzelle von 10-6 K Eine Messung kann dann als ausreichend aufgeloumlst betrachtet werden
wenn die gemessene Signalhoumlhe mindestens 01 microcals (ca 04 microJs) betraumlgt[170]
242 Theoretische Grundlagen
Fuumlr die Bildung eines Komplexes (WG) aus Gast (G) und Wirt (W) gilt das
Massenwirkungsgesetz
[ ][ ][ ]GW
WGKa = (Gleichung 21)
Die Gesamtkonzentration des Wirtes [W]tot und des Gastes [G]tot sind wie folgt definiert
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
Spritzenstempel
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 72
[ ] [ ] [ ]WGGG tot += (Gleichung 22)
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ]GK
WGWGWWGWa
tot +=+= (Gleichung 23)
Nach Aufloumlsen der Gleichung 22 nach [G] und einsetzen in Gleichung 23 wird die folgende
quadratische Gleichung erhalten
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 012 =+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minusminusminus+ tottot
Atottot GW
KGWWGWG (Gleichung 24)
Durch ziehen der Wurzel ergibt sich aus Gleichung 24 folgende Loumlsung fuumlr die
Konzentration des Wirt-Gast-Komplexes
[ ]2
42 abbWG
minusminusminus= (Gleichung 25)
mit
[ ] [ ]A
tottot KGWb 1
minusminusminus= (Gleichung 26)
und
[ ] [ ] tottot GWa = (Gleichung 27)
Nach Ableitung von Gleichung 25 nach der Gesamtkonzentration des Gastes [G]tot ergibt sich
nach Umformen der erhaltenen Gleichung folgender Ausdruck
[ ][ ] ( ) ( ) 22 112
2211
21
rrXX
Xr
GdWGd
rr
r
tot ++minusminus
minus+
minus+= (Gleichung 28)
mit
[ ] totA WKr 1
= (Gleichung 29)
und
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 73
[ ][ ] tot
totr W
GX = (Gleichung 210)
In einem Titrationsexperiment werden kleine Volumina der Gastloumlsung in die Messzelle mit
der Wirtloumlsung eingespritzt Bei der Einspritzung wird eine bestimmte Waumlrme Q freigesetzt
oder absorbiert Ziel ist es einen Ausdruck fuumlr die Waumlrmemenge Q im Zusammenhang mit
den Konzentrationen der vorliegenden Reaktionspartner in der Messzelle zu finden Dabei
haumlngt Q ab von
1) dem Zellvolumen V
2) den Konzentrationen der Reaktionspartner in der Messzelle
3) der Molaren Bindungsenthalpie ∆Hdeg
4) der Stoumlchiometrie
5) der Menge des eingespritzten Gastes
Wird beruumlcksichtigt dass mit der Abnahme an unkomplexiertem Wirt die freigesetzte
Waumlrmemenge Q verringert wird ergibt sich die nachfolgende Gleichung 211 Die Aumlnderung
d[WG] der Konzentration [WG] ist somit proportional zur Aumlnderung dQ der Waumlrmemenge Q
[ ] VHWGddQ sdotdeg∆sdot= (Gleichung 211)
Der Term d[WG] beruumlcksichtigt somit die Konzentrationen der Reaktionspartner in der
Messzelle die Stoumlchiometrie und die Menge des eingespritzten Gastes von denen die
Waumlrmemenge Q abhaumlngig ist
Durch Einsetzen von Gleichung 28 in Gleichung 211 ergibt sich fuumlr eine Bindungsreaktion
zwischen einem Wirt und einem Gast im Verhaumlltnis 11 folgende Gleichung
[ ] ( ) ( ) ⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
++minusminus
minus+
minus+deg∆=sdot
22 11222
11
211
rrXX
Xr
HGddQ
Vrr
r
tot
(Gleichung 212)
Waumlhrend einer Messung wird die differenzielle Waumlrme [ ] totGddQ bestimmt Dieser Wert
haumlngt nicht von der absoluten Konzentration des Wirtes [W]tot in der Messzelle ab
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 74
In Abb 254 sind Bindungskurven dargestellt die nach Gleichung 212 simuliert wurden Um
die Kurven besser beschreiben zu koumlnnen wird der Parameter c eingefuumlhrt der reziprok zum
Wert r aus der Gleichung 29 ist
[ ] totA WKr
c ==1 (Gleichung 213)
Liegt eine sehr starke Bindung (c = infin) eines Gastes an einem Wirt vor werden alle Molekuumlle
des Gastes sofort gebunden bis die Saumlttigung des Wirtes eintritt dh bis alle Bindungsstellen
besetzt sind Als Bindungskurve ergibt sich dann eine Stufenfunktion mit der Houmlhe ∆Hdeg
∆Hdeg
001
1
5
40500
infin
1 20
05
[ ] [ ] tottot WG
Abbildung 254 Simulierte Bindungsisotherme fuumlr eine endotherme Reaktion nach Gleichung 212 fuumlr verschiedene Parameter c = KA [W]tot Die verschiedenen Werte fuumlr c sind in der Abbildung dargestellt
Fuumlr eine relativ starke Bindung mit c = 10 - 500 wird aus der Stufenkurve eine sigmoidale
Kurve deren Verlauf stark von dem Parameter c abhaumlngt Schwache Bindungen ergeben
dagegen fast horizontale Bindungskurven (c lt 5)
Der c-Wert ist ein hilfreiches Werkzeug um Konzentrationen fuumlr Bindungsexperimente
abschaumltzen zu koumlnnen Ist bereits uumlber eine andere Methode eine Bindungskonstante bekannt
so kann leicht der optimale Konzentrationsbereich fuumlr eine Messung abgeschaumltzt werden Die
Konzentration der Komponente in der Spritze sollte das 12- bis 15-fache der Konzentration in
der Messzelle betragen Ist keine Bindungskonstante bekannt so kann die Konzentration
anhand Abb 254 nachtraumlglich geaumlndert werden falls die Messkurve noch nicht dem
gewuumlnschten sigmoidalen Kurvenverlauf entspricht[171 172]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 75
Wie oben beschrieben wird der Heizstrom der zum Erwaumlrmen der Messzelle gebraucht wird
gemessen Das Messsignal wird angegeben in microcals gegen die Zeit aufgetragen Es resultiert
eine Kurve wie sie in der oberen Haumllfte von Abbildung 255 dargestellt ist Eine Integration
der oberen Kurve uumlber die Zeit ergibt die untere Kurve
Abbildung 255 Eine typische ITC-Messung Die obere Haumllfte zeigt das Messergebnis dabei steht jeder Peak fuumlr eine Injektion Die untere Kurve entsteht durch Integration der oberen Kurve
Die Berechnung der Kurve erfolgt vollautomatisch mit Hilfe eines Rechners und der
entsprechenden Software Anhand einer mathematischen Anpassungsfunktion
(Gleichung 212) die eine Levenberg-Marquardt Iteration verwendet um den sigmoidalen
Kurvenverlauf zu erhalten wird die Kurve an die erhaltenen Messpunkte angepasst Aus dem
Kurvenverlauf berechnet sich der Wert der Bindungskonstante KA die Stoumlchiometrie der
Reaktion und die Enthalpie ∆Hdeg als gesamte Waumlrmetoumlnung der Reaktion Die freie Enthalpie
∆Gdeg und die Entropie ∆Sdeg koumlnnen anschlieszligend daraus uumlber Gleichung 214 und 215
berechnet werden (Abb 256)[170 171 173]
aKRTG lnminus=deg∆ (Gleichung 214)
deg∆minusdeg∆=deg∆ STHG (Gleichung 215
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 76
Abbildung 256 Ein Beispiel fuumlr eine typische ITC Messung Die durchgezogene Kurve repraumlsentiert das Ergebnis der Kurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate Der Achsenabschnitt auf der Ordinate ergibt die Bindungsenthalpie ∆Hdeg aus dem Kurvenverlauf laumlsst sich die Bindungskonstante KA und damit auch die Freie Bindungsenthalpie ∆Gdeg bestimmen[171]
Bei der Bestimmung von ∆Hdeg sollte beruumlcksichtigt werden dass das ∆Hdeg welches aus der
Messung erhalten wird die Waumlrmeentwicklung aller bei der Komplexierung auftretender
Effekte enthaumllt So koumlnnen bei der Komplexierung zB auch Protonenuumlbertragungen
stattfinden die ebenfalls Waumlrmeentwicklung erzeugen Diese Waumlrmeentwicklung sollte bei
der Auswertung beruumlcksichtigt werden[174]
Die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt kann bestimmt werden indem uumlber einen groumlszligeren
Temperaturbereich mehrere Messungen durchgefuumlhrt werden Dabei wird die Aumlnderung der
Waumlrmekapazitaumlt erhalten indem die Bindungsenthalpie bei mehreren Temperaturen bestimmt
wird und gegen die Temperatur aufgetragen wird Aus der Steigung des Graphen kann ∆Cp
nach folgender Gleichung bestimmt werden[166 167 169]
12
1T2Tp TT
HHCminus
deg∆minusdeg∆=∆ (Gleichung 216)
00 05 10 15 20 25-30
-25
-20
-15
-10
-05
00
Molares Verhaumlltnis
kcal
mol
pro
Inje
ktio
n
∆Gdeg
Stoumlchiometrie
∆Hdeg
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 77
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Titration von Thiamin 75 zu einer Loumlsung der Bisphosphonat-Klammer 24 ergab die in
Abb 257 abgebildet Titrationskurve
Titration von 75 zu 24 ∆Hdeg -2312 plusmn 024 kJmol Ka 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 M-1
n 0774 plusmn 0006 -T∆Sdeg -093 kJmol
Abbildung 257 Ergebnisse der ITC Messung von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Messungen zeigen eine gute Uumlbereinstimmung mit dem aus NMR-Titrationen enthaltenen
Ergebnis Die Stoumlchiometrie erreicht annaumlhernd eine 11 Stoumlchiometrie Die Abweichung ist
zum Teil auf die stark hygroskopische Natur des Bisphosphonates 24 zuruumlckzufuumlhren Die
Bindung ist nahezu ausschlieszliglich enthalpisch getrieben der Beitrag der Entropie ist
vernachlaumlssigbar klein Im Gegensatz dazu konnte in Messungen von NAD+ an die
Bisphosphonat-Klammer 10 ein erheblicher entropischer Anteil beobachtet werden[75] Diese
Ergebnisse deuten auf einen starken Beitrag von π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175]
sowie auf den nicht-klassischen hydrophoben Effekt hin[10]
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 78
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Die Titration von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
ergab die in Abb 258 abgebildete Titrationskurve
Titration von 83 zu 11 ∆Hdeg -2641 plusmn 016 kJmol Ka 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 M-1
n 0735 plusmn 0003 -T∆Sdeg -235 kJmol
Abbildung 258 Ergebnis der ITC-Messung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Auch die Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigen eine gute Uumlbereinstimmung
mit den Ergebnissen aus den NMR-Titrationen Wie bei der Bisphosphonat-Klammer 24 ist
auch hier die Abweichung der Stoumlchiometrie vermutlich auf den hohen hygroskopischen
Charakter des Bisphosphonates zuruumlckzufuumlhren Wie bereits bei der Bisphosphonat-Klammer
24 beobachtet wurde ist auch hier der Beitrag der Entropie zur Bindung klein Entsprechend
werden auch in diesem Fall die π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175] sowie der nicht-
klassische Hydrophobe Effekt[10] die entscheidenden Wechselwirkungen bei der
Komplexierung sein Diese Ergebnisse unterstuumltzen den oben beschriebenen Bindungsmodus
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
3 Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthese der Bisphosphonat-Klammer modifiziert so
dass nicht laumlnger das Tetrabutylammonium-Salz aus der Synthese erhalten wird sondern das
Lithium-Salz Dies hat den Vorteil dass das Endprodukt nicht laumlnger mit geringen Mengen
Kieselgel verunreinigt ist Viel wichtiger ist jedoch die Tatsache dass Lithium als Gegenion
im Gegensatz zu Tetrabutylammonium nicht in der Kavitaumlt der Klammer gebunden wird und
so nicht in Konkurrenz zu den Gaumlsten tritt Parallel dazu gelang es erstmals die Pinzette 11
mit Bisphosphonat-Einheiten herzustellen und dadurch wasserloumlslich zu machen Sowohl die
Bisphosphonat-Klammer 24 als auch die Bisphosphonat-Pinzette 11 werden
syntheseoumlkonomisch modular aus der gleichen Spacer-Einheit 14 aufgebaut
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
Abbildung 31 Die in dieser Arbeit synthetisierten Bisphosphonat-Klammern 10 (Gegenion Tetrabutylammonium) und 24 (Gegenion Lithium links) und Bisphosphonat-Pinzette 11 (rechts)
Im Falle der Bisphosphonat-Klammer wurde die bereits bekannte Bindung von NAD+ 52
naumlher untersucht Die Bindung des NAD+ 52 beruht auf Kation-π- und π-π-Wechselwirkungen
in Kombination mit hydrophoben Effekten und elektrostatischen Wechselwirkungen Da
theoretisch zwei Bindungsmoden bei der Bindung von NAD+ 52 moumlglich sind (Abb 32)
wurden in der Mitte durchtrennte NAD+-Fragmente ebenfalls auf ihre Bindungseigenschaften
hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass sowohl Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54
als auch Adenosinmonophosphat (AMP) 56 an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden
Interessanterweise ist die Bindungskonstante von NMN 54 jedoch etwa sechs mal houmlher als
die des AMP 56 Eine genaue Betrachtung des elektrostatischen Oberflaumlchenpotentials von
NAD+ 52 zeigt dass der Nikotinamid-Ring im Vergleich zum Adenin-Ring wesentlich staumlrker
positiv geladen ist Dies erklaumlrt die unterschiedlichen Bindungskonstanten und deutet an dass
die beiden vorgeschlagenen Strukturen im Gleichgewicht vorliegen welches deutlich auf der
Seite der Inklusion des Nikotinamids liegen muss Die Bindung von NAD+ 52 scheint stark
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
3 Zusammenfassung und Ausblick 80
vom pH-Wert abhaumlngig zu sein Die geringen beobachteten ∆δsat-Werte des Komplexes
kehren zu den gewohnten hohen ∆δsat-Werte zuruumlck wenn der Komplex in Puffer betrachtet
wird Die Bindung scheint somit auch vom Protonierungsgrad der Phosphate abhaumlngig zu
sein Die genaueren Zusammenhaumlnge sollen in der Zukunft untersucht werden[94]
Abbildung 32 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Links befindet sich das Nikotinamid in der Kavitaumlt rechts das Adenin
NMR-Messungen bei tiefen Temperaturen sollten mehr Hinweise in Hinblick auf den
Bindungsmodus geben jedoch werden diese Messungen durch die aumluszligerst geringe Loumlslichkeit
erschwert
In Zukunft soll getestet werden ob die Bisphosphonat-Klammer mit einer Erkennungseinheit
fuumlr Ribosen versehen werden kann um so eine selektivere Bindung von NAD+ 52 zu
erreichen[176] Eine weitere interessante Frage ist die ob das elektrochemische Potential von
NAD+ 52 durch Komplexierung an die Bisphosphonat-Klammer 10 geaumlndert werden kann
Das Potential wird vermutlich durch die Komplexierung abgesenkt werden Daran schlieszligt
sich die naumlchste Frage an naumlmlich ob durch Komplexierung des NAD+ das Gleichgewicht
von enzymatischen Reaktionen verschoben werden kann Die Bindungskonstante fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 in der Bisphosphonat-Klammer ist konkurrenzfaumlhig mit der fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 an bestimmte Alkoholdehydrogenasen Manche Dehydrogenasen
binden NAD+ 52 mit einer Bindungskonstante von etwa 103 M-1 waumlhrend NADH meist viel
staumlrker (ca 105 M-1) gebunden wird[177]
3 Zusammenfassung und Ausblick 81
Schlieszliglich koumlnnte man versuchen aus der Bisphosphonat-Klammer einem nichtkovalent
gebundenen Zinkion einem Alkoholat und eingeschlossenem NAD+ 52 ein kuumlnstliches
proteinfreies Enzym zu schaffen
Weiterhin wurde festgestellt dass die basische Aminosaumlure Arginin nicht an die
Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Histidin ist vermutlich fuumlr eine Protonenuumlbertragung auf
die Phosphonate verantwortlich wird aber ebenfalls nicht in der Kavitaumlt gebunden Diese
Erkenntnis ist aumluszligerst wichtig fuumlr zukuumlnftige biologische Experimente mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 Dies bedeutet dass Experimente mit NAD+-abhaumlngigen Proteinen in Gegenwart
der Klammer durchgefuumlhrt werden koumlnnen da nicht zu befuumlrchten ist dass die
Bisphosphonat-Klammer 10 an eine der Aminosaumluren des Proteins bindet und damit ihre
eigene Kavitaumlt blockiert
Die Einlagerung von N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin (A2E) 58 in der Bisphonat-
Klammer 10 eroumlffnet vielleicht eine Moumlglichkeit zur Therapie der altersbedingten
Makuladegeneration (AMD) Fuumlr diese Krankheit die im Wesentlichen von dem in der Retina
gebildeten Naturstoff A2E 58 verursacht wird gibt es bislang keine effektiven Wirkstoffe
Man kann bis heute lediglich den Krankheitsverlauf bremsen Trotz ihrer hohen Ladung
koumlnnte die Bisphosphonat-Klammer also therapeutische Anwendungen finden Dafuumlr spricht
dass bereits eine Zellgaumlngigkeit von anderen hochgeladenen Verbindungen nachgewiesen
wurde[178] Es konnte auszligerdem bereits gezeigt werden dass sich die Bisphosphonat-Klammer
10 in einfache Modellmembranen einlagert In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit
Epithelzellen wurde gezeigt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 die A2E-induzierte
Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das Potential der
Bisphosphonat-Klammer sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist In Zukunft soll die
Bisphosphonat-Klammer mit Resten modifiziert werden welche die Bindung von A2E 58
verbessern sollen wie zB laumlngere Alkylsubstituenten oder auch Dendrimere am
Phosphoratom die Van-der-Waalswechselwirkungen mit den Ketten des A2Es 58 eingehen
koumlnnen
Da bei der naumlheren Untersuchung des Komplexes von NAD+ 52 mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 interessanterweise festgestellt wurde dass sowohl das Adenosin-Nukleosid als
auch das entsprechende -Nukleotid gebunden werden wurde diese Eigenschaft genauer
uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 alle 2rsquo-Deoxy-
3 Zusammenfassung und Ausblick 82
Nukleoside mit hohen Bindungskonstanten bindet (2000 bis 8000 M-1) Die besten
Bindungskonstanten wurden bei der Bindung von 2rsquo-Deoxythymidin 60 und
2rsquo-Deoxyadenosin 55 beobachtet Im Gegensatz dazu wird lediglich das Nukleotid
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 schwach an die Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden
(etwa 1000 M-1) Somit unterscheidet die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen
Nukleosiden und Nukleotiden Die Ursache liegt wahrscheinlich in der Abstoszligung der negativ
geladenen Phosphate der Nukleotide durch die ebenfalls negativ geladenen Phosphonate der
Klammer Eine interessante Frage die in der Zukunft geklaumlrt werden sollte ist die moumlgliche
Erkennung von AMP 56 in biologischer Umgebung mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Wenn dies moumlglich ist koumlnnte es moumlglich sein die Bisphosphonat-Klammer eventuell als
Adenosin-selektiven DNA-Interkalator zu benutzen[179 180]
Da auch Wirkstoffe auf Nukleosidbasis an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden sollte trotz
der relativ geringen Bindungskonstante fuumlr AZT 68 uumlberpruumlft werden ob die Bisphosphonat-
Klammer 10 als Carrier fuumlr Nukleosid-Wirkstoffe benutzt werden kann
Um das Gastprofil der Bisphosphonat-Klammer 10 zu erweitern wurden Thiazioliumsalze
auf ihre Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass Thiamin 75 und
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 mit hohen Bindungskonstanten an die Bisphosphonat-
Klammer 51 binden Die Bisphosphonat-Klammer 10 ist damit der erste in der Literatur
beschriebene kuumlnstliche Rezeptor fuumlr Thiamin 75 Bei der genaueren Untersuchung des
Bindungsmodus deutet vieles auf einen dynamischen Komplex hin Das Molecular
Modelling-Experiment liefert eine Struktur die das zeitliche Mittel eines dynamischen
Prozesses wiederzuspiegeln scheint (Abb 33) Zusaumltzlich zeigt diese statische Struktur
deutliche Uumlbereinstimmungen mit der natuumlrlichen bdquoV-Konformationldquo im Protein Es scheint
so als wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen
so dass immer einer der beiden Aromate eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingeht Isothermale Titrationskalorimetrie-Experimente haben
gezeigt dass die Komplexierung sehr stark enthalpisch getrieben ist Der entropische Beitrag
ist nahezu vernachlaumlssigbar klein Dies koumlnnte auf einen Beitrag von nichtklassischen
hydrophoben Effekten hinweisen
Da TPP 76 im Protein sehr stark (ca 106 M-1) gebunden wird kann die Bisphosphonat-
Klammer 10 hier nicht zur Beeinflussung des enzymatischen Gleichgeweichts genutzt
werden[128] Allerdings koumlnnte im Modellexperiment versucht werden mit Hilfe der
Bisphosphonat-Klammer 10 TPP-vermittelte enzymatischen Reaktionen wie zB
3 Zusammenfassung und Ausblick 83
Umpolungsreaktionen ohne Enzym durchzufuumlhren[181] Die von der Klammer geaumlnderte
Mikroumgebung und das in der Kavitaumlt gebundenen TPP 76 sollten dies ermoumlglichen[182]
Abbildung 33 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte)
Mit der Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11 gelang es erstmals diese in wasserloumlslicher
Form herzustellen (Abb 31) Nur schlanke para-substituierte N-alkylierte Pyridiniumsalze
werden sehr stark in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Wird allerdings das
Substitutionsmuster geaumlndert so wird der Gast sterisch zu anspruchsvoll fuumlr die Kavitaumlt und
die Bindungskonstante wird deutlich kleiner Dies zeigt sich auch bei der Untersuchung von
einfachen Ammoniumsalzen mit unterschiedlichem Substitutionsmuster
Von besonderem Interesse ist das Bindungsverhalten der basischen Aminosaumluren Arginin und
Lysin Sowohl Tosylargininmethylester 84 als auch Acetyllysinmethylester 83 werden mit
hohen Bindungskonstanten in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Das gilt auch noch
fuumlr die gepufferte Loumlsung Eine Untersuchung des Bindungsmodus zeigt dass Wirt und Gast
dabei eine Pseudorotaxan-aumlhnliche Struktur bilden (Abb 34) Dabei fungieren die
Schutzgruppen sowie das Ammoniumkation jeweils als Stopper und tragen so erheblich zur
houmlheren Bindungskonstante bei Eine mikrokalorimetrische Untersuchung zeigte dass genau
wie bei der Bisphosphonat-Klammer 10 der Beitrag der Entropie im Vergleich zum Beitrag
der Enthalpie zur Bindung sehr gering ist Dies spricht ebenfalls fuumlr starke elektrostatische
und dispersive Wechselwirkungen evtl unterstuumltzt vom nichtklassischen hydrophoben
Effekt Die Effektivitaumlt der Bisphosphonat-Pinzette 11 konnte durch Bindungsexperimente
mit verschiedenen Modellpeptiden gezeigt werden Fuumlr alle Modellpeptide wurde eine starke
Bindung in gepufferter waumlssriger Loumlsung gefunden Dabei konnte auch gezeigt werden dass
andere Aminosaumluren als basische nicht von der Bisphosphonat-Pinzette 11 komplexiert
3 Zusammenfassung und Ausblick 84
werden Durch Zugabe von DMSO oder Acetonitril kann die Bindung von Lysin zB wieder
ruumlckgaumlngig gemacht werden Bei der Untersuchung der Modellpeptide gab es auszligerdem
Hinweise auf eine Sequenzspezifizitaumlt in Hinblick auf den Abstand von mehreren Lysin-
Resten Peptide mit zwei Lysin-Resten direkt nebeneinander scheinen sich anders zu
verhalten als Peptide mit zwei Lysin-Resten die durch mehrere Aminosaumluren voneinander
getrennt sind
Abbildung 34 Ergebnis der Monte Carlo-Simulationen des Komplexes von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen)
In Zukunft soll die Bisphosphonat-Pinzette mit einer Erkennungseinheit fuumlr Aspartat versehen
werden um so einen selektiven Rezeptor fuumlr die wichtige Peptidsequenz RGD 86 zu schaffen
Ebenso sollen andere wichtige Modell- und Signalpeptide mit hoher Selektivitaumlt angesteuert
werden so dass neuartige Sensoren oder Wirkstoffe entstehen
4 Experimenteller Teil 85
4 Experimenteller Teil 41 Material und Methoden
Chemikalien
Die eingesetzten Chemikalien wurden bei den Firmen Acros Organics (Geel Belgien)
Aldrich Chemical Co (Taufkirchen) Bachem (Bubendorf Schweiz) Fluka (Taufkirchen)
und Sigma (Taufkirchen) bezogen und falls nicht anders angegeben in der erhaltenen Qualitaumlt
eingesetzt
Loumlsungsmittel
Die verwendeten Loumlsungsmittel wurden vor Gebrauch destilliert und bei Bedarf nach
Standardmethoden absolutiert[183 184] Das benutzte Wasser war entionisiert und wurde im
Bedarfsfall nochmals uumlber eine ELGA Purelab UHQ Anlage entionisiert
Chromatographie
Fuumlr duumlnnschichtchromatographische Analysen kamen mit Kieselgel 60 beschichtete
Aluminiumplatten der Firma Merck (Darmstadt) zum Einsatz
Die Detektion erfolgte mit UV-Licht der Wellenlaumlngen 254 und 366 nm und durch Anfaumlrben
mit dem CAM- und Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz und anschlieszligender Entwicklung im
Heiszligluftstrom
CAM-Reagenz 2 g Cersulfat 50 g Ammoniummolybdat und 50 mL konz Schwefelsaumlure in
400 mL Wasser geloumlst
Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz 10-ige Molybdatophosphorsaumlure-Loumlsung in Ethanol
Die praumlparative Saumlulenchromatographie wurde wenn nicht anders angegeben an Kieselgel 60
der Firma Merck (Darmstadt) durchgefuumlhrt Die Laufmittelgemische und die RF-Werte der
betreffenden Substanzen sind angegeben[185]
NMR-Spektroskopie
Die NMR-Spektren wurden mit folgenden Geraumlten gemessen
Bruker Advance AC-200 (1H und 13C)
Bruker Advance ARX-200 (1H 13C und 31P)
4 Experimenteller Teil 86
Bruker Advance AMX-300 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-400 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-500 (1H und 13C)
Die chemischen Verschiebungen δ beziehen sich in den 1H-Spektren auf das
Restprotonensignal des verwendeten deuterierten Loumlsungsmittels und in den 13C-Spektren auf
das 13C-Signal des Loumlsungsmittels[186 187] Die chemischen Verschiebungen δ sind in parts per
million (ppm) angegeben Die verwendeten Loumlsungsmittel sind bei den jeweiligen Spektren
vermerkt
Die Kopplungskonstanten J sind in Hertz (Hz) angegeben Die Signalmultiplizitaumlten werden
wie folgt abgekuumlrzt s = Singulett d = Dublett dd = Dublett vom Dublett ddd = Dublett vom
Dublett vom Dublett m = Multiplett t = Triplett dt = Dublett vom Triplett q = Quartett br =
breit Zusaumltzlich ist die integrierte Protonenzahl angegeben Die Zuordnung der Signale wird
durch einen kurzen Formelabschnitt gezeigt Alle 13C-NMR-Spektren wurden Breitband-
entkoppelt gemessen
NOESY-Experimente
Eine aumlquimolare Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel wird im Ultraschallbad entgast und anschlieszligend vermessen
Variable Temperatur Experimente
Von einer aumlquimolaren Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel (D2O) wird im Temperaturbereich von 5 degC bis 95 degC in 10 degC Schritten ein 1H-NMR Spektrum aufgenommen Die temperaturabhaumlngige Aumlnderung der chemische
Verschiebung wird anschlieszligend beobachtet wobei aliphatische Protonen die keine
temperaturabhaumlngige Verschiebung zeigen als Referenz dienen
UVVis-Spektroskopie
UVVis-Spektren wurden mit einem Hitachi U-3410 bei 25 degC gemessen
Massenspekroskopie
Die Massenspektren (inkl Hochaufloumlsung) wurden auf einem Finnegan MAT 711 (EI) auf
einem Finnegan MAT95 S (ESI) oder auf einem Applied Biosystems SldquoQstar Pulsar irdquo (ESI)
gemessen Die Messmethode wird in Klammern angegeben Angegeben sind jeweils die
4 Experimenteller Teil 87
mz-Werte der wichtigsten Signale Als Daten sind zusaumltzlich die Summenformel die
berechnete Masse und die gemessene Masse angegeben
Schmelzpunkte
Die Schmelzpunkte wurden mit einer KOFLER-Schmelzpunktmessapparatur Thermoplan der
Firma Reichert gemessen und sind unkorrigiert
Filmwaage-Experimente
Filmwaage-Experimente wurden mit einer Filmwaage NIMA 601BAM durchgefuumlhrt Die
Messung des Oberflaumlchendrucks π als Funktion der Flaumlche A erfolgte mittels eines
WILHELMY-Plaumlttchens[107 188]
Die Messungen wurden bei 25 degC uumlber reinem Wasser (R gt 18 MΩ) oder waumlssrigen
Gastloumlsungen (c = 100 microM) durchgefuumlhrt wobei die Subphase vor jeder Messung auf
fehlende Oberflaumlchenaktivitaumlt uumlberpruumlft wurde Stearinsaumluremonoschichten wurden durch
Aufspreizen von 50 microL einer 35 mM Stearinsaumlure-Loumlsung in Chloroform auf die jeweilige
Subphase erhalten Durch zeitabhaumlngige Messungen der Druck-Flaumlche Diagramme
(Schrankengeschwindigkeit 50 cmsup2min) wurde zunaumlchst der Einfluss der geloumlsten Gaumlste auf
die Stearinsaumluremonoschicht beobachtet Der Rezeptor wurde dann als 35 mM Loumlsung in
Methanol Chloroform = 11 vv bei einem Oberflaumlchendruck von 15 mNm vorsichtig auf
die Oberflaumlche getropft Zeitabhaumlngige π-A-Isothermenzyklen wurden aufgenommen bis
keine Aumlnderung der Effekte mehr beobachtet werden konnten
Molecular Modelling
Kraftfeldrechnungen wurden mit dem Programm MacroModel 71 der Firma Schroedinger
durchgefuumlhrt Verwendet wurden die Kraftfelder Amber und OPLS-AA sowie das
GBSA-Solvatationsmodell fuumlr Wasser[189 190] ndash die verwendeten Kraftfelder sind an der
entsprechenden Struktur vermerkt
Komplex-Strukturen wurden zuerst minimiert und anschlieszligend wurde in einer Monte-Carlo
Simulation die Struktur mit der guumlnstigsten Energie ermittelt Monte-Carlo Simulationen
wurden mit mindestens 3000 Schritte berechnet (Die Anzahl der Schritte ist an der
entsprechenden Struktur vermerkt)
Molekuumlldynamik-Rechnungen wurden anschlieszligend mit der aus der Monte-Carlo Simulation
erhaltenen guumlnstigsten Struktur und dem gleichen Kraftfeld durchgefuumlhrt Die Rechnungen
wurden bei 300 K uumlber einem Zeitraum von 10 ps (wobei jede Picosekunde eine Struktur
4 Experimenteller Teil 88
gespeichert wurde) oder 100 ps (wobei alle 10 ps eine Struktur gespeichert wurde)
durchgefuumlhrt Alle erhaltenen Strukturen wurden uumlbereinander abgebildet wobei die
Wasserstoffatome aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen wurden
Kraftfeldrechnungen mit einer Wasserbox wurden mit dem Programm Sybyl 67 der Firma
Tripos durchgefuumlhrt Berechnungen wurden mit den aus Monte Carlo Simulationen erhaltenen
energieguumlnstigsten Strukturen durchgefuumlhrt Dazu wurden sie aus Marcromodel 72 als PDB-
oder Mol2-Datei exportiert In Sybyl 67 eingeladene Strukturen wurden mit GASTEIGER-
MARSILLI Teilladungen[191] versehen und anschlieszligend wurde eine Wasserbox
(0 Loumlsungsmittelschichten Tripos Radien) berechnet Danach wurde die Struktur so lange mit
dem Tripos Kraftfeld[191] minimiert bis ein Energieminimum gefunden wurde (etwa 10000
Schritte)
Zur grafischen Darstellung der Strukturen wurde das Programm Pymol 097 von DeLano
Scientific LLC verwendet[192]
42 Synthesen 421 Synthese des Spacers 14
Synthese von (1α4α4aβ8aβ)-Tetrahydro-14-methanonaphthalin-58-dion 17
(modifizierte Vorschrift)
O
O1
2
34
65
78
9
4a
8a
Zu einer geruumlhrten auf 0 degC gehaltenen Suspension aus 30 g (028 mol aus Methanol
umkristallisiert) p-Benzochinon 16 in 175 mL Methanol werden mittels eines kuumlhlbaren
Tropftrichters 183 g (028 mol) auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes Cyclopentadien 15
getropft Nach Beendung der Zugabe wird die Reaktionsmischung im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Die Reaktionsmischung wird unter vermindertem Druck auf etwa
40 mL eingeengt Das Produkt kristallisiert dabei in Form gelbgruumlner Nadeln aus
Ausbeute 386 g (022 mol 80 ) gelbgruumlne Nadeln
4 Experimenteller Teil 89
1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 142 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 1 H 9-Hi) 154 (dd 2J(9-Ha 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 321 (d br 3J(1-H 9-Ha) =
17 Hz 2 H 1-H 4-H) 354 (s 2 H 4a-H 8a-H) 606 (s br 2 H 2-H 3-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
Synthese von 14-Dihydro-14-methanonaphthalin-58-dion 18[48 74]
O
O1
2
34
6
79
5
8
Zu einer Loumlsung von 100 g (057 mol) 17 in 600 mL Methanol werden 1 mL Triethylamin
gegeben Dabei wird darauf geachtet dass die Temperatur 25 degC nicht uumlberschreitet Nach
16 h Ruumlhren wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand
mit 200 mL Aceton aufgenommen Das Loumlsungsmittel wird erneut unter vermindertem Druck
entfernt und das Produkt anschlieszligend in 15 L Chloroform geloumlst und nach Zugabe von 63 g
(058) aus Methanol umkristallisiertem p-Benzochinon 16 5 h bei 50 degC geruumlhrt Nach dem
Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung uumlber eine G3-Glasfritte filtriert
Anschlieszligend wird das Filtrat mit 800 mL einer 1-igen waumlssrigen NaOH-Loumlsung und
dreimal mit je 200 mL Wasser gewaschen Nach dem Trocknen uumlber Natriumsulfat wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der erhaltene Ruumlckstand wird
anschlieszligend mit Cyclohexan als Elutionsmittel uumlber ca 30 g Kieselgel filtriert Das Einengen
der orangene Fraktion unter vermindertem Druck ergibt das Produkt als orangen Feststoff
Ausbeute 813 g (047 mol 83 ) orangener Feststoff
RF-Wert 006 in Cyclohexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 226 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 71 Hz 1 H 9-Ha) 232 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 71 Hz 1 H 9-Hi) 409 (t 3J(1-H 2-H) = 2 Hz 2 H 1-H 4-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H) 685 (t 3J(2-H 1-H) = 2 Hz 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 90
Synthese von syn-(1α4α4aβ5α8α9aβ)-144a589a-Hexahydro-1458-
dimethanoanthracen-910-dion 18a[48 74]
O
O1
2
34 5
6
789 8a
10 10a
11 12
Zu einer auf -78 degC gekuumlhlten Loumlsung von 30 g (019 mol) 18 in 200 mL Toluol werden
mittels eines kuumlhlbaren Tropftrichters 15 g auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes
Cyclopentadien 15 zugetropft Die Reaktionsmischung wird im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf 50degC erwaumlrmt und
das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt bis eine Truumlbung erkennbar ist Dann
wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h
auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert getrocknet und
mittels NMR auf das synanti-Verhaumlltnis uumlberpruumlft Der Niederschlag wird anschlieszligend in
Toluol aufgeloumlst und auf 50degC erhitzt Dann wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die
Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Dieser
Vorgang wird so oft wiederholt bis das Verhaumlltnis von synanti besser ist als 201
Ausbeute 162 g (0672 mol 40 ) gelber Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 140 (d br 2J(12-Hi 12-Ha) = 88 Hz 1 H 12-Hi) 148
(d br 2J(12-Ha 12-Hi) = 85 Hz 1 H 12-Ha) 213 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 73 Hz 1 H 11-
Ha) 221 (dt 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 3J(11-Hi 1-H) = 12 Hz 1 H 11-Hi) 323 (dd 3J(8a-
H 8-H) = 24 Hz 2J(8a-H 7-H) = 15 Hz 2 H 8a-H 10a-H) 346 (dd 3J(5-H 6-H) = 20 Hz 3J(5-H 10a-H) = 17 Hz 2 H 5-H 8-H) 396 (ddd 3J(1-H 2-H) = 39 Hz 3J(1-H 11-Ha) =
31 Hz 3J(1-H 11-Hi) = 31 Hz 2 H 1-H 4-H) 577-578 (m 2 H 6-H 7-H) 676-677 (m
2 H 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 91
Synthese von syn-910-Diacetoxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 14[46 47]
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Unter Argon werden 952 g (40 mmol) 19a und 056 g (4 mmol) 4-Dimethylaminopyridin
(DMAP) in 44 mL wasserfreiem Pyridin geloumlst Bei 0 degC werden unter Ruumlhren 24 mL (frisch
destilliertes) Essigsaumlureanhydrid zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und danach 16 h bei 50 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung auf 200 mL einer EisWasser-Mischung
gegeben Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert und viermal mit 25 mL Wasser
gewaschen Danach wird der Feststoff in moumlglichst wenig Chloroform aufgenommen und
uumlber Kieselgel mit Chloroform als Elutionsmittel filtriert Der nach dem Entfernen des
Loumlsungsmittels erhaltene gelbe Feststoff wird aus Ethanol Chloroform = 41 vv
umkristallisiert
Ausbeute 124 g (384 mmol 96 ) farblose Kristalle
RF-Wert 010 in Chloroform 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 71 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha)
226 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 71 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 234 (s 6 H 15-H 16-H) 381 (d 3J(1-H 2-H) = 15 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 675 (d 3J(2-H 1-H) = 15 Hz 4 H 2-H
3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
4 Experimenteller Teil 92
422 Synthese der Modellverbindung
Synthese von syn-910-Dihydroxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 25 (neue Vorschrift)
OH
OH
12
34
4a5 1010a6
78
8a 9 9a
11 12
Zu einer Suspension von 200 mg (54 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 30 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Loumlsung aus 200 mg (061 mmol) 14 in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran zugetropft Danach wird 5 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf 0
degC wird mit 30 mL gesaumlttigter waumlssriger Ammoniumchlorid-Loumlsung hydrolysiert Die
Reaktionsmischung wird mit 2 M waumlssriger Salzsaumlure-Loumlsung auf pH 1 eingestellt und
danach dreimal mit je 100 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen Phasen
werden dreimal mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 143 mg (060 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz DMSO-d6) δ = 196 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 63 Hz 2 H 11-Hi
12-Hi) 203 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 63 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 398 (s br 4 H H-1 H-4
H-5 H-6) 669 (s br 4 H H-2 H-3 H-6 H-7)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 93
Synthese von 1458-Tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonsaumlureester 26[65 75]
O
O
P
P
O
HO
OH
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Zu einer Loumlsung von 100 mg (420 micromol) 25 und 150 mg (113 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 175 microL
(126 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren wird der entstandene Niederschlag
mittels einer Umkehrfritte abfiltriert und mit 3 mL absolutem Tetrahydrofuran gewaschen
Zum Filtrat werden 3 mL 25-ige waumlssrige Salzsaumlure zugesetzt und nach 15 min Ruumlhren
werden 15 mL n-Hexan zugegeben Nach 16 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird der
entstandene Feststoff abfiltriert mit 3 mL 25-iger waumlssriger Salzsaumlure gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 110 mg (212 micromol 50 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) 155 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H) 218
(d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 411 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 680 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 94
Synthese von Bistetrabutylammonium-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-
910-bismethylphosphonat $$026[65 75]
+N4
2
O
O
P
P
O
-O
O-
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
17
18
Zu einer Suspension aus 50 mg (127 micromol) 26 in 10 mL Dichlormethan werden 253 microL (253
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung gegeben Anschlieszligend
wird die Reaktionsmischung 2 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel
unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 111 mg (127 mmol quantitativ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 092 (t 3J(18-H 17-H) = 73 Hz 24 H 18-H) 128-137 (m
16 H 17-H) 134 (d 2J(13-H P) = 159 Hz 6 H 13-H 14-H) 155-170 (m 16 H 16-H)
213 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 220 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) =
73 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 313-320 (m 16 H 15-H) 408 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H)
682 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 95
Synthese von 910-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-(1α4α5α8α)-1458-
tetrahydro-1458-dimethanoanthracen 27
O
O
P
P
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Zu einer Loumlsung aus 200 mg (085 mmol) 25 und 297 mg (227 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 15 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 350 microL
(250 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach 1 h ruumlhren bei 0 degC und anschlieszligend
eine weitere Stunde bei Raumtemperatur werden 10 mL absolutem Methanol zugegeben und
weitere 16 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter
vermindertem Druck entfernt und der erhaltene Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit
Chloroform Aceton = 21 vv gereinigt
Ausbeute 234 mg (056 mmol 65 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 025 in Chloroform Aceton = 21 vv
Schmelzpunkt 139 degC 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 168 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H)
219 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 225 (d 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 375 (d 3J(15-H P) = 113 Hz 6 H 15-H 16-H) 411 (d br 3J(1-H 2-H)
= 17 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 683 (d br 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 4 H 2-H 3-H 6-H
7-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2933 (s) 13C-NMR (503 MHz CDCl3) δ = 108 (d 1J(C P) = 1443 Hz C-13 C-14) 481 (d C-1
C-4 C-5 C-8) 527 (d 2J(C P) = 54 Hz C-15 C-16) 700 (s C-11 C-12) 1362 (d C-4a
C-8a C-9a C-10a) 1423-1428 (m C-2 C-3 C-6 C-7 C-9 C-10)
MS (ESI MeOH) mz 423 [M + H+]+ 445 [M + Na+]+
HR-MS ber fuumlr C20H24O6NaP2 4450946 gef 4450940
4 Experimenteller Teil 96
CHN ber fuumlr C20H24Li2O6P2frac12H2O [] C 5569 H 584 gef [] C 5515 H 555 Der
Wassergehalt kann variieren
Synthese von Bis(lithium)-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonat 28
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Eine Loumlsung aus 500 mg (118 mmol) 27 und 205 mg (236 mmol) trockenem
Lithiumbromid in 10 mL absolutem Acetonitril wird 16 h bei 85 degC geruumlhrt Der entstandene
Niederschlag wird abzentrifugiert dreimal mit 3 mL absolutem Acetonitril gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 mg (086 mmol 73) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (500 MHz Methanol-d4) δ = 127 (d 2J(13-H P) = 165 Hz 6 H 13-H 14-H)
215 (s br 4 H 11-H 12-H) 416 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 678 (s br 4 H 2-H 3-H
6-H 7-H) 31P-NMR (810 MHz Methanol-d4) δ = 253 (s) 13C-NMR (1258 MHz Methanol-d4) δ = 133 (d 1J(C P) = 1383 Hz C-13 C-14)
706 Hz (s C-11 C-12) 1396 (d 2J(C P) = 61 Hz C-9 C-10) 1433 (s C-4a C-8a C-9a
C-10a) 1441 (s C-2 C-3 C-6 C-7)
MS (ESI MeOH) mz 196 [M ndash 2Li+]2- 393 [M ndash 2Li+ + H+]- 399 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C18H18O6LiP2 3990733 gef 3990709
CHN ber fuumlr C18H18Li2O6P22H2O [] C 4889 H 501 gef [] C 4910 H 500
4 Experimenteller Teil 97
423 Synthese der Hydroxyklammer 21
Synthese von 716-Diacetoxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen 12[48 74]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
O
O
21
22
23
24
Eine Mischung aus 20 g (62 mmol) 14 200 g (478 mmol) αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-xylol
20 460 g (326 mmol) wasserfreiem Natriumiodid und 100 g (100 mmol) wasserfreiem
Calciumcarbonat in 150 mL wasserfreiem NN-Dimethylformamid (DMF) wird 30 min unter
Argon bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 5 h bei 55 degC
und 100 mbar (Membranpumpe mit vorgeschalteter KOH-Saumlule) geruumlhrt Danach wird die
noch warme Reaktionsmischung auf 600 g Eis gegossen Zum entstandenen Gemisch wird
gesaumlttigte waumlssrige NaHSO3-Loumlsung gegeben bis die Farbe von braunrot nach gelb umschlaumlgt
Nach Zugabe von 300 mL Wasser und 400 mL Dichlormethan wird das Gemisch kraumlftig
durchmischt und anschlieszligend filtriert Danach wird die waumlssrige Phase dreimal mit je
200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit 200 mL
gesaumlttigter waumlssriger NaHCO3-Loumlsung und viermal mit je 400 mL Wasser gewaschen und
anschlieszligend uumlber Natriumsulfat getrocknet Nach dem Entfernen des Loumlsungsmittels unter
vermindertem Druck wird der verbleibende Feststoff chromatographisch uumlber Kieselgel
gereinigt (Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv)
Ausbeute 22 g (42 mmol 68 ) hellbrauner Feststoff
RF-Wert 027 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 242 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
248 (s 6 H 23-H 24-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 429
(s br 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 723-727 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 752 (s 4 H
5-H 9-H 14-H 18-H) 756-759 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
4 Experimenteller Teil 98
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
Synthese von 716-Dihydroxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacen 21[48 74]
OH
OH
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
Zu einer entgasten Suspension von 200 mg (038 mmol) 12 und 50 microL Phenylhydrazin in 15
mL Ethanol wird unter Argon 500 microL einer 15igen waumlssrigen entgasten Natriumhydroxid-
Loumlsung gegeben Nach 1 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird 10 mL einer 15igen
waumlssrigen HCl-Loumlsung zugegeben Nach Zugabe von 50 mL Eiswasser wird der entstandene
Feststoff abfiltriert mit 10 mL Wasser gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 160 mg (037 mmol 97 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 251 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
256 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 446 (s br 4 H 6-H 8-H 15-H
17-H) 723-729 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 753 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 754-
758 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 99
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10
Synthese von 681517-Tetrahydro-617815-dimethanoheptacen-716-
bismethylphosphonsaumlureester 22[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
HO
O
OH
21
22
Zu einer Loumlsung aus 100 mg (228 micromol) 21 und 80 mg (600 micromol)
Dichlormethylphosphonsaumlure in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 80 microL
(058 micromol) Triethylamin zugetropft Anschlieszligend wird zuerst 1 h bei 0 degC und dann eine
weitere Stunde bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach werden 3 mL 25-ige waumlssrige HCl-
Loumlsung zugegeben Nach 20 min ruumlhren werden 5 mL n-Hexan zugegeben und weitere 16 h
geruumlhrt Die organische Phase wird mit 3 mL 25-iger waumlssriger HCl-Loumlsung gewaschen
und ohne vorheriges Trocknen unter vermindertem Druck bis zum Trockenen eingeengt Das
Rohprodukt wird anschlieszligend saumlulenchromatographisch uumlber Florisil (60-100 mesh) mit
Dichlormethan Methanol = 31 rarr 21 vv gereinigt
Ausbeute 90 mg (150 micromol 66 ) leicht braumlunlicher Feststoff (mit Kieselgel verunreinigt)
RF-Wert 002 in Dichlormethan Methanol = 21 vv 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 148 (d 2J(21-H P) = 166 Hz 6 H 21-H 22-H) 237 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 80 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 263 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 80 Hz 2 H
19-Ha 20-Ha) 465 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 693-697 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H)
721-724 (m 4 H 1-H 4-H 11-H 12-H) 742 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 100
Synthese von Bistetrabutylammonium-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen-716-bismethylphosphonat 10[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
-O
O
O-
21
22
+N4
2
23
24
2526
Eine Suspension aus 518 mg (871 micromol) 22 in 10 mL Dichlormethan werden 135 microL (135
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt Nach 2 h
Ruumlhren bei Raumtemperatur wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und
der Ruumlckstand in Methanol aufgenommen Die Loumlsung wird uumlber einen Membranfilter
(Porengroumlszlige 02 microm) filtriert und unter vermindertem Druck wieder eingeengt Nach
Uumlberpruumlfung der Stoumlchiometrie mittels der Signalintensitaumlten im 1H-NMR wird ndash falls das
Verhaumlltnis Phosphonat Tetrabutylammonium nicht 11 ist ndash entweder mehr 22 oder
Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt und anschlieszligend wieder membranfiltriert
Ausbeute 59 mg (673 micromol quantitativ bezogen auf Tetrabutylammoniumhydroxid)
hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 081 (t 3J(26-H 25-H) = 66 Hz 24 H 26-H) 105-125 (m
32 H 24-H 25-H) 152 (d 2J(21-H P) = 163 Hz 6 H 21-H 22-H) 241 (d br 2J(19-Hi
19-Ha) = 89 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 255-270 (s br 16 H 23-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi)
= 89 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 469 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 726-730 (m 4 H 2-H
3-H 11-H 12-H) 763-766 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 765 (s 4 H 5-H 9-H 14-H
18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 101
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24
Synthese von 716-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-681517-tetrahydro-
617815-dimethanoheptacen 23
O
O
P
P
O
O
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
23
24
Zu einer Loumlsung aus 330 mg (075 mmol) 21 und 264 mg (198 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 33 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 264 microL
(191 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach einigen Sekunden faumlllt ein Niederschlag
aus Die Suspension wird 1 h bei 0 degC und 1 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend
werden 15 mL absolutes Methanol zugegeben und die Loumlsung wird 16 h bei Raumtemperatur
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der
Ruumlckstand saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit Chloroform Aceton = 101 vv als
Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 260 mg (041 mmol 55 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 041 in Chloroform Aceton = 31 vv
Schmelzpunkt 110 degC 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 165 (d 2J(P-CH3) = 173 Hz 6 H P-CH3) 247 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 260-270 (m 2 H 19-Ha 20-Ha) 355 356
(2 d 3J(P-OCH3) = 1123 Hz 6 H P-OCH3) 466 470 (2 s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H)
720-735 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 759 (dd 3J(H-2 H-1) = 95 Hz 4J(H-2 H-4) =
24 Hz 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 762 766 (2 s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
(diastereomere) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2948 (s) 13C-NMR (7547 MHz CDCl3) δ = 113 (d 1J(C P) = 1441 Hz C-21 C-22) 485 (s C-6
C-8 C-15 C17) 531 (d 2J(PC) = 68 Hz) 652 (s C-19 C-20) 1206 (d C-aromatisch)
4 Experimenteller Teil 102
1255 (s C-aromatisch) 1277 1278 (2 d C-aromatisch) 1322 1415 1463 (3 s
C-aromatisch)
MS (ESI MeOH) mz 623 [M + H+]+ 645 [M + Na+]+ 661 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C36H32O6P2 6221674 gef 6221590
Synthese von Bis(lithium)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacenyl-716-
bismethylphosphonat 24
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
Eine Loumlsung aus 20 mg (32 micromol) 23 und 61 mg (71 micromol) wasserfreiem Lithiumbromid in 3
mL 2-Hexanon wird 16 h bei 120 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird der
entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL wasserfreiem Acetonitril
gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 16 mg (26 micromol 81 ) hellbrauner Feststoff
Schmelzpunkt gt 230 degC 1H-NMR (300 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 2J(P-CH3) = 163 Hz 6 H P-CH3) 236 (d 2J(19-Hi 19-Ha) = 76 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 264 (d 2J(19-Ha 19-Hi) = 79 Hz 2 H 19-Ha
20-Ha) 479 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 719 (dd 3J(H-1 H-2) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) =
27 Hz 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 755 (dd 3J(H-2 H-1) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) = 30 Hz
4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 761 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 31P-NMR (81 MHz MeOH-d4) δ = 2604 (s)
13C-NMR (7547 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 1J(PC) = 1379 Hz C-21 C-22) 657 (s
C-19 C-20) 1208 (s C-aromatisch) 1259 (s C-2 C-3 C-11 C-12) 1286 (s
C-aromatisch) 1335 (2 s C-aromatisch) 1421 (s C-aromatisch) 1488 (s C-aromatisch)
C-6 C-8 C-15 C17 erwartet unter dem MeOH-d4-Signal
4 Experimenteller Teil 103
UVVis (H2O) λ = 2186 nm (log ε = 993) MS (ESI MeOH) mz 296 [M ndash 2Li+]2- 593 [M ndash 2Li+ + H+]- 599 [M ndash Li+]- 615 [M ndash
2Li+ + Na+]-
HR-MS ber fuumlr C34H26O6LiP2 5991359 gef 5991330
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29
Synthese von 14-Dimethano-1234-tetrahydronaphthalin-23-dicarbonsaumlureanhydrid
32 (modifizierte Vorschrift)
O
O
O
12
345
6
78
9
Eine Loumlsung von 80 g (069 mol) Inden 31 (techn) 69 g (070 mol) Maleinsaumlureanhydrid 30
und 10 g 14-Hydrochinon in 100 mL 1234-Tetrahydronaphthalin wird unter Argon 35 h
mit einem auf 200 degC vorgeheiztem Oumllbad zum Sieden erhitzt Nach Abkuumlhlen auf 80-90 degC
wird die Reaktionsmischung unter kraumlftigem Ruumlhren in 500 mL 60 degC warmes Toluol
gegossen Der entstandene Niederschlag wird warm abdekantiert und bei Bedarf warm
abfiltriert Die Loumlsung wird 16 h bei -18 degC ruhen gelassen und der entstandenen Feststoff
abfiltriert Falls notwendig wird das Produkt aus Ethylacetat Ether umkristallisiert
Ausbeute 30 g (014 mol 20 ) farblose Kristalle
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 214 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 95 Hz 1 H 9-Ha) 378 (s br 2 H 2-H 3-H) 391 (s 2 H 1-H 4-H) 719-730 (m
4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 104
Synthese von 5-endo6-endo-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 33[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension von 30 g (014 mol) 32 in 400 mL absolutem Methanol werden bei 0 degC
2 mL Acetylchlorid zugegeben Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 20 h bei 40 degC
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und das Produkt
im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 g (013 mol 93 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 174 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 89 Hz 1 H 9-Hi) 188 (dd 2J(9-Ha 9-Hi) = 89 Hz) 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 347 (s 6 H 10-H 11-H) 348
(d 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 2 H 2-H 3-H) 363 (s br 2 H 2-H 3-H) 710-714 (m 2 H 6-H
7-H) 724-728 (m 2 H 5-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-56-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 34[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 35 g (013 mol) 33 in 500 mL absolutem Methanol werden 15 g
(028 mol) Natriummethylat gegeben und anschlieszligend 5 h unter Ruumlckfluss erhitzt Danach
wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck eingeengt Der Ruumlckstand wird mit
500 mL Diethylether aufgenommen und zweimal mit je 150 mL 2 M HCl-Loumlsung zweimal
4 Experimenteller Teil 105
mit je 150 mL gesaumlttigter NaHCO3-Loumlsung und einmal mit 150 mL gesaumlttigter NaCl-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen mit Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 345 g (013 mol quantitativ) brauner Feststoff
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 184 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 196 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 93 Hz 1 H 9-Ha) 285-286 (m 1 H 2-H) 353 (s 3 H 11-H) 361-365 (m 2 H
1-H 2-H) 370 (s br 1 H 4-H) 375 (s 3 H 10-H) 705-714 (m 3 H 5-H 6-H 7-H)
724-726 (m 1 H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(hydroxymethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin
35[73]
OHOH
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension aus 12 g (315 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 800 mL absolutem
Tetrahydrofuran werden bei 0 degC unter Absolutbedingungen 34 g (130 mmol) 34 in 200 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 16 h unter
Ruumlckfluss geruumlhrt Danach werden bei 0 degC 60 mL gesaumlttigte waumlssrige Magnesiumsulfat-
Loumlsung zugetropft Der entstandene Niederschlag wird anschlieszligend abfiltriert und dreimal
mit je 300 mL Diethylether fuumlr 30 min unter Ruumlhren zum Sieden erhitzt Die vereinten
etherischen Phasen werden uumlber Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck
eingeengt
Ausbeute 25 g (122 mmol 94 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 134-142 (m 1 H 3-H) 181 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) =
96 Hz 1 H 9-Hi) 184 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 96 Hz 1 H 9-Ha) 212-220 (m 3 H 2-H
11-H) 268 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H 2-H) = 93 Hz 1 H 10-H) 311 (s 1 H
OH) 331 (s 1 H -OH) 345-351 (m 1 H 4-H) 356 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H
2-H) = 99 Hz 1 H 10-H) 386-391 (m 1 H 1-H) 705-716 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
4 Experimenteller Teil 106
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(chlormethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 36[78]
ClCl
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung von 265 g (390 mmol) Imidazol in 75 mL Acetonitril und 75 mL Pyridin
wird bei 0degC eine Loumlsung aus 610 g (189 mmol) Triphenylphosphindichlorid in 150 mL
Dichlormethan zugetropft Nach 20 min ruumlhren werden bei Raumtemperatur 10 g (49 mmol)
35 zugegeben und anschlieszligend 5 h bei 55degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur
werden 200 mL eines 11 vv Gemisches aus halbkonzentrierter Salzsaumlure und Eis zugegeben
Nach Zugabe von 200 mL Dichlormethan wird die organische Phase abgetrennt und die
waumlssrige Phase dreimal mit je 200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 200 mL 2 M waumlssriger Salzsaumlure Wasser und gesaumlttigter waumlssriger
NaHCO3-Loumlsung gewaschen und uumlber Natriumsulfat getrocknet Danach wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der Ruumlckstand wird in 50 mL Diethylether
suspendiert und 5 min im Ultraschallbad behandelt Danach wird der Niederschlag abfiltriert
und noch zweimal mit Diethylether aufgenommen und im Ultraschallbad behandelt Die
vereinten Etherphasen werden unter vermindertem Druck auf 50 mL eingeengt und
anschlieszligend uumlber 60 g Kieselgel chromatographisch mit Diethylether als Elutionsmittel
gereinigt Einengen der ersten hellgelben Phase unter vermindertem Druck ergibt das
Produkt
Ausbeute 86 g (36 mmol 74) gelbes Oumll
RF-Wert 090 in Diethylether 1H-NMR (200 MHz CDCl3) δ = 136-142 (m 1 H 3-H) 180-197 (m 2 H 9-H)
220-235 (m 1 H 2-H) 266 (t 1 H 10-H) 321-330 (m 2 H 4-H 10-H) 349-352 (m
1 H 11-H) 364-370 (m 2 H 1-H 11-H) 710-731 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 107
Synthese von 23-Bisexomethylen-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 29[53 73]
1
2
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 10 g (42 mmol) $$015 und 24 g (9 mmol) 18-Krone-6 in 100 mL
absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 40 g (710 mmol) gepulvertes Kaliumhydroxid
portionsweise zugegeben Anschlieszligend wird 24 h bei 40 degC geruumlhrt Danach wird die
Reaktionsmischung in 100 mL Eiswasser gegeben Nach Zugabe von 100 mL n-Hexan wird
die organische Phase abgetrennt und die waumlssrige Phase 3 mal mit je 100 mL n-Hexan
extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter
waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die
Loumlsung unter vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der gelbe Ruumlckstand wird mit
50 mL n-Hexan aufgenommen und uumlber Kieselgel mit n-Hexan als Elutionsmittel filtriert
Ausbeute 63 g (37 mmol 90 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 029 in n-Hexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (dd 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Hi 1-H) = 17 Hz
1 H 9-Hi) 211 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 86 Hz 1 H 9-Ha) 383 (s br 2 H 1-H 4-H) 506 (s
br 2 H 10-Hi 11-Hi) 519 (s br 2 H 10-Ha 11-Ha) 705-708 (m 2 H 5-H 8-H) 720-723
(m 2 H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 108
427 Synthese der Hydoxypinzette 38
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α6aα7α9α9aα11α16α17aα18α20α20aα22α)-
566a799a1011161717a182020a2122-hexadecahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 37[53 73]
O
O
O
O
12
34567
6a8910
9a1112
13
1415 16 17
17a18 19 20 2120a
22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 750 mg (233 mmol) 14 150 g (893 mmol) 29 und 300 microL Triethylamin in
15 mL absolutem Toluol und 75 mL absolutem Acetonitril wird in einer Glasampulle dreimal
unter Argon auf -78 degC gekuumlhlt unter Hochvakuum entgast und geschlossen auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und anschlieszligend abgeschmolzen Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Die Ampulle wird 4 Tage bei 170 degC in einem
Roumlhrenofen erhitzt Danach wird die Reaktionsmischung unter vermindertem Druck auf etwa
5 mL eingeengt Der entstandene Feststoff wird abfiltriert und zweimal mit je 5 mL kaltem
Cyclohexan gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 630 mg (094 mmol 41 ) weiszliger Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 155 (d br 2J(24-Hi 24-Ha) = 63 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi)
167 (d br 2J(24-Ha 24-Hi) = 63 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 190-235 (m 16 H 6-H 6a-H
9a-H 10-H 12a-H 17-H 20a-H 21-H 26-H) 229 (s 6 H 28-H 30-H) 285 (s 4 H 7-H
9-H 18-H 20-H) 354 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 680-684 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 709-712 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 109
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 13[53 73]
O
O
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 04 g (06 mmol) 37 und 10 g (44 mmol) 23-Dichlor-56-dicyano-p-
Benzochinon (DDQ) in 15 mL absolutem Toluol werden unter Argon in einem auf 120 degC
vorgeheiztem Oumllbad 2 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf etwa 60 degC werden
03 mL 14-Cyclohexadien zugegeben und 5 min bei 60 degC geruumlhrt Das entstandene DDQH2
wird abfiltriert und zweimal mit 2 mL Methylenchlorid gewaschen Das Filtrat wird unter
vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der Ruumlckstand wird in 3 mL
Methylenchlorid aufgenommen und saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit
Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv als Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 032 g (05 mmol 82 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 038 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-253 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 235 (s 6 H
28-H 30-H) 399 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 406 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H)
668-678 (m 4 H 2-H 3-H 13-H 14-H) 705-710 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 714 (s
4 H 28-H 30-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 110
Synthese von 819-Dihydroxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 38[53 73]
OH
OH
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
Zu einer Suspension aus 100 mg (27 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Suspension aus 210 mg (032 mmol) 13 in 15 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Die Reaktionsmischung wird 5 h unter Ruumlckfluss
geruumlhrt Danach werden unter Argon bei 0 degC 15 mL gesaumlttigte waumlssrige Ammoniumchlorid-
Loumlsung zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung mit 1 M waumlssrigen Salzsaumlure
auf pH 1 eingestellt und dreimal mit 50 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 50 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen mit Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck bis zur Trockene
eingeengt
Ausbeute 180 mg (032 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-244 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 406 (s 4 H
5-H 11-H 16-H 22-H) 417 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 670-678 (m 4 H 2-H 3-H
13-H 14-H) 704-708 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 713 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 111
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11
Synthese von 819-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-
(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-octahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 39
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
P
P
OO
OO
27
28
29
30
Zu einer Loumlsung aus 82 mg (0144 mmol) 38 und 48 mg (036 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC
060 mL (043 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren bei 0 degC und 1 h Ruumlhren bei
Raumtemperatur werden 3 mL absolutes Methanol zugegeben und danach 16 h bei
Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit Chloroform Aceton =
201 vv an Kieselgel gereinigt Eventuell im Produkt verbleibende Reste an
Methylphosphonsaumluredimethylester werden durch Trocknen unter Hochvakuum bei 50 degC
entfernt
Ausbeute 60 mg (0080 mmol 56 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 062 in Chloroform Aceton = 31 vv 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 162 (d 2J(27-H P) = 179 Hz 6 H 27-H 28-H)
230-240 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 252 254 (2 d 3J(29-H P) = 113 Hz 6 H
29-H 30-H) 404 407 (2 d 3J(5-H 26-H) = 70 Hz 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 426 436
(2 d 3J(7-H 25-H) = 43 Hz 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 666-682 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 695-708 (m 4-H 1-H 4-H 12-H 15-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) 2907 (s) 13C-NMR (755 MHz CDCl3) δ = 115 (2 d 1J(C P) = 1481 Hz C-27 C-28) 487 489
(2 d C-7 C-9 C-18 C-20) 512 (s br C-29 C-30) 521 522 (2 s C-5 C-11 C-16 C-22)
4 Experimenteller Teil 112
678 (m C-24 C-25) 689 (m C-23 C-26) 1167 1176 (2 d C-6 C-10 C-17 C-21) 1210
1211 (2 d C-1 C-4 C-12 C-15) 1246 1248 (2 d C-2 C-3 C-13 C-14) 1363 (s C-8
C-19) 1422 1424 (2 d 3J(C P) = 170 Hz C-7a C-8a C-18a C-19a)
MS (ESI MeOH) mz 752 [M + H+]+ 773 [M + Na+]+ 789 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C46H41O6P2 7512373 gef 7512374
Synthese von Bis(Lithium)-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen-819-bismethylphosphonat 11
O
O
P
P
OOLi
OLiO
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
27
28
Eine Loumlsung aus 300 mg (399 micromol) 39 und 10 mg (115 micromol) trockenem Lithiumbromid in
100 mL absolutem Acetonitril wird 16 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird der entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL
absolutem Acetonitril gewaschen und im Hochvakuum getrocknet Sollte die Spaltung der
Methylester noch nicht vollstaumlndig sein wird das Produkt erneut 16 h mit 10 mg (115 micromol)
trockenem Lithiumbromid umgesetzt
Ausbeute 234 mg (319 micromol 80 ) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 130 (d 2J(27-H P) = 162 Hz 6 H 27-H 28-H) 231 (d 2J(24-Ha 24-Hi) = 80 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 233-236 (m 4 H 23-H 26-H) 247 (d 2J(24-Hi 24-Ha) = 76 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi) 416 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 438 (s
4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 629 (s br 2-H 3-H 13-H 14-H) 701-704 (m 4 H 1-H 4-H
12-H 15-H) 729 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H) 31P-NMR (810 MHz D2O) δ = 2599 (s) 13C-NMR (1256 MHz Methanol-d4) δ = 134 (d 1J(C P) = 1384 Hz C-27 C-28) 500 (s
C-7 C-9 C-18 C-20) 524 (s C-5 C-11 C-16 C-22) 689 (s C-24 C-25) 694 (s C-23
4 Experimenteller Teil 113
C-26) 1173 (s C-6 C-10 C-17 C-21) 1220 (s C-1 C-4 C-12 C-15) 1258 (s C-2 C-3
C-13 C-14) 1389 (d 2J(C P) = 81 Hz C-8 C-19) 1428 (s C-7a C-8a C-18a C-19a)
1486 (s C-6a C-9a C-17a C-20a) 1493 (s C-5a C-10a C-16a C-21a) 1520 (s C-4a
C-11a C-15a C-22a)
MS (ESI MeOH) mz 360 [M ndash 2Li+]2- 727 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C44H34O6LiP2 7271985 gef 7271985
43 NMR-Titrationen
431 Durchfuumlhrung
NMR-Titrationen mit gleichbleibender Gast-Konzentration
Zehn NMR-Roumlhrchen werden mit der gleichen Menge einer Loumlsung des Gastes in
deuteriertem Loumlsungsmittel befuumlllt Danach wird die Wirt-Loumlsung (ebenfalls in deuteriertem
Loumlsungsmittel) in Schritten mit steigenden Volumina zu den Roumlhrchen Nr 2-10 zutitriert
Anschlieszligend werden alle Roumlhrchen mit Loumlsungsmittel auf das gleiche Endvolumen
aufgefuumlllt um eventuelle Verduumlnnungseffekte des Gastes auszuschlieszligen Das Roumlhrchen Nr 1
dient als Referenz Die Konzentration des Gastes sollte idealerweise etwa dem Kehrwert der
zu bestimmende Bindungskonstante entsprechen
Zusaumltzlich wurde immer ein Roumlhrchen mit einem 11 Gemisches des Gastes der
Modellverbindung 27 oder 29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel und dem gleichen
Konzentrationsbereich vermessen um eine eventuelle Wechselwirkung ausschlieszligen zu
koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Titration mit gleichbleibender Gast-Konzentration durchgefuumlhrt wurde sind unten
die Konzentrationen der Gast- und der Wirt-Loumlsungs die jeweiligen zutitrierten Volumina
sowie die zusaumltzlich zugegebene Menge Loumlsungsmittel und die beobachteten Signale
aufgelistet Die berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte
bei den beobachtete Signale vermerkt
4 Experimenteller Teil 114
Verduumlnnungstitrationen
Wirt und Gast werden in annaumlhernd 11 Aumlquivalenten in deuteriertem Loumlsungsmittel geloumlst
Von der Loumlsung wird ein NMR-Spektrum aufgenommen Anschlieszligend wird die Loumlsung mit
deuteriertem Loumlsungsmittel mehrmals verduumlnnt Von einer Wirt- sowie einer Gast-Loumlsung mit
gleicher Konzentration wie die Komplex-Loumlsung wird ebenfalls ein NMR-Spektrum
aufgenommen und auf Shifts der Signale auf Grund der Verduumlnnung uumlberpruumlft Es koumlnnen nur
Signale ausgewertet werden die keinen Shift bei der Verduumlnnung zeigen Auch im Falle einer
Verduumlnnungstitration wird eine 11 Mischung vom Gast und der Modellverbindung 27 oder
29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel vermessen um eine eventuelle
Wechselwirkung ausschlieszligen zu koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Verduumlnnungstitration durchgefuumlhrt wurde sind unten die Einwaagen des Gastes
und Wirtes aufgefuumlhrt die Verduumlnnungsschritte der Stammloumlsung (Probe Nr 1) mit der
Menge Loumlsungsmittel mit der verduumlnnt wurde sowie die beobachteten Signale Die
berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte bei den
beobachteten Signale vermerkt
JOB-Plots
Der Molenbruch des Gastes wurde aus den Konzentrationen der entsprechenden
NMR-Titration berechnet und aufgetragen gegen den Molenbruch des Gastes multipliziert mit
∆δ[79 193 194]
4 Experimenteller Teil 115
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxythymidin 60
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0370 mg (1526 micromol) 2rsquo-Deoxythymidin 60 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 500 30510-3 13810-3 76106 62600 18545 76747 73326 1 25 500 15310-4 69010-5 75398 62401 18213 76592 73011 2 50 500 30510-4 13810-4 74923 62246 17929 76503 73000 3 75 500 45810-4 20710-4 74735 62180 17860 76481 72867 4 125 500 76310-4 34510-4 74448 62069 17672 76426 72801 5 250 500 15310-3 69010-4 74072 61914 17451 76339 72679 6 500 500 30510-3 13810-3 73751 61760 17263 76194 72525
∆δsat (ppm) 06184 plusmn 2
02379 plusmn 2
03495 plusmn 3
00617 plusmn 5
00869 plusmn 5
Ka (molL) 2701 plusmn 6
1707 plusmn 7
2184 plusmn 10
2162 plusmn 16
3064 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 116
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminhydrochlorid 75
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 10 und
0078 mg (0818 micromol) Thiaminhydrochlorid 75 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 500 28310-3 13810-3 55294 76747 73326 1 25 500 14210-4 69010-5 52255 76161 72602 2 50 500 28310-4 13810-4 51768 75995 72536 3 75 500 42510-4 20710-4 51746 75973 72414 4 125 500 70810-4 34510-4 51326 75884 72381 5 250 500 14210-3 69010-4 51127 75796 72326 6 500 500 28310-3 13810-3 51039 75741 72292
∆δsat (ppm) 08954 plusmn 2
01048 plusmn 2
01063 plusmn 2
Ka (molL) 23100 plusmn 12
12120 plusmn 9
20470 plusmn 13
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
He
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030 00035
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 117
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
Hc
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
OH
4 Experimenteller Teil 118
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NADP 57
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
1061 mg (1427 micromol) NADP 57 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 600 23810-3 11510-3 94309 92695 82991 76957 76747 733261 30 600 11910-4 57610-5 93447 88223 81535 76741 75990 726532 60 600 23810-4 11510-4 93330 87818 81071 76323 75154 718953 90 600 35710-4 17310-4 93252 87635 80875 76140 74867 715364 150 600 59510-4 28810-4 93238 87511 80653 75801 74129 707725 300 600 11910-4 57610-4 - - - 75311 73255 698576 600 600 23810-3 11510-3 93193 87347 80470 74665 72811 69460
∆δsat (ppm) 02375 plusmn 1
1120 plusmn 0
05602 plusmn 2
04002 plusmn 7
05461plusmn 5
05575plusmn 7
Ka (molL) 41840 plusmn 12
66450 plusmn 2
14750 plusmn 12
769 plusmn 13
1893 plusmn 14
1669 plusmn 16
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OOH
OPOO-
O
P O-HOO
PO
OOHO
N+
NH2
O
Ha
Hb
Hc
OHOH
4 Experimenteller Teil 119
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyguanosin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0416 mg (1459 micromol) 2rsquo-Deoxyguanosin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 24310-3 - 80212 63408 1 30 600 12210-4 57710-5 79910 63203 2 60 600 24310-4 11510-4 79848 63070 3 90 600 36510-4 17310-4 79650 63012 4 150 600 60810-4 28910-4 79511 62896 5 300 600 12210-3 57710-4 79303 62717 6 600 600 24310-3 11210-3 79124 62532
∆δsat (ppm) 03033 plusmn 5
02480 plusmn 4
Ka (molL) 2000 plusmn 13
1718 plusmn 9
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hc
HeHd
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
4 Experimenteller Teil 120
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyadenosin 55
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0239 mg (0922 micromol) 2rsquo-Deoxyadenosin 55 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 500 18410-3 13810-3 82903 82096 64556 76957 76747 733261 25 500 92210-5 69010-5 81599 81355 64059 76514 76238 727012 50 500 18410-4 13810-4 80980 80980 63826 76426 76117 725253 75 500 27710-4 20710-4 80836 80692 63694 76393 76072 724364 125 500 46110-4 34510-4 80615 80261 63517 76316 76017 722925 250 500 92210-4 69010-4 80316 79709 63275 76205 75818 720946 500 500 18410-3 13810-3 80051 79289 62997 76050 75663 72884
∆δsat (ppm) 05955 plusmn 1
03318 plusmn 2
02660 plusmn 3
01308 plusmn 6
01602plusmn 6
01662plusmn 4
Ka (molL) 5771 plusmn 3
6068 plusmn 6
4115 plusmn 8
10300 plusmn 25
9076 plusmn 25
7710 plusmn 14
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
NH
N
N
O
NH2N
O
OH Hb
HO
Ha
4 Experimenteller Teil 121
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OH Hc
HO
Ha
Hb
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
HfHe
4 Experimenteller Teil 122
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminpyrophosphat 76
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0378 mg (0820 micromol) Thiaminpyrophosphat 76 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 13810-3 11510-3 55147 76747 1 30 600 13810-3 55810-5 53874 76293 2 60 600 13810-3 11510-4 53727 76101 3 90 600 13810-3 17310-4 53539 - 4 150 600 13810-3 22910-4 53329 76037 5 300 600 13810-3 65810-4 53031 75963 6 600 600 13810-3 11510-3 52765 75940
∆δsat (ppm) 03144 plusmn 5
01308 plusmn 6
Ka (molL) 17850 plusmn 22
10300 plusmn 25
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
O PO
O
PHO
OH
O
HO
4 Experimenteller Teil 123
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyuridin 61
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0220 mg (0965 micromol) 2rsquo-Deoxyuridin 61 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 16110-3 - 62339 58324 1 30 600 80510-5 57710-5 - 56402 2 60 600 16110-4 11510-4 62005 55505 3 90 600 24110-4 17310-4 61877 54730 4 300 600 80410-4 57710-4 61446 51885 5 600 600 16110-3 11210-3 61286 51079
∆δsat (ppm) 1465 plusmn 5
02384 plusmn 6
Ka (molL) 3012 plusmn 12
1922 plusmn 16
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
4 Experimenteller Teil 124
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxycytidin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0194 mg (0793 micromol) 2rsquo-Deoxycitidin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 13210-3 - 78492 63008 60741 1 30 600 66110-5 57710-5 77209 62665 58807 2 60 600 13210-4 11510-4 - 62481 57873 3 90 600 19810-4 17310-4 76527 62381 57319 4 250 600 33010-4 28910-4 76096 62239 56595 5 300 600 66110-4 57710-4 75615 62074 55775 6 600 600 13210-3 11510-3 75244 61945 55133
∆δsat (ppm) 04738 plusmn 2
01646 plusmn 1
08499 plusmn 1
Ka (molL) 8545 plusmn 8
6332 plusmn 4
7197 plusmn 3
NH
O
ON
O
OH Hb
HOHa
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 125
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit A2E 58
Stammloumlsung 0564 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0350 micromol A2E 58 in 1000 microL Methanol-d4 D2O = 31 vv
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 1000 35010-4 - 865231 100 1000 35010-5 52410-5 856892 150 1000 62910-5 94410-5 850983 250 1000 87410-5 13110-4 848644 500 1000 17510-4 26210-4 835135 1000 1000 35010-4 52410-4 82533
∆δsat (ppm) 09207 plusmn 10
Ka (molL) 2125 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
N
NH2
O
Ha
Hc
4 Experimenteller Teil 126
Titration von Wirt 10 mit Folsaumlure 72
Wirtloumlsung 0768 mg (071410-6 mol) Wirt 10 in 400 microL D2O
Gastloumlsung 0457 mg (103610-6 mol) Folsaumlure 72 in 4200 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 600 0 800 18510-4 0 878401 600 10 800 18510-4 22310-5 871542 600 20 800 18510-4 44610-5 865753 600 40 800 18510-4 89210-5 855644 600 60 800 18510-4 13410-4 845225 600 80 800 18510-4 17810-4 838046 600 170 800 18510-4 37910-4 82195
∆δsat (ppm) 06875 plusmn 2
Ka (molL) 20230 plusmn 12
C(Gast) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
N+
Ha
HO
4 Experimenteller Teil 127
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit FAD 71
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0587 mg (0678 micromol) FAD 71 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 96810-4 10210-3 78393 76957 73326 1 35 700 48410-5 50910-5 78303 76711 72957 2 70 700 96810-5 10210-4 78202 76663 72885 3 105 700 14510-4 15310-4 78184 76645 72879 4 175 700 24210-4 25210-4 78045 76548 72758 5 700 700 96810-4 10210-3 77604 76271 72269
∆δsat (ppm) 02112 plusmn 8
01048 plusmn 11
01672 plusmn 15
Ka (molL) 908 plusmn 14
5378 plusmn 30
4435 plusmn 38
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
Ha
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 128
C(Klammer) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa - berechnet
P
O
O
PO
LiO
O
OLi
Hb
Hc
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
Ha
4 Experimenteller Teil 129
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit AMP $G026
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) AMP $G026 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 14410-3 - 823171 25 500 71810-5 71310-5 821842 50 500 14410-4 14310-4 820963 75 500 21510-4 21410-4 820524 100 500 28710-4 28510-4 819195 125 500 35910-4 35610-4 818756 250 500 71810-4 71310-4 816157 500 500 14410-3 14310-4 81477
∆δsat (ppm) 01881 plusmn 10
Ka (molL) 1126 plusmn 19
N
NN
N
NH2
O
OH
OPNaOONa
OHa
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb - berechnet∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 130
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 384721 30 600 60210-5 59410-5 363392 60 600 12010-4 11910-4 352453 90 600 18010-4 17810-4 348364 300 600 60210-4 59410-4 324935 600 600 12010-3 11910-3 32548
∆δsat (ppm) 08087 plusmn 7
Ka (molL) 7940 plusmn 22
N+
NCHa
3
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 131
Titration von Wirt 10 mit N-Methylthiazoliumiodid 74
Wirtloumlsung 1535 mg (142510-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0524 mg (230710-6 mol) N-Methylthiazoliumiodid 74 in 250 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 25 0 700 33010-4 0 429601 25 10 700 33010-4 31310-5 425562 25 20 700 33010-4 62710-5 421283 25 30 700 33010-4 94010-5 416674 25 40 700 33010-4 12510-4 413025 25 50 700 33010-4 15710-4 407526 25 60 700 33010-4 18810-4 403817 25 80 700 33010-4 25110-4 392228 25 120 700 33010-4 37610-4 383269 25 200 700 33010-4 62710-4 35176
∆δsat (ppm) 1758 plusmn 17
Ka (molL) 1267 plusmn 29
N+
S
Ha3C
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 132
N+
O
OHOH He
OP-OOH
O
NH2
O
Ha
Hc
Hd
Hb
Titration von Wirt 10 mit NMN 54
Wirtloumlsung 1512 mg (140410-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0314 mg (093910-6 mol) NMN 54 in 1000 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 700 13410-4 0 95766 93565 90371 83429 62418 1 100 10 700 13410-4 30910-5 95714 93330 89823 82782 62242 2 100 20 700 13410-4 61710-5 95492 93082 89372 82266 62151 3 100 30 700 13410-4 92610-5 95407 92951 89130 82012 62092 4 100 40 700 13410-4 12310-4 95341 92860 88948 81783 62046 5 100 50 700 13410-4 15410-4 95165 92677 88654 81424 62001 6 100 80 700 13410-4 24710-4 95034 92455 88157 80856 61916 7 100 120 700 13410-4 37010-4 94754 92128 87504 80203 61756 8 100 200 700 13410-4 61710-4 94525 91743 86884 - 61648
∆δsat (ppm) 01970 plusmn 10
02494 plusmn 6
04572 plusmn 6
04442 plusmn 10
00890 plusmn 9
Ka (molL) 3277 plusmn 22
4882 plusmn 16
5912 plusmn 17
9043 plusmn 29
10690 plusmn 33
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 133
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Koffein 70
Stammloumlsung 0390 mg (0362 micromol) Wirt 10 und
0143 mg (0736 micromol) Koffein 70 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 39895 35712 33889 1 35 700 52610-5 25710-5 35940 34134 33231 2 70 700 10510-4 51710-5 35160 33783 33073 3 105 700 15810-4 77110-5 34730 33608 32994 4 140 700 21010-4 10310-4 34415 33468 32924 5 175 700 26310-4 12910-4 34309 33415 32898 6 350 700 52610-4 25710-4 33573 33029 32661 7 700 700 10510-3 51710-4 33590 33038 32670
∆δsat (ppm) 1364 plusmn 2
05839 plusmn 2
02717 plusmn 3
Ka (molL) 36800 plusmn 9
29730 plusmn 11
21490 plusmn 15
N
N N
N
O CHa3
Hb3C
OCHc
3
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 134
Verduumlnnungstitration von Wirt 24 mit AZT 68
Stammloumlsung 0433 mg (0714 micromol) Wirt 24 und
0190 mg (0717 micromol) AZT 68 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 76200 61936 16839 1 30 600 59810-5 59510-5 75022 61461 18059 2 60 600 12010-4 11910-4 74050 61096 17650 3 90 600 17910-4 17910-5 73011 60688 17219 4 120 600 23910-4 23810-4 72259 60389 16865 5 150 600 29810-4 29810-4 71696 60179 16622 6 300 600 59810-4 59510-4 68269 58752 14842 7 600 600 12010-3 11910-3 62464 57659 13759
∆δsat (ppm) 3116 plusmn 6
1245 plusmn 8
1400 plusmn 11
Ka (molL) 707 plusmn 11
696 plusmn 14
730 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
N3Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 135
Titration von Wirt 24 mit 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69
Wirtloumlsung 1593 mg (262910-6 mol) Wirt 24 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0435 mg (194410-6 mol) 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 in 750 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δf (ppm)
0 75 0 600 32410-4 0 76417 69692 64877 59824 18810 1 75 10 600 32410-4 67410-5 76312 69632 64790 59765 18719 2 75 20 600 32410-4 13510-4 76110 69536 64758 59693 18545 3 75 30 600 32410-4 20210-4 75973 69454 64699 59623 18426 4 75 40 600 32410-4 27010-4 75798 99376 64634 59559 18274 5 75 50 600 32410-4 33710-4 75611 99280 64538 59453 18114 6 75 60 600 32410-4 40410-4 75450 69211 64492 59389 17977 7 75 80 600 32410-4 53910-4 75133 69078 64383 59275 17720 8 75 120 600 32410-4 80910-4 74589 68799 64140 59000 - 9 75 200 600 32410-4 13510-3 73618 68350 63764 58565 16415
∆δsat (ppm) 1645 plusmn 17
06014 plusmn 9
06108 plusmn 18
08318 plusmn 19
1399 plusmn 20
Ka (molL) 160 plusmn 20
226 plusmn 12
174 plusmn 21
138 plusmn 23
160 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
Hb
HON
NH
O
O
He3C
Ha
HcHd
4 Experimenteller Teil 136
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylpyraziniumiodid 50
Stammloumlsung 0713 mg (0971 micromol) Wirt 11 und
0234 mg (1052 micromol) N-Methylpyraziniumiodid 50 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 17510-3 - 44827 93911 1 60 600 17510-4 16210-4 39025 - 2 90 600 26310-4 24310-4 37953 84130 3 120 600 35010-4 32410-4 37246 83400 4 300 600 87510-4 80910-4 36494 82295 5 600 600 17510-3 16310-3 34936 80029
∆δsat (ppm) 1270 plusmn 5
1737 plusmn 6
Ka (molL) 11070 plusmn 22
12930 plusmn 34
N+
N
CHa3
I-Hb
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 137
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Benzylaminhydrochlorid 77
Stammloumlsung 0531 mg (0640 micromol) Wirt 11 und
0083 mg (0640 micromol) Benzylaminhydrochlorid 77 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 12810-3 - 416111 25 500 64010-5 64010-5 414122 50 500 12810-4 12810-4 414013 75 500 19210-4 19210-4 413024 100 500 25610-4 25610-4 412245 125 500 32010-4 32010-4 411696 250 500 64010-4 64010-4 405397 500 500 12810-3 12810-3 39898
∆δsat (ppm) 1510 plusmn 38
Ka (molL) 115 plusmn 45
Ha2C
NH3Cl
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 138
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 11 und
0078 mg (0818 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29908 17049 10022 1 35 700 58410-5 58410-5 28628 15761 09136 2 70 700 11710-4 11710-4 27646 14771 08444 3 105 700 17510-4 17510-4 26725 13878 07803 4 140 700 23410-4 23410-4 25989 - 07295 5 350 700 58410-4 58410-4 22508 09566 04857 6 700 700 11710-3 11710-3 19649 06734 02814
∆δsat (ppm) 2651 plusmn 2
2642 plusmn 3
1884 plusmn 2
Ka (molL) 891 plusmn 4
912 plusmn 6
867 plusmn 22
C(Wirt) [molL]00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
018
020
δ∆aδ∆a (berechnet)
Hc3C
Hb2
CCHa
2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 139
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0539 mg (0734 micromol) Wirt 11 und
0070 mg (0734 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 28821 10199 1 35 700 52610-5 52610-5 25940 08779 2 70 700 10510-4 10510-4 24066 07771 3 105 700 15810-4 15810-4 22215 06787 4 140 700 21010-4 21010-4 20947 06104 5 175 700 26310-4 26310-4 19788 05481
∆δsat (ppm) 3451 plusmn 6
2006 plusmn 5
Ka (molL) 1826 plusmn 8
1534 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
Hb3C C
Ha2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 140
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Adrenalinhydrochlorid 79
Stammloumlsung 0689 mg (0938 micromol) Wirt 11 und
0206 mg (0938 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 79 in 750 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (mol_)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 750 12510-3 - 33029 27961 1 375 750 62510-5 62510-5 32538 27462 2 75 750 12510-4 12510-4 32126 27041 3 1125 750 18810-4 18810-4 31767 26611 4 150 750 25010-4 25010-4 31451 26260 5 1875 750 31310-4 31310-4 31074 25875 6 375 750 62510-4 62510-4 29417 24305 7 750 750 11710-3 11710-3 27628 22472
∆δsat (ppm) 2149 plusmn 8
2017 plusmn 4
Ka (moll) 364 plusmn 11
416 plusmn 6
OH
OHOH
Ha2CNH2Cl
Hb3C
C(Wirt) [molL]
000000 000005 000010 000015 000020 000025 000030
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
10
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 141
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Propanololhydrochlorid 82
Stammloumlsung 0633 mg (0862 micromol) Wirt 11 und
0255 mg (0862 micromol) Propanololhydrochlorid 82 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12310-3 - 137191 60 600 12310-4 12310-4 129682 90 600 18510-4 18510-4 127693 120 600 24610-4 24610-4 125924 150 600 30810-4 30810-4 124265 600 600 12310-3 12310-3 11133
∆δsat (ppm) 05482 plusmn 3
Ka (molL) 1361 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
HO
ClH2N
Ha3C CHa
3
4 Experimenteller Teil 142
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Noradrenalinhydrochlorid 80
Stammloumlsung 0612 mg (0833 micromol) Wirt 11 und
0171 mg (0833 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 80 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 320841 70 700 11910-5 11910-5 319182 105 700 17910-4 17910-4 317973 140 700 23810-4 23810-4 317414 175 700 29810-4 29810-4 316645 350 700 59510-4 59510-4 312256 700 700 11910-4 11910-4 30692
∆δsat (ppm) 09012 plusmn 17
Ka (molL) 184 plusmn 22
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
OH
OHOH
Ha2CNH3Cl
4 Experimenteller Teil 143
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Dopaminhydrochlorid 81
Stammloumlsung 0603 mg (0821 micromol) Wirt 11 und
0156 mg (0821 micromol) Dopaminhydrochlorid 81 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29058 32562 68726 1 35 700 58610-5 58410-5 28010 31257 68433 2 70 700 11710-4 11710-4 27051 29988 68217 3 105 700 17610-4 17510-4 26308 29169 68012 4 140 700 23510-4 23410-4 25618 28262 67897 5 175 700 29310-4 29310-4 25109 27484 67655 6 350 700 58610-4 58410-4 22161 - 66889 7 700 700 11710-3 11710-3 20464 21757 66503
∆δsat (ppm) 2169 plusmn 9
2670 plusmn 2
05658 plusmn 12
Ka (molL) 989 plusmn 16
975 plusmn 3
988 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δa∆δa (berechnet)
CHb2
OHOH
Ha2CNH3Cl
Hc
4 Experimenteller Teil 144
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylnicotinamidiodid 51
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0231 mg (0875 micromol) N-Methylnicotinamidiodid 51 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 92629 89567 88860 81565 44540 1 70 700 12510-4 12510-4 90363 88119 86638 80140 41545 2 105 700 18810-4 18810-4 89435 87799 85456 79598 40550 3 140 700 25010-4 25010-4 88749 87589 84450 79200 39721 4 175 700 31310-4 31310-4 88208 87412 83809 78891 39069 5 350 700 62510-4 62510-4 85378 86495 79996 77332 35124 6 700 700 12510-3 12510-3 84063 86163 78261 76658 33278
∆δsat (ppm) 1870 plusmn 9
05524 plusmn 5
2657 plusmn 13
1001 plusmn 8
2576 plusmn 10
Ka (molL) 1364 plusmn 18
3685 plusmn 15
969 plusmn 5
1667 plusmn 18
1195 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N+
NH2
O
CHe3
Ha
Hb
Hd
HcI-
4 Experimenteller Teil 145
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1940 mg (264210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0632 mg (166710-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
700 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 70 0 600 23810-4 0 39983 18159 16721 1 70 10 600 23810-4 58110-5 39228 16510 13134 2 70 20 600 23810-4 11610-4 38290 14500 13177 3 70 30 600 23810-4 17410-4 37685 13099 13099 4 70 40 600 23810-4 23210-4 36738 11170 09724 5 70 60 600 23810-4 34810-4 35484 08549 07000 6 70 80 600 23810-4 46510-4 34871 07216 05734 7 70 120 600 23810-4 69710-4 34485 06024 04638 8 70 180 600 23810-4 10510-3 34257 05366 04042
∆δsat (ppm) 06808 plusmn 7
1547 plusmn 6
1472 plusmn 5
Ka (molL) 7988 plusmn 29
6778 plusmn 23
8762 plusmn 24
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 146
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1074 mg (146310-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0379 mg (100010-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
400 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 16710-4 0 39943 18119 16900 1 40 10 600 16710-4 37510-5 39251 16726 15453 2 40 20 600 16710-4 75010-5 38797 15819 14362 3 40 30 600 16710-4 11310-4 38087 14060 13093 4 40 40 600 16710-4 15010-4 37629 13121 11641 5 40 50 600 16710-4 18810-4 37011 11953 10363 6 40 60 600 16710-4 22510-4 36516 10913 09332 7 40 160 600 16710-4 30010-4 36086 09144 07958
∆δsat (ppm) 1002 plusmn 25
4093 plusmn 26
3292 plusmn 27
Ka (molL) 2811 plusmn 44
1077 plusmn 36
1519 plusmn 40
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 147
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1084 mg (147710-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0419 mg (104810-6 mol) RGD 86 in 400 microL D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 17510-4 0 32772 19855 17361 1 40 10 600 17510-4 37910-5 31561 19719 16872 2 40 20 600 17510-4 75710-5 30376 19236 16124 3 40 30 600 17510-4 11410-4 29229 19056 15528 4 40 40 600 17510-4 15210-4 28204 18734 15010 5 40 50 600 17510-4 18910-4 27083 18547 14488 6 40 60 600 17510-4 22710-4 - 18289 14017 7 40 80 600 17510-4 30310-4 - 17793 13077 8 40 120 600 17510-4 45410-4 21092 17071 11357 9 40 180 600 17510-4 68210-3 - 16330 07692
∆δsat (ppm) 4578 plusmn 3
08838 plusmn 11
2022 plusmn 6
Ka (molL) 836 plusmn 4
1109 plusmn 17
1012 plusmn 9
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 148
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1006 mg (137010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0400 mg (100010-6 mol) RGD 86 in 1000 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 16710-4 0 32682 19320 17291 1 100 10 600 16710-4 35110-5 31562 19134 16600 2 100 20 600 16710-4 70310-5 30608 18904 16113 3 100 30 600 16710-4 10510-4 29693 18680 15595 4 100 40 600 16710-4 14110-4 28637 18430 15000 5 100 50 600 16710-4 17610-4 27773 18206 14648 6 100 60 600 16710-4 21110-4 27037 17969 14091 7 100 80 600 16710-4 28110-4 - 17566 13394 8 100 120 600 16710-4 42210-4 - 16894 11736 9 100 200 600 16710-4 70310-3 - 15979 10034
∆δsat (ppm) 3413 plusmn 22
09234 plusmn 10
1502 plusmn 5
Ka (molL) 1092 plusmn 28
901 plusmn 15
1532 plusmn 5
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 149
Titration von Wirt 11 mit (S)-Glycinyl-(S)-argininyl-(S)-glycinyl-(S)-glycin (GRGG) 87
Wirtloumlsung 1135 mg (154610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0673 mg (117510-6 mol) GRGG2TFA 87 in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 19610-4 0 32543 19241 18525 1 100 10 600 19610-4 39610-5 30751 18770 17914 2 100 20 600 19610-4 79310-5 28394 18150 17279 3 100 30 600 19610-4 11910-4 26627 17663 16724 4 100 40 600 19610-4 15910-4 24618 17121 16101 5 100 50 600 19610-4 19810-4 - 16590 15521 6 100 60 600 19610-4 23810-4 21114 16187 15015 7 100 80 600 19610-4 31710-4 18265 15377 - 8 100 120 600 19610-4 47610-4 - - 12746 9 100 180 600 19610-4 71310-3 - 11964 10569
∆δsat (ppm) 7461 plusmn 15
2213 plusmn 4
2058 plusmn 7
Ka (molL) 857 plusmn 20
755 plusmn 5
972 plusmn 10
HN
NH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 150
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-alaninyl-(S)-alanin (KAA) 88
Wirtloumlsung 0878 mg (119610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0406 mg (100010-6 mol) KAACH3COOH 88 in 200 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (KAA 71)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 20 0 600 16410-4 0 39096 18894 1 20 10 600 16410-4 36910-5 38994 18557 2 20 20 600 16410-4 79310-5 38924 18302 3 20 30 600 16410-4 11910-4 38841 18112 4 20 40 600 16410-4 15910-4 38765 17807 5 20 50 600 16410-4 19810-4 38702 17622 6 20 60 600 16410-4 23810-4 38619 17298 7 20 80 600 16410-4 31710-4 38466 16910 8 20 120 600 16410-4 47610-4 38282 16166 9 20 200 600 16410-4 71310-3 37913 -
∆δsat (ppm) 02920 plusmn 6
1030 plusmn 14
Ka (molL) 1242 plusmn 9
1116 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hb2C
NH2
HN
OOH
OHa
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 151
Titration von Wirt 11 mit tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
Wirtloumlsung 1022 mg (139210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0295 mg (109410-6 mol) tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
in 500 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δb (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 600 18210-4 0 70658 31722 30421 1 100 10 600 18210-4 35710-5 69926 31545 30376 2 100 20 600 18210-4 71410-5 69124 31406 30238 3 100 30 600 18210-4 10710-4 - 31254 30054 4 100 40 600 18210-4 14310-4 67555 31128 29909 5 100 50 600 18210-4 17910-4 66920 30995 29764 6 100 60 600 18210-4 21410-4 66162 30837 29606 7 100 80 600 18210-4 28610-4 65057 30604 29366 8 100 120 600 18210-4 42810-4 62708 30124 28905 9 100 180 600 18210-4 71410-4 68932 29461 28299
∆δsat (ppm) 3764 plusmn 4
06543 plusmn 5
07925 plusmn 24
Ka (molL) 688 plusmn 5
817 plusmn 7
565 plusmn 33
C(Wirt) [moll]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa - gemessen∆δa - berechnet∆δb - gemessen∆δb - berechnet
HN
O
OO
O
NH
N
Ha
HbHc
4 Experimenteller Teil 152
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0208 mg (0875 micromol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 700 microL
D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 442851 35 700 62510-5 62510-5 427622 70 700 12510-4 12510-4 422663 105 700 18810-4 18810-4 419304 140 700 25010-4 25010-4 419115 175 700 31310-4 31310-4 418306 350 700 62510-4 62510-4 416807 700 700 12510-3 12510-3 41244
∆δsat (ppm) 03580plusmn 4
Ka (molL) 23010 plusmn 18
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
4 Experimenteller Teil 153
Titration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Wirtloumlsung 1130 mg (154010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0239 mg (100110-6 mol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 500
microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 50 0 600 16710-4 0 44199 19278 18000 1 50 10 600 16710-4 34210-5 43837 18238 16960 2 50 20 600 16710-4 68410-5 43250 16714 15572 3 50 30 600 16710-4 10310-4 42994 15865 - 4 50 40 600 16710-4 13710-4 42627 - - 5 50 60 600 16710-4 20510-4 41981 12892 11921 6 50 80 600 16710-4 27410-4 - 11774 10718 7 50 120 600 16710-4 41010-4 40905 09978 09007 8 50 200 600 16710-4 61610-3 40442 08682 07963
∆δsat (ppm) 05677 plusmn 8
1572 plusmn 8
1454 plusmn 10
Ka (molL) 3993 plusmn 20
4295 plusmn 19
4730 plusmn 27
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
HcHb
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 154
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-lysinyl-(S)-leucinyl-(S)-valinyl-(S)-
phenylalaninyl-(S)-phenylalanin (KKLVFF) 91
Wirtloumlsung 1367 mg (1013-6 mol) Wirt 11 in 650 microL [25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Gastloumlsung 1107 mg (988310-7 mol) KKLVFF3TFA 91 in 2000 microL [25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 200 0 600 16710-4 0 29643 16809 1 200 10 600 16710-4 35110-5 29351 16548 2 200 20 600 16710-4 70310-5 29109 16097 3 200 30 600 16710-4 10510-4 28995 16014 4 200 40 600 16710-4 14110-4 28791 15766 5 200 50 600 16710-4 17610-4 28652 - 6 200 60 600 16710-4 21110-4 28607 - 7 200 80 600 16710-4 38110-4 - 15556 8 200 120 600 16710-4 42210-4 28505 15524 9 200 200 600 16710-4 70310-4 28499 -
∆δsat (ppm) 01214 plusmn 3
01365 plusmn 6
Ka (molL) 32290 plusmn 21
43310 plusmn 45
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 155
H2NNH
O
Hb2C
CHa2
NH2
Hb2C
CHa2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
pm]
HaHbHa (berechnet)Hb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 156
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysin (KTTK) 89
Wirtloumlsung 0859 mg (1169-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0837 mg (102610-6 mol) KTTK3TFA 89 in 1750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 175 0 600 34210-4 0 39847 18700 1 175 10 600 34210-4 35110-5 39599 18366 2 175 20 600 34210-4 70310-5 39425 18247 3 175 30 600 34210-4 10510-4 39127 17949 4 175 40 600 34210-4 14110-4 38917 17894 5 175 50 600 34210-4 17610-4 38729 17793 6 175 60 600 34210-4 21110-4 38536 17597 7 175 80 600 34210-4 38110-4 38156 17290 8 175 120 600 34210-4 42210-4 37684 17010 9 175 200 600 34210-4 70310-4 36961 16085
∆δsat (ppm) 04061 plusmn 5
04217 plusmn 16
Ka (molL)(21 Komplex)
6821 plusmn 18
4205 plusmn 45
H2NNH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
4 Experimenteller Teil 157
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
007
008
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 158
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysinyl-(S)-serin (KTTKS) 90
Wirtloumlsung 1111 mg (1513-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0724 mg (800110-7 mol) KTTKS3TFA 90 in 750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 75 0 600 26610-4 0 39518 14881 1 75 10 600 26610-4 19410-5 39318 - 2 75 20 600 26610-4 38810-5 38848 11067 3 75 30 600 26610-4 58210-5 - 10165 4 75 40 600 26610-4 77610-5 38439 09121 5 75 50 600 26610-4 97010-5 38204 07755 6 75 60 600 26610-4 11610-4 37882 06000 7 75 80 600 26610-4 15510-4 37746 04300 8 75 120 600 26610-4 23310-4 37136 01300 9 75 180 600 26610-4 34910-4 36722 -
∆δsat (ppm) 03903 plusmn 8
2620 plusmn 15
Ka (molL)(21 Komplex)
4998 plusmn 24
3307 plusmn 33
H2N NH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
OH
O
OH
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 159
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln
10 100 1000 10000 und 10900 Aumlquivalente deuteriertes DMSO werden zu 600 microL einer
aumlquimolaren Loumlsung aus Wirt 11 und Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 25
mmolL Na2HPO4NaH2PO4-Puffer (pH 7) in D2O gegeben (2 10-4 M) sowie zu eine
Referenzloumlsung die nur Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 enthaumllt (gleiche
Konzentration) Die kleinen Veraumlnderungen der chemischen Verschiebung in der
Referenzloumlsung wurden von den groumlszligeren Effekten im GastWirt-Gemisch abgezogen Diese
Ergebnisse werden in der unten gezeigten Tabelle als ∆δobs angegeben Um die Auswirkung
von Acetonitril und Methanol vergleichen zu koumlnnen wurden zu den oben genannten Proben
mit 10 und 100 Aumlquivalenten jeweils 200 microL deuteriertes Acetonitril beziehungsweise 200 microL
deuteriertes Methanol zugegeben
0
001
002
003
004
005
006
007
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 160
zugegebenes Loumlsungsmittel
Aumlquivalente ∆δobs (εCH2) ∆δobs (βCH2)
DMSO-d6 10 nicht sichtbar (breites Signal) -052 DMSO-d6 100 nicht sichtbar (breites Signal) -047 DMSO-d6 1000 nicht sichtbar (breites Signal) -013 DMSO-d6 10000 -001 -001 DMSO-d6 10900 lt -001 lt -001 Acetonitril-d3 16000 lt -001 lt -001 Methanol-d4 20600 -035 -010
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 441 Das Messgeraumlt
Die Messungen wurden mit einem VP-ITC der Firma MicroCal durchgefuumlhrt Gesteuert wird
das Geraumlt mit der WINDOWSTM-Software MicroCal VPViewer Die fuumlr die Messung
verwendete Spritze (250 microL) ist eine Spezialanfertigung der Firma MicroCal Am unteren
Ende der langen Nadel geht die Spritze in einen kleinen Ruumlhrer uumlber um durch die Drehung
der Spritze die Durchmischung der Loumlsung in der Messzelle zu gewaumlhrleisten Das Volumen
der Messzelle betraumlgt 14211 mL Die Messzelle laumlsst sich mit einer Hamilton-Spritze mit
entsprechend langer Kanuumlle befuumlllen Die Spritze fuumlr das Messgeraumlt wird mit Hilfe eines
kleinen Schlauches und einer weiteren Spritze befuumlllt
4 Experimenteller Teil 161
Abb 41 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
442 Reinigung des Messgeraumltes Die Messzelle muss regelmaumlszligig zuerst mit 200 mL TritonregX100-Loumlsung (1100 verduumlnnt)
und anschlieszligend mit 1 L Wasser gespuumllt werden Bei staumlrkeren Verschmutzungen (wie z B
bei ausgefallenen Substanzen) kann optional eine Reinigung mit 500 mL 2 iger SDS-
Loumlsung und anschlieszligend 15 L Wasser durchgefuumlhrt werden Die Spritze fuumlr die Messungen
muss immer gruumlndlich mit Wasser gespuumllt werden Fuumlr die Hamilton-Spritzen empfiehlt es
sich noch zusaumltzlich mit Ethanol zu spuumllen und anschlieszligend zu trocknen
443 Kalibrierung des Messgeraumltes Das Kalorimeter muss halbjaumlhrlich kalibriert werden wobei die Kalibrierung mittels einer
Reihe elektrischer Standardpulse erfolgt Die beiden Zellen muumlssen dazu mit Wasser gefuumlllt
sein Zur Anpassung der Kalibrierungskonstanten dient ein Mittelwert der aus den
Verhaumlltnissen von gemessener Waumlrmemenge zu theoretisch zu erwartender Waumlrmemenge
uumlber alle Waumlrmeimpulse gebildet wird Die neue Kalibrierungskonstante constneu wird dabei
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
4 Experimenteller Teil 162
durch Multiplikation der alten Konstante constalt mit dem durchschnittlichen Verhaumlltnis von
erwarteter zu gemessener Waumlrmemenge erhalten
PulsederAnzahlWW
constconst gemessen
erwartet
altneu
sumsdot= (Gleichung 41)
Diese Anpassung der Kalibrierungskonstante ist allerdings nur notwendig falls die
gemessenen Waumlrmemengen um mehr als 1 von den erwarteten Waumlrmemengen abweichen
Eine Abweichung wurde bisher noch nicht gefunden
444 Durchfuumlhrung der Messungen
Alle Messungen wurden bei 298 K durchgefuumlhrt Dazu wurde das Thermostat des
Kalorimeters auf 25degC eingestellt Um zu verhindern dass die gemessenen Reaktionswaumlrmen
nicht von Mischungseffekten von verschiedenen Loumlsungsmittel oder von
Verduumlnnungseffekten des Puffers uumlberlagert werden ist es sehr wichtig sowohl den Gast als
auch den Wirt in den gleichen Loumlsungsmittel (gegebenenfalls mit gleichen
Pufferkonzentrationen) zu loumlsen
Bevor die Loumlsungen in die Messzelle bzw in die Spritze gefuumlllt werden koumlnnen muumlssen sie
unter vermindertem Druck und Ruumlhren entgast werden Mit einer Hamiltonspritze wird die
Protein-Loumlsung langsam und ohne Luftblasen in die Messzelle gefuumlllt die vorher mit dem
gleichen Loumlsungsmittel vorgespuumllt wurde Beim Befuumlllen der Spezialspritze mit der
Ligandloumlsung ist ebenfalls darauf zu achten keine Luftblasen in die Spritze zu bekommen Da
sich durch Luftblasenbildung stoumlrende Effekt ergeben koumlnnen empfiehlt es sich bei der
ersten Einspritzung nur eine geringe Menge (5 microL) zu verwenden und erst danach mit der
eigentlichen Messung zu beginnen
Nach dem das Geraumlt die Loumlsungen in der Zelle vollstaumlndig thermostatisiert und die
Heizleistung equilibriert hat kann die eigentliche Messung beginnen Es wurden bis zu 30
Einspritzungen eines Aliquots von je 10 microL durchgefuumlhrt Die Wartezeit zwischen zwei
Einspritzungen haumlngt hauptsaumlchlich davon ab wie lange das System braucht um nach einer
Einspritzung die Basislinie wieder zu stabilisieren dh die Temperaturdifferenz zwischen
Mess- und Referenzzelle auszugleichen Im vorgliegenden Fall liegt dieser Zeitraum bei einer
Ruumlhrgeschwindigkeit von 240 Umdrehungen pro Minute bei etwa 300 bis 360 s Das
verwendete Volumen pro Einspritzung haumlngt von einigen unterschiedlichen Faktoren ab wie
zB Gast- und Wirtkonzentration erwarteter Waumlrmetoumlnung und Bindungskonstante K Bei
4 Experimenteller Teil 163
einer 11 Bindung muumlssen die Konzentrationen so gewaumlhlt werden dass die
Gesamtkonzentration des Gastes in der Messzelle am Ende der Messung mindestens zweimal
so groszlig ist wie die Gesamtkonzentration an Wirt Das bedeutet dass die letzten Signale die
betraumlchtlich hinter dem Aumlquivalenzpunkt liegen nur noch aufgrund von Verduumlnnungseffekten
des Liganden oder unspezifischen Bindungsvorgaumlngen zustande kommen sollten da zu
diesem Zeitpunkt bereits eine nahezu vollstaumlndige Saumlttigung vorliegen sollte Diese
Verduumlnnungswaumlrme muss daher von der eigentlichen Bindungsisothermen subtrahiert werden
Deswegen sollten fuumlr jedes Experiment drei Messungen durchgefuumlhrt werden Einmal nur mit
Gast der in das Loumlsungsmittel titriert wird einmal mit Loumlsungsmittel und Wirtloumlsung und
einmal die eigentliche Titration von der Gast-Loumlsung in die Wirt-Loumlsung Die gemessenen
Waumlrmen der ersten beiden Titrationen werden zur Bestimmung der eigentliche
Komplexierungswaumlrme von der dritte Titration abgezogen
Die Anpassung der Bindungsisothermen an die Messpunkte erfolgte nach der Methode der
kleinsten Fehlerquadrate (least squares fit) Dabei wurde jede Messung mehrmals
durchgefuumlhrt bis mindestens zwei exakt gleiche Kurven erhalten wurden Fuumlr die endguumlltige
Bestimmung der thermodynamischen Parameter des Gast-Wirt-Komplexes wurde der
Durchschnitt dieser Messungen verwendet Die Abweichung zwischen den Messungen betrug
maximal 10
4 Experimenteller Teil 164
445 Messergebnisse
Titration von Wirt 24 (5010-4 M) mit Thiaminhydrochlorid 75 (7510-3 M) in Wasser Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2312 plusmn 024 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 0774 plusmn 0006 -093 2 -2407 plusmn 016 160 middot 104 plusmn 35 middot 102 0740 plusmn 0004 010
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1 2
4 Experimenteller Teil 165
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1
Titration von Wirt 11 (5010-4 M) mit Acetyl-(S)-lysinmethylesterhydrochlorid 83
(7510-3M) in Wasser
Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2748 plusmn 034 150 middot 104 plusmn 55 middot 102 0651 plusmn 0006 -373 2 -2641 plusmn 016 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 0735 plusmn 0003 -235
2
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
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174
Erklaumlrung
Ich versichere dass ich meine Dissertation
Wasserloumlsliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von
biorelevanten Molekuumllen
selbstaumlndig ohne unerlaubte Hilfe angefertigt und mich dabei keiner anderen als der von mir
ausdruumlcklich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient habe
Die Dissertation wurde in der jetzigen oder einer aumlhnlichen Form noch bei keiner anderen
Hochschule eingereicht und hat noch keinen sonstigen Pruumlfungszwecken gedient
Marburg den 10 Juni 2005
(Michael Fokkens)
175
LEBENSLAUF MICHAEL MILAN FOKKENS
10 Juni 1976 Geboren in Amsterdam (NL)
Juli 1988 Abschluss der Grundschule De Emmausschool Arnhem (NL)
Juni 1995 Erreichen des Diploma voorbereidend wetenschappelijk onderwijs (VWO)
am Thomas a Kempis College Arnhem (NL)
Oktober 1998 Erreichen des Vordiploms in Chemie an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH)
Maumlrz ndash April 2000 Bayer AG Leverkusen Angestellt in der Zentralen Forschung
Januar 2001 Diplompruumlfung des Chemiestudiums an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH) in den Faumlcher Anorganische Chemie Physikalische Chemie
Organische Chemie und Biochemie
September 2001 Abgabe der Diplomarbeit in der Organischen Chemie zum Thema
bdquoNeuartige Inhibitoren der Rezeptor-Tyrosin-Kinasenldquo in dem
Arbeitskreis von Prof Athanassios Giannis an der Universitaumlt
Karlsruhe (TH)
Juli 2005 Ende der Promotion mit dem Thema bdquoWasserloumlsliche molekulare
Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekuumllenldquo
in dem Arbeitskreis von Prof Thomas Schrader an der Philipps-
Universitaumlt Marburg
Inhaltsverzeichnis II
Vom Fachbereich Chemie der Philipps-Universitaumlt Marburg als Dissertation am
angenommen
Erstgutachter Prof Dr Thomas Schrader
Zweitgutachter Prof Dr Gerhard Klebe
Tag der muumlndlichen Pruumlfung am 11 Juli 2005
bdquoMan braucht nichts im Leben zu fuumlrchten
man muss nur alles verstehenldquo
Marie Curie
fuumlr Mina
Inhaltsverzeichnis IV
Danksagung
Als erstes moumlchte ich mich bei Professor Thomas Schrader bedanken fuumlr die Moumlglichkeit in
seinem Arbeitskreis promovieren zu koumlnnen fuumlr die Uumlberlassung des interessanten Themas
seine Betreuung die wertvollen Anregungen und seine stete Diskussionsbereitschaft
Bei Professor Frank-Gerrit Klaumlrner moumlchte ich mich dafuumlr bedanken dass ich die Moumlglichkeit
hatte die Synthese der Acetat-Pinzette in seiner Arbeitsgruppe lernen zu koumlnnen Ebenfalls
moumlchte ich mich fuumlr seine wertvollen Anregungen und Diskussionen sowie seine
Hilfsbereitschaft bedanken
Bei den Professoren Gerhard Klebe Lars-Oliver Essen und Joumlrg Lorberth moumlchte ich mich fuumlr
die Uumlbernahme des Koreferats bedanken
Dem Arbeitskreis Schrader moumlchte ich fuumlr den Humor die lustigen Kaffeepausen und die
Hilfe danken
Beim Arbeitskreis Klaumlrner insbesondere bei Dr Jolanta Polkowska Carla Verhaelen und
Anke Nellesen moumlchte ich mich fuumlr ihre freundliche Aufnahme in der Gruppe sowie ihre
Hilfe bedanken
Meinen Vertiefungsstudenten Christian Schuh Sebastian Koch Katharina Kowalski Gero
Becker Sven Siebler und Sabrina Kille danke ich fuumlr ihr Engagement
Bei Alphonse Mbonimana und Gert Haumlde von der NMR-Abteilung des Fachbereichs Chemie
moumlchte ich fuumlr ihre Geduld beim Messen von unzaumlhligen NMR-Titrationen bedanken Der
Masseabteilung des Fachbereichs Chemie sowie Dr Uwe Linne danke ich fuumlr das Messen der
Massen
Jasmine Fokkens moumlchte ich fuumlr ihre Hilfe bei den ITC-Experimenten danken
Bei Jasmine Fokkens Matthias Junkers und Michael Maue moumlchte ich mich fuumlr das
Korrekturlesen dieser Arbeit bedanken Ohne ihre Hilfe waumlren noch viel mehr
Rechtschreibfehler drin
Bei meinen Eltern moumlchte ich mich fuumlr ihre Unterstuumltzung bedanken Meinen Freunden danke
ich fuumlr die Abwechslung und die lustigen Treffen Insbesondere Edgar amp Silvia Specker
Tanja Sgraja und Daniel Hahn moumlchte ich fuumlr die langen cocktailgetraumlnkten Spieleabende
danken
Schlieszliglich moumlchte ich mich ganz besonders bei meiner Frau Jasmine fuumlr ihre Hilfe ihre
Unterstuumltzung und ihre Geduld mit mir bedanken und dafuumlr dass sie mir immer wieder Mut
gemacht hat Ich moumlchte ihr auch fuumlr die schoumlne Zeit in Marburg danken Ihre Unterstuumltzung
war ein groszliger Beitrag zum Gelingen dieser Arbeit
Inhaltsverzeichnis VI
Teile dieser Arbeit sind publiziert eingereicht oder auf Kongressen praumlsentiert worden
[1] NAD+-Erkennung in Wasser Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader
Jolanta Polkowska Jens Panitzky Frank-Gerrit Klaumlrner Poster praumlsentiert auf dem
Symposium bdquoMolekulare Erkennungldquo des Sonderforschungsbereichs SFB 452 Essen
Maumlrz 2002
[2] Neue Wirkstoffe zu Therapie Diagnostik und Prophylaxe der Makuladegeneration
Patentanmeldung vom 24112004 Erfinder Thomas Schrader Michael Fokkens
Reza Zadmard Christian Jasper Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta Polkowska Frank
Bastkowski DE 10 2004 056 8227
[3] Selective Complexation of N-Alkylpyridinium Salts Binding of NAD+ in Water
Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader Felix Koziol Christian
Ochsenfeld Jolanta Polkowska Matthias Lobert Bjoumlrn Kahlert Frank-Gerrit Klaumlrner
Chem Eur J 2005 11 477-494
[4] A Molecular Tweezer for Lysine and Arginine Michael Fokkens Thomas Schrader
Frank-Gerrit Klaumlrner eingereicht bei J Am Chem Soc 2005
[5] Inclusion of Thiamine Diphosphate and S-Adenosylmethionine at their Chemically
Active Sites Thomas Schrader Michael Fokkens Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta
Polkowska Frank Bastkowski eingereicht bei J Org Chem 2005
Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
Seite
Inhaltsverzeichnis I
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Nomenklatur der Aminosaumluren V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
11 Die Natur als Vorbild 1
12 Molekulare Klammern und Pinzetten 2
13 Vorarbeiten 7
14 Aufgabenstellung 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
21 Synthesen 14
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 24
221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
24
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+ 27
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen 38
224 Bindungsexperimente mit Thiamin 48
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer) 55
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 56
231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
56
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen 56
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen 57
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren 60
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
65
236 Einfluss von von dipolaren aprotischen Kosolventien 68
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette) 69
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 70
241 Einleitung 70
242 Theoretische Grundlagen 71
Inhaltsverzeichnis II
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24 77
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 78
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
4 Experimenteller Teil 85
41 Material und Methoden 85
42 Synthesen 88
421 Synthese des Spacers 14 88
422 Synthese der Modellverbindung 92
423 Synthese der Hydroxyklammer 21 97
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10 99
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24 101
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29 103
427 Synthese der Hydoxypinzette 38 108
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11 111
43 NMR-Titrationen 113
431 Durchfuumlhrung 113
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer 115
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette 136
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln 159
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 160
441 Das Messgeraumlt 160
442 Reinigung des Messgeraumltes 161
443 Kalibrierung des Messgeraumltes 161
444 Durchfuumlhrung der Messungen 162
445 Messergebnisse 164
5 Literatur 166
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Abkuumlrzungsverzeichnis
Aring Aringngstroumlm (1 Aring = 10-10 m)
abs absolut
Ac Acetyl
AMD altersbedingten Makuladegeneration
AMP Adenosinmonophosphat
ATP Adenosintriphosphat
AZT 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin
A2E N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
ber berechnet
Bu Butyl
CHN Elementaranalyse
CMP Cytidinmonophosphat
COX Cytochrom c Oxidase
d Tag(e)
DDQ 23-Dichlor-56-dicyanobenzochinon
DMAP 4-Dimethylaminophenol-Hydrochlorid
DMF NN-Dimethylformamid
DMSO Dimethylsulfoxid
ESI Elektronenspray Ionisierung
Et Ethyl
FAD Flavin-Adenin-Dinukleotid
gef gefunden
G Gast
GMP Guanosinmonophosphat
h Stunde(n)
HOMO highest occupied molecular orbital
HPLC high perfomance liquid chromatography
HR High Resolution
ITC Isothermale Titrationskalorimetrie
k Kilo- (103)
konz konzentriert
L Liter
LAH Lithiumaluminiumhydrid
Abkuumlrzungsverzeichnis IV
LUMO lowest unoccupied molecular orbital
micro Mikro- (10-6)
m Milli (10-3)
M Molaritaumlt (mol L-1)
Me Methyl
min Minute(n)
MS Massenspektrometrie
NAD+ Nikotinamidadenindinukleotid
NADH Nikotinamidadenindinukleotid
NADP Nikotinamidadenindinukleotidphosphat
NMN Nikotinamidmononukleotid
NMR Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonanz)
NOE Nuclear Overhauser Enhancement
p para
Ph Phenyl
ppm parts per million
RT Raumtemperatur
S Stearinsaumlure
Smp Schmelzpunkt
THF Tetrahydrofuran
TMP Thymidinmonophosphat
TPP Thiaminpyrophosphat
UMP Uridinmonophosphat
UV ultraviolett
verd verduumlnnt
VIS sichtbarer Wellenlaumlngenbereich des Lichts
W Wirt
Abkuumlrzungsverzeichnis V
Nomenklatur der Aminosaumluren
Aminosaumlure Dreibuchstabencode Einbuchstabencode
Alanin Ala A
Arginin Arg R
Asparagin Asn N
Asparaginsaumlure (Aspartat) Asp D
Cystein Cys C
Glutamin Gln Q
Glutaminsaumlure (Glutamat) Glu E
Glycin Gly G
Histidin His H
Isoleucin Ile I
Leucin Leu L
Lysin Lys K
Methionin Met M
Phenylalanin Phe F
Prolin Pro P
Serin Ser S
Threonin Thr T
Tryptophan Trp W
Tyrosin Tyr Y
Valin Val V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
1 Einleitung und Aufgabenstellung
11 Die Natur als Vorbild
In der Natur werden viele molekularbiologische Vorgaumlnge durch intermolekulare
nichtkovalente Wechselwirkungen vermittelt So beruhen unter anderem die
Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat oder Wirkstoff auf nichtkovalenten
Wechselwirkungen Auch Interaktionen zwischen Proteinen[1] bei Transmembrantransporten
oder bei der Protein- und DNA-Faltung beruhen auf nichtkovalenten Wechselwirkungen[2-4]
Trotz immer umfangreicheren Kenntnissen der biochemischen Systeme bleiben weiterhin
viele Fragen in Hinblick auf die beteiligten intermolekularen Wechselwirkungen offen
Zusaumltzlich werden durch die immer weiter voranschreitenden Genomics- und Proteomics-
Untersuchungen immer mehr Informationen gewonnen aber auch neue Fragen aufgeworfen
Die Kenntnis welche Gene in einem Organismus vorhanden sind und exprimiert werden
koumlnnen (Genomics) reicht nicht um alle biologischen Vorgaumlnge erklaumlren zu koumlnnen Auch die
Kenntnisse daruumlber welche Proteine in einem Organismus vorhanden sind (Proteomics)
helfen nicht weiter Entscheidend ist wie die Proteine miteinander mit kleinen Biomolekuumllen
und mit anderen supramolekularen Verbindungen wechselwirken Molekulare Interaktionen
und chemische Umwandlungen bilden die Grundlage der Biologie[5]
Die supramolekulare Chemie versucht mit einem synthetischen Molekuumll ein anderes Molekuumll
von Interesse uumlber nichtkovalente Wechselwirkungen zu binden und so durch Kombination
von biochemischen und organischen Methoden mehr uumlber die Wechselwirkungen die bei der
Bildung von Komplexen relevant sind zu erfahren[6] Die organische Chemie bietet dabei die
Moumlglichkeit Modellverbindungen mit zu dem Substrat komplementaumlren
Wechselwirkungszentren zu konzipieren und zu synthetisieren[7 8]
Aus der Untersuchung der Wechselwirkungseigenschaften von synthetischen Rezeptoren
ergibt sich neben der verbesserten Syntheseplanung fuumlr neue supramolekulare Komplexe
auch die Moumlglichkeit Wechselwirkungen in biologischen Systemen genauer zu studieren
Diese Erkenntnisse koumlnnen wiederum fuumlr das rationale Wirkstoffdesign benutzt werden[7 9 10]
Zusaumltzlich bieten solche Ergebnisse eine Grundlage fuumlr die Entwicklung von neuen
analytischen und diagnostischen Methoden[7 11]
Mit der Formulierung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips legte Emil Fischer schon fruumlh den
Grundstein der supramolekularen Chemie[12] Das Prinzip erklaumlrt warum Proteine selektiv
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 2
Substrate erkennen koumlnnen Sie nehmen ausschlieszliglich Substrate auf die in ihrer Form und
Anordnung komplementaumlr zur Bindungsstelle im Enzym sind (Abb 11)
Abbildung 11 Schematische Darstellung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips
In den 30rsquoer Jahren des letzten Jahrhunderts war zum ersten Mal die Rede von einem
Uumlbermolekuumll im Zusammenhang mit koordinativ gesaumlttigten Komplexen[13] Werden
Bindungsstellen fuumlr nichtkovalente Wechselwirkungen gezielt in ein Molekuumll eingebaut um
damit ein anderes Molekuumll binden zu koumlnnen und so ein Supermolekuumll zu kreieren so spricht
man von der Supramolekularen Chemie[14] Das Supermolekuumll auch Komplex genannt
besteht aus dem Wirtmolekuumll (meistens der groumlszligere der beiden Komplexpartner oder auch
jenes Molekuumll dessen Bindungsstellen bei der Bindung konvergieren) und dem Gastmolekuumll
(das Substrat oder auch jenes Molekuumll das vom Wirt aufgenommen wird)[15 16]
Um eine moumlglichst effektive Komplexbildung zwischen Wirt und Gast zu erreichen sollte der
Wirt sowohl in Bezug auf die sterischen Eigenschaften als auch in Bezug auf die
Bindungsstellen komplementaumlr auf den Gast abgestimmt dh praumlorganisiert werden[17] Eine
geschickte Praumlorganisation soll verhindern dass bei der Bindung des Gastes eine unguumlnstige
Reorganisation des Wirtes stattfinden muss und damit eine entropisch unguumlnstige Situation
entsteht[8]
12 Molekulare Klammern und Pinzetten
In den letzten Jahren hat es viele Ansaumltze gegeben Wirtmolekuumlle zu schaffen die eine
optimale Praumlorganisation der Bindungsstellen sowie eine guumlnstige sterische Konfiguration zur
Aufnahme von Gaumlsten besitzen[18-21] Whitlock et al stellten als erste einen Wirttyp vor der
als molekulare Pinzette bezeichnet wurde[22] Whitlock definierte eine Pinzette als ein
Molekuumll das zwei Bindungsstellen anbietet die von einem Spacer in einem definierten
1 Einleitung und Aufgabenstellung 3
Abstand gehalten und fixiert werden und so einen Gast sandwich-artig umschlieszligen koumlnnen
(Abb 12) Bei den Bindungsstellen handelt es sich in der Regel um Aromaten Spaumlter wurde
die Definition um eine Eigenschaft erweitert es sollte sich bei den angebotenen
Bindungsstellen um Chromophore handeln[23]
GastSpacer
Abbildung 12 Schematische Darstellung der Wirkungsweise einer molekularen Pinzette
Whitlock verwirklichte dieses Prinzip indem er zwei Koffein-Molekuumlle uumlber einen Spacer
miteinander verknuumlpfte Durch Variation des Spacers konnte die optimale Laumlnge ermittelt
werden (Abb 13) Der Einfluss der Praumlorganisation wird deutlich wenn die
Bindungskonstante der Pinzette 2 fuumlr die Bindung zB von 13-Dihydroxynaphthalin-2-
carbonsaumlure mit der Bindung an das entsprechende Monomer 1 verglichen wird Dabei lag die
Bindungskonstante des Monomers 1 im guumlnstigsten Fall (Ka = 47400 M-1 in einem
Zweiphasensystem aus Wasser und Ethylendichlorid) um zwei Groumlszligenordnungen unter der
der Pinzette
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 4
N
N
N
O
O N
NN
O
O
N
N
N
O
O1
2
Abbildung 13 Die von Whitlock vorgestellte Pinzette 2 und das entsprechende Monomer 1
Eine der allgemeinen Forderungen an Pinzetten hatte Whitlock jedoch nicht mit seiner
Pinzette erfuumlllt die Bindungsstellen sind nicht fixiert Die Koffein-Einheiten befinden sich
nicht immer in der syn-Anordnung sondern koumlnnen unabhaumlngig von einander rotieren
Whitlocks Pinzette wurde zum Ursprung fuumlr viele weitere Pinzetten[24-31] Die Faumlhigkeit den
Gast uumlber π-π-Wechselwirkungen und den hydrophoben Effekt zu binden wird bei vielen
Rezeptoren noch um die Moumlglichkeit erweitert Wasserstoffbruumlcken zum Gastmolekuumll
auszubilden Als Beispiel sei hier die Rezeptorfamilie die von Rebek et al auf Basis der
Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelt wurde genannt (Abb 14)[32]
O
OHO
O
O
O OH
O
3
Abbildung 14 Ein Beispiel aus der von Rebek et al auf Basis der Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelten Pinzetten-Familie mit zusaumltzlichen Bindungsstellen fuumlr Wasserstoff-Bruumlcken Abgebildet ist ein Rezeptor fuumlr Adenin
Das Problem der freien Rotation der beiden Seitenwaumlnde wurde bei den Systemen von
Zimmerman et al durch eine entsprechende Praumlorganisation verhindert Die Seitenwaumlnde die
durch einen Dibenz[ch]acridin-Spacer fixiert werden sind in ihrer Rotation stark eingegrenzt
Aufgrund ihrer Anordnung kann der Abstand zwischen den beiden Seitenwaumlnden zwischen
627 Aring und 724 Aring variieren und somit kann sich der Rezeptor optimal dem Gast anpassen[23]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 5
Spaumltere Rezeptoren verfuumlgten auszligerdem uumlber die Moumlglichkeit gezielt Wasserstoffbruumlcken
zum Gast ausbilden zu koumlnnen[23]
Abbildung 15 Schematische Darstellung der Pinzetten die von Zimmerman et al konzipiert wurden (links) Rechts ein Beispiel fuumlr diese Anordnung
Ein anderer Ansatz wurde von Nolte et al verfolgt Die Gruppe um Nolte synthetisierte eine
Familie von Pinzetten und molekularen bdquoKoumlrbenldquo auf Basis von Glykoluril (Abb 16) Dieses
Molekuumll besitzt eine konkave Geometrie und ist damit eine gute Grundlage fuumlr groumlszligere
Molekuumlle die einen Hohlraum aufweisen Diese Pinzetten dienen als Rezeptoren fuumlr
13-Dihydroxybenzol Die Bindung erfolgt dabei uumlber eine Kombination aus π-π-Stacking
Wasserstoffbruumlckenbindungen und dem sogenannten Kavitaumltseffekt[33-36] Der Kavitaumltseffekt
aumluszligert sich darin dass es entropisch guumlnstig ist die Kavitaumlt des Rezeptors mit einem Gast
auszufuumlllen und somit Loumlsungsmittelmolekuumlle zu verdraumlngen Durch Variation des Aufbaus
des Rezeptors konnte genau untersucht werden wie hoch die Beitraumlge der
π-π-Wechselwirkungen der Wasserstoffbruumlcken und des Kavitaumltseffekts sind[37]
Obwohl die Rezeptoren urspruumlnglich als biomimetische Katalysatoren gedacht waren stellte
sich bald heraus dass die Rezeptoren in waumlssriger Loumlsung definierte Nanopartikel bilden[35
36]
N
N
O OH
4
724 Aring 627 Aring
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 6
H
NHHN
H
HN NH
OO
N
N
N
NR R
OMe
OMe
OMe
OMe
O
O
N+Br-
R =
5
6
Abbildung 16 Beispiel einer Pinzette (unten) auf Glycoluril-Basis (oben)[35]
Ein aumlhnliches Prinzip wird in den von Harmata et al beschriebenen chiralen Pinzetten
benutzt Als Grundlage dient Kaganrsquos Ether 7 (Abb 17)[38] Da die erste Pinzette dieser
Familie keinen Einschluss von Gaumlsten sondern lediglich eine Selbstassoziation zeigte folgten
bald Derivate mit groumlszligeren Kavitaumlten Diese binden Gaumlste uumlber π-π-Wechselwirkungen[39 40]
Abbildung 17 Kagans Ether 7 (links) und eine chirale Pinzette auf Basis von Kagans Ether (mitte) sowie eine Abbildung der Kristallstruktur des Komplexes mit Maleinsaumlureanhydrid zur Verdeutlichung der raumlumlichen Anordnung[40]
Ebenfalls auf einem cyclischen Ether basieren die Pinzetten von Fukazawa et al (Abb 18)
Obwohl diese Pinzetten nicht in ihrer bdquoU-Formldquo fixiert sind sind sie doch in der Lage
elektronenarme aromatische Gaumlste zu binden Aufgrund ihrer Flexibilitaumlt bilden die Pinzetten
anstatt 11 meist Komplexe 21- oder 12-Komplexe mit dem Gast[41]
O O
8
O
7
1 Einleitung und Aufgabenstellung 7
O
OO
O9
Abbildung 18 Beispiel einer flexiblen Pinzette nach Fukazawa et al (links) und ein Beispiel fuumlr die Struktur eines 21-Komplexes (rechts)[41]
In polar aprotischen Loumlsungsmitteln sind die Beitraumlge der π-π-Wechselwirkungen und
π-Kation-Wechselwirkungen relativ gering[10 42] In protischen Loumlsungsmitteln jedoch sind
die π-Wechselwirkungen viel effektiver vor allem weil sie hier haumlufig mit dem hydrophoben
Effekt gepaart sind wodurch die Bindung von Gaumlsten meist noch effektiver wird Gleichzeitig
birgt dies den Vorteil mehr uumlber biologische Vorgaumlnge lernen zu koumlnnen und eine bessere
Vergleichbarkeit von kuumlnstlichen Systemen mit biologischen Systemen erreichen zu koumlnnen
Aus diesem Grund sind wasserloumlsliche Rezeptoren zusaumltzlich von besonderem Interesse
Daher liegen die Bemuumlhungen vieler Supramolekular arbeitender Gruppen in letzter Zeit auf
der Entwicklung von wasserloumlslichen Rezeptoren[43 44]
13 Vorarbeiten
Vor etwa 10 Jahren stellten Klaumlrner et al eine neue Klasse von Pinzetten vor (Abb 19)[45]
Im Vergleich mit analogen Makrozyklen die bereits zwei Jahre vorher beschrieben wurden
(Abb 19)[46 47] erlauben die Pinzetten ein ausfuumlhrlicheres Gast-Portfolio weil sie nach unten
offen sind Zusaumltzlich koumlnnen sie sich aufgrund einer erstaunlichen Flexibilitaumlt ihrer
Seitenwaumlnde besser an die Geometrie ihrer Gaumlste anpassen[45] Spaumlter wurden auf Basis der
gleichen Spacer-Einheit noch molekulare Klammern entwickelt[48 49] Entgegen der sonst
uumlblichen Bezeichnungsweise bevorzugt Klaumlrner die Bezeichnung Pinzette fuumlr ein Molekuumll
das die Faumlhigkeit besitzt (wie eine Pinzette) um den Gast herum zu greifen Dieser Effekt wird
durch die relativ geringe Energie die zur Veraumlnderung der Winkel zwischen Seitenwand und
Spacer benoumltigt wird verstaumlrkt[50] Molekuumlle mit geraden Seitenwaumlnden werden hingegen als
Klammer bezeichnet Diese Nomenklatur wird im Folgenden beibehalten Die Klammer
besitzt im Gegensatz zu den meisten Makrozyklen eine ausgepraumlgte Selektivitaumlt bezuumlglich der
Substrattopologie da sie zwischen planaren (zyklischen) Gaumlsten und kugelfoumlrmigen Gaumlsten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 8
unterscheiden kann Letztere werden in der schlanken Klammer aus sterischen Gruumlnden nicht
eingeschlossen
Weil viele Pinzetten und Klammern aus ein und demselben Spacer aufgebaut werden kann
man ihre Synthese auch als molekulares bdquoLegoldquo bezeichnen[50] Durch Variation des Spacers
oder der Seitenwaumlnde kann dadurch die Geometrie des Rezeptors optimal auf den Gast
angepasst werden Damit bieten die Pinzetten und Klammern vielfaumlltige und einzigartige
Moumlglichkeiten Vor kurzem wurden von Chen Iptycenchinone vorgestellt die eine aumlhnliche
Geometrie besitzen aber aufgrund ihrer Synthese eine andere Modularitaumlt aufweisen[51]
Pinzette Klammer
OP
O
H3CO
P OCH3
OLi+Li+
OP
OH3CO P
OCH3
O
Abbildung 19 Von Klaumlrner entwickelte Pinzetten und Klammern
Die Pinzetten der Klaumlrner-Gruppe (mit Benzol- oder Naphthalin-Spacer Abb 110) stellten
sich in apolaren Loumlsungsmitteln schon bald als gute Rezeptoren fuumlr Kationen und
elektronenarme Aromaten heraus wie zB fuumlr Terephthalsaumlure-dinitril oder
p-Benzochinon[45 52 53] Das Gastprofil wurde inzwischen um eine Vielzahl von
elektronenarmen Aromaten erweitert Die Bindung erfolgt dabei uumlber dispersive
Wechselwirkungen wie zB π-π- CH-π- und Kation-π-Wechselwirkungen[50 54] Kuumlrzlich
konnte gezeigt werden dass bei der Bindung von 1245-Tetracyanobenzol eine
komplexinduzierte Lumineszenz auftritt Dabei handelt es sich hauptsaumlchlich um eine
Charge-Transfer-Wechselwirkung[55]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 9
O
H3CO
CH3
O
Abbildung 110 Pinzette mit Benzol-Spacer (links) und Naphthalin-Spacer (rechts im Komplex mit Tetracyanobenzol)[50]
Durch Variation der Seitenketten Rrsquo wurde der Einfluss der Substituenten auf die Bindung
von Gaumlsten in Chloroform untersucht Dabei wurde festgestellt dass Reste wie -OH -OAc
und -OCONHPh den Gasteinschluss beguumlnstigen waumlhrend -OMe-Reste die Bindung negativ
beeinflussen Die Erklaumlrung folgt aus einer genauen Betrachtung der elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentiale[56 57] und der Roumlntgenstrukturen von solchen Wirt-Gast-Komplexen[57
58] Sie beruht interessanterweise weniger auf einer Aumlnderung des elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentials sondern vielmehr auf den unterschiedlichen Groumlszligen und
Konformationen der Substituenten Die -OMe-Reste bevorzugen eine syn-Anordnung zu dem
Grundgeruumlst der Pinzette und blockieren damit die Kavitaumlt Im Falle der Pinzette mit Benzol-
Spacer wird der laumlngere -OCH2COOCH2CH3-Rest sogar in die Kavitaumlt hinein gezogen und
gibt damit einen Hinweis auf einen zusaumltzlichen Einschluss von Gaumlsten mit Alkylketten[57]
Die Pinzette mit Naphthalin-Spacer eignet sich aufgrund ihres breiten Gastprofils sehr gut fuumlr
vertiefende Untersuchungen des Bindungsmodus So konnte im Festkoumlrper-NMR-Spektrum
gezeigt werden dass die Aumlnderung der chemischen Verschiebung der Gast-Protonen (bis zu
3 ppm) noch groumlszliger ist als in Loumlsung Auszligerdem ist im Festkoumlrper-NMR-Spektrum eine
Aufspaltung von in Loumlsung chemisch-aumlquivalenten Protonen sichtbar was den nach
Betrachtung der Experimenten in Loumlsung vorgeschlagenen Bindungsmodus unterstuumltzt[59 60]
Zusaumltzlich wurde gezeigt dass es moumlglich ist einen Wert fuumlr die chemische Verschiebung der
Komplexpartner mit quantenchemischen Methoden vorherzusagen[59-61] Auszligerdem wurde der
Einfluss von Druck und Temperatur auf die Komplexbildung untersucht Dabei wurde
festgestellt dass bei der Komplexbildung teilweise eine groszlige Zunahme der Entropie
stattfindet Dies ist vermutlich auf das Freisetzen von Loumlsungsmittelmolekuumllen bei der
Komplexbildung zuruumlckzufuumlhren[62] Durch kovalente Immobilisierung der Pinzette an einer
stationaumlren HPLC-Phase konnte eine fuumlr elektronenarme Aromaten selektive stationaumlre
HPLC-Phase geschaffen werden Die Retentionszeiten der Gaumlste auf der stationaumlren Phase
korrelieren mit den in Bindungsexperimenten bestimmten Bindungskonstanten[63]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 10
Bis vor kurzem waren jedoch alle Pinzetten und Klammern nur in organischen
Loumlsungsmitteln loumlslich Durch die Einfuumlhrung von Bisphosphonat-Substituenten an die
Klammer mit Benzol-Spacer (Abb 111) wurde es zum ersten Mal moumlglich mit diesem
wertvollen System Studien in Wasser durchzufuumlhren[64 65] Die Klammer kombiniert die
Bindungseigenschaften der Kavitaumlt mit denen der Bisphosphonate Die Erkennung von
Ammonium-[66-68] und Guanidinium-Kationen[69 70] durch p-Xylylenbisphosphonate wurde
bereits von Schrader et al gezeigt Mit dieser wasserloumlslichen Klammer wurde es nun
moumlglich N-Alkylpyridinium-Salze unter anderem auch NAD+ in Wasser zu binden Da in
Wasser die π-π- und π-Kation-Wechselwirkung mit dem hydrophoben Effekt gepaart
werden[71] sind sie viel ausgepraumlgter als in aprotischen Loumlsungsmitteln und es werden houmlhere
Bindungskonstanten erreicht So konnte zum Beispiel fuumlr die Bindung des Kosower Salzes an
der Acetat-Klammer in Chlorform eine Bindungskonstante von 137 M-1 beobachtet
werden[57] Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung desselben Gastes an der Bisphosphonat-
Klammer 10 in Wasser ist uumlber 30 mal houmlher (Ka = 4500 M-1)[64]
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
10
Abbildung 111 Die Bisphosphonat-Klammer 10
14 Aufgabenstellung
Die vorliegende Dissertation beschaumlftigt sich mit der Synthese von kleinen wasserloumlsslichen
molekularen Klammern und Pinzetten deren Eigenschaften und moumlglichen Anwendungen
Im ersten Teil der Arbeit soll die von Christian Jasper aus der Arbeitsgruppe Schrader
erstmals synthetisierte Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb 111) weiter erforscht werden In
ersten von Christian Jasper durchgefuumlhrten Bindungsexperimenten konnten bereits
elektronenarme Aromaten als geeignete Gaumlste identifiziert werden[64 65]
Mit ihrem stark negativen elektronischen Oberflaumlchenpotential in der konkaven Kavitaumlt ist
die Klammer somit optimal fuumlr die Bindung von Gaumlsten mit positivem elektronischem
Oberflaumlchenpotential geeignet (Abb 112)
1 Einleitung und Aufgabenstellung 11
Abbildung 112 Links berechnete Struktur der molekularen Klammer 10 (Monte Carlo Simulation MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Die Elemente sind mit folgenden standardisierten Farben gekennzeichnet Kohlenstoff (blau) Wasserstoff (weiszlig) Sauerstoff (rot) Phosphor (orange) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1[72]
Zusaumltzlich zur Kavitaumlt besitzt die Bisphosphonat-Klammer die Moumlglichkeit ionische
Wasserstoffbruumlcken zum Gast ausbilden zu koumlnnen Die Phosphonate sind aufgrund ihres
pKs-Wertes von 18 in neutraler waumlssriger Loumlsung vollstaumlndig deprotoniert[66] Sie koumlnnen bei
der Einlagerung des Gastes wie eine Zange zugreifen Wasserstoffbruumlcken zum Gast
ausbilden und so die Bindung zusaumltzlich unterstuumltzen (Abb 113) Auszligerdem fuumlhren die
Bisphosphonat-Einheiten zur gewuumlnschten Loumlslichkeit in polaren protischen Loumlsungsmitteln
wie Methanol und Wasser
Abbildung 113 Komplexierung eines Gastes in der Klammer durch Wechselwirkung mit der Kavitaumlt und den Phosphonaten
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Komplexierungsverhalten der Bisphosphonat-Klammer 10
mit verschiedenen physikalischen Methoden naumlher untersucht und beschrieben werden
bull Die Bindung von NAD+ soll genauer untersucht werden insbesondere die Beitraumlge
von Teilstrukturen von NAD+ wie zB von Nicotinamidmononukleotid (NMN) und
Adenosin
-
+
-P
P
G
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 12
bull Falls eine Komplexierung von Adenosin festgestellt wird sollen die anderen
Nukleoside ebenfalls untersucht werden und mit Nukleotiden verglichen werden
bull Das Bindungsverhalten von anderen kationischen biologisch relevanten
Verbindungen insbesondere Aminosaumluren soll uumlberpruumlft werden
bull Das Gastprofil soll um weitere elektronenarme biologisch relevante Aromaten
erweitert werden und auf eventuelle Anwendungen uumlberpruumlft werden
Im zweiten Teil der Arbeit soll die von Markus Kamieth aus der Arbeitsgruppe Klaumlrner
erstmals synthetisierte molekulare Pinzette mit Benzolspacer (Abb 110)[45 73] als
Bisphosphonat-Pinzette 11 synthetisiert werden (Abb 114)
Abbildung 114 Die Bisphosphonat-Pinzette 11
Anschlieszligend sollen die Komplexierungseigenschaften der neuen Pinzette untersucht werden
Die Pinzette besitzt genau wie die Klammer eine extrem elektronenreiche Kavitaumlt (Abb 115)
Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu geschlossen und kann dadurch nur
schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser nicht sehr anspruchsvoll sind
Experimente in organischen Loumlsungsmitteln haben gezeigt dass sekundaumlre Amine ebenfalls
von der (Acetat)-Pinzette komplexiert werden[50] und sogar die Methyl-Gruppe der Methoxy-
substituierten Pinzette in die Kavitaumlt gezogen wird[57] Dies sind Hinweise darauf dass die
Pinzette im Gegensatz zur Klammer ein neuer kuumlnstlicher Rezeptor fuumlr Ammonium-Kationen
in Wasser sein koumlnnte Die Phosphonat-Gruppen koumlnnen dabei wie bei der Klammer den Gast
wie eine Zange umklammern
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
11
1 Einleitung und Aufgabenstellung 13
Abbildung 115 Links berechnete Struktur der molekularen Pinzette 11 (Monte Carlo MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von -1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 An der Markierung betraumlgt das molekulare elektronische Potential ndash1301 kJmol[72]
Die Untersuchung der Komplexierungseigenschaften der Pinzette soll sich neben der
allgemeinen Charakterisierung des Gastprofils vor allem auf die Komplexierungsmoumlglichkeit
von biologisch relevanten Verbindungen in waumlssriger Loumlsung konzentrieren mit einer
Betonung auf Amoniumkationen wie Adrenalin und Noradrenalin oder basischen
Aminosaumluren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21 Synthesen
Sowohl die Acetat-Klammer 12 als auch die Acetat-Pinzette 13 besitzen die gleiche Spacer-
Einheit und lassen sich modular aus dem Acetat-Spacer 14 uumlber Diels-Alder-Reaktionen
aufbauen (Abb 21)[50]
O
O
O
O
1
2 DDQ
Br
Br
Br
BrO
O O
O
H3CO
CH3
O
1213
14
20 29
Abbildung 21 Schematischer Aufbau der Acetat-Klammer 12 und der Acetat-Pinzette 13 aus dem Acetat-Spacer
Anschlieszligend kann die Hydrochinon-Funktionalitaumlt entschuumltzt und dann phosphoryliert
werden Der Spacer wird parallel dazu ebenfalls entschuumltzt und phosphoryliert und soll in
Bindungsstudien als Vergleichssubstanz dienen um nachzuweisen dass eine eventuelle
Bindung in die Rezeptoren durch Einschluss in der Kavitaumlt stattfindet
Synthese des Spacers
Das Grundgeruumlst des Spacers 14 wird mit Hilfe von Diels-Alder-Reaktionen aufgebaut
Zunaumlchst wird Cyclopentadien 15 mit p-Benzochinon 16 umgesetzt (Abb 21)[47] Das
Produkt 17 wird mit Triethylamin umgesetzt und das in situ hergestellte Hydrochinon mit
p-Benzochinon 16 oxidiert Die darauf folgende Umsetzung mit Cyclopentadien 15 liefert das
syn-Addukt 19a als Hauptprodukt[47] Das syn- und das anti-Addukt koumlnnen im 1H-NMR
voneinander unterschieden und durch Umkristallisation voneinander getrennt werden[48 74]
Anschlieszligend wird das syn-Addukt 19a basisch aromatisiert und die entstehenden Hydroxy-
Funktionen als Acetate geschuumltzt[46 47]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 15
O
O
0 degC RT80
O
O
1 Et3N MeOH RT
2 OO
CHCl3 50 degC
O
O
83
Toluol-78 degC RT40 (syn)
O
O
O
O
syn-19a anti-19b
Ac2O DMAPPyridin 40 degC
96
O
O
O
O
15
16
16
1517
18
14
Abbildung 22 Synthese des Benzol-Spacers 14
Synthese der Klammer
In einer weiteren Diels-Alder-Reaktion wird der Spacer 14 mit αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol umgesetzt (Abb 22) Bei dieser Reaktion wird aus dem αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol 20 durch Eliminierung von zwei Bromatomen in situ ein Dien erzeugt das anschlieszligend
mit dem Spacer 14 reagiert Das dabei entstehende Intermediat wird durch eine weitere
Eliminierung von zwei Molekuumllen Bromwasserstoff aromatisiert[48 74] Die Acetat-Klammer
12 wird danach basisch verseift[48 74] Die entstandene Hydroxy-Klammer 21 wird
anschlieszligend mit Methylphosphonsaumluredichlorid phosphoryliert Nach saurer Hydrolyse der
intermediaumlr entstandenen Methylphosphonsaumlurechlorid-Klammer wird die
Methylphosphonsaumlure-Klammer 22 erhalten[64 65] Da die Phosphonsaumlure 22 nur in sehr
geringem Maszlige in Methanol oder Wasser loumlslich ist wird durch Deprotonierung mit
Tetrabutylammoniumhydroxid das in nahezu allen Loumlsungsmitteln gut loumlsliche
Tetrabutylammoniumsalz 10 hergestellt[64 65] Alternativ zu Tetrabutylammoniumhydroxid
wurde von der Arbeitsgruppe Klaumlrner auch Lithiumhydroxid eingesetzt da in
Bindungsexperimenten festgestellt wurde dass das Tetrabutylammonium-Ion ebenfalls in der
Kavitaumlt eingeschlossen wird und daher eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste darstellt[75]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 16
Aufgrund der sehr aufwendigen Aufreinigung der Phosphonsaumlure-Klammer 22 wurde ein
alternativer Weg zur Darstellung des Phosphonatsalzes 24 entwickelt (Abb 24) Dabei wird
nach der Phosphorylierung mit Methylphosphonsaumluredichlorid nicht waumlssrig sondern mit
wasserfreiem Methanol hydrolysiert Der dabei erhaltene Methylphosphonsaumluremethylester
23 ist leichter uumlber Kieselgel zu reinigen und kann abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten
werden Dieser Reaktionsweg hat auszligerdem den Vorteil dass das Endprodukt nicht mehr mit
sonst unvermeidlichen geringen Mengen Kieselgel verunreinigt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 17
O
O
O
O
Br
Br
Br
Br
2
NaI CaCO3 DMF100 mbar 55 degC
O
O
O
O
68
NaOHH2O EtOH RT97
OH
OH
O
O
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT66
P
P
O
HO
O
OH
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Bu4NOHH2O CH2Cl2 RTquantitativ
20
1412
21
22
10
Abbildung 23 Synthese der Tetrabutylammonium-bisphosphonat-Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 18
OH
OH
O
O
P
P
O
O
O
O
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT55
LiBr 2-Hexanon 120 degC81
21
23
24
Abbildung 24 Alternative Synthese des Bisphosphonat-Salzes 24
Parallel zur Synthese der Klammer wurde nach demselben Protokoll auch der Spacer 14
phosphoryliert (Abb 25) Der phosphorylierte Spacer soll in Bindungsexperimenten als
Vergleichssubstanz dienen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 19
O
O
O
O
LAH THF ∆
98
OH
OH
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT 50
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT 65
O
O
P
P
O
HO
OH
O
O
O
P
P
O
O
O
O
Bu4NOHH2OCH2Cl2 RTquantitativ
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
LiBr Acetonitril 85 degC73
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
14 25
26
27
27
28
Abbildung 25 Phosphorylierung des Spacers
Synthese der Pinzette
Analog zur Synthese der Klammer 12 kann auch die Pinzette 13 aus dem Spacer 14 durch
Diels-Alder-Reaktionen und einem Baustein fuumlr die Seitenwand aufgebaut werden Alternativ
zur bereits bekannten Synthese des Diens 29[76 77] wird eine von der Gruppe Klaumlrner
entwickelte Synthese benutzt welche bessere Ausbeuten liefert Die erste Stufe besteht aus
einer Diels-Alder-Reaktion von Maleinsaumlureanhydrid 30 mit Inden 31 welches aufgrund der
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 20
hohen Reaktionstemperatur in situ zum Dien umlagert (Abb 26)[73] Anschlieszligend wird das
Anhydrid 32 geoumlffnet und der entstandene Diester 33 basisch epimerisiert da die
nachfolgenden Reaktionen wegen der sterischen Naumlhe der beiden Gruppen eine erheblich
geringere Ausbeute erbringen wenn sie mit dem reinen Endo-Produkt 33 durchgefuumlhrt
werden[73] Der epimerisierte Diester 34 wird danach mit Lithiumaluminiumhydrid zum
Dialkohol 35 reduziert[73] und anschlieszligend in einer Appel-aumlhnlichen Reaktion chloriert[73 78]
Nach doppelter basischer Eliminierung wird das Dien 29 erhalten[73]
O
O
O
p-HydrochinonTetralin 200degC
O
O
O
O
O
O
O
AcCl MeOH40 degC
20 93
NaOMeMeOH ∆quantitativ
O
O
O
O
LAH THF70degCOH
OH
KOH 18-Krone-6THF 40 degC90
ClCl
PPh3Cl2PyridinCH3CN CH2Cl255 degC
74 94
3031
32 33
343536
29
Abbildung 26 Synthese der Seitenwand 29 der Pinzette
Das Grundgeruumlst der Pinzette wird in zwei Schluumlsselschritten aufgebaut Zuerst werden in
einer Diels-Alder-Reaktion die Seitenwaumlnde 29 mit dem Spacer 14 verknuumlpft Es hat sich
herausgestellt dass die Bedingungen fuumlr diese Reaktion aumluszligerst sorgfaumlltig eingestellt werden
muumlssen Die Loumlsung in der Ampulle soll bevor sie zugeschmolzen wird gruumlndlich entgast
werden und unter Vakuum abgeschmolzen werden Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Anschlieszligend werden mit 23-Dichlor-56-dicyano-
benzochinon (DDQ) die in der letzten Reaktion gebildeten Sechsringe aromatisiert[53 73]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21
2
O
O
O
O
O
O
O
O
Toluol Acetonitril Et3NAmpulle 170 degC41
DDQ Toluol 120 degC82
O
O
O
O
29
14
37
13
Abbildung 27 Darstellung des Pinzetten-Grundgeruumlstes
Die Acetoxyfunkionen werden mit Lithiumaluminiumhydrid entschuumltzt (Abb 27)[53 73] Die
darauffolgende Reaktion mit Methylphosphonsaumluredichlorid und die anschlieszligende Hydrolyse
mit SalzsaumlureWasser ergab laut DC-Kontrolle zwar das Produkt dieses konnte jedoch trotz
aufwendiger Saumlulenchromatographie nur in sehr geringer Ausbeute und wegen des polaren
Elutionsmittels immer noch stark verunreinigt isoliert werden Deswegen wurde die Reaktion
mit Methylphosphonsaumluredichlorid hier mit Methanol abgebrochen (Abb 28) Das Produkt
39 kann einfach uumlber Kieselgel saumlulenchromatographisch gereinigt werden und der als
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 22
Nebenprodukt entstandene Methylphosphonsaumluredimethylester durch Trocknen im
Hochvakuum bei etwa 50 degC entfernt werden Der Methylphosphonsaumluremethylester 39 wird
abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten Das erhaltene Bisphosphonat-Salz 11 ist gut in
polar aprotischen und protischen Loumlsungsmitteln wie DMSO Acetonitril Methanol oder
Wasser loumlslich
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 23
Abbildung 28 Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11
O
O
O
O
OH
OH
O
O
P
P
OO
O
O
O
O
P
P
OO-
O
O-
2 Li+
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT56
LAH THF ∆98
LiBr Acetonitril ∆80
13
38
39
11
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 24
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Die Komplexierungseigenschaften der Klammer wurden hauptsaumlchlich mit 1H-NMR-
Methoden untersucht Um festzustellen ob eine Komplexierung des Gastes stattfindet
wurden die chemischen Verschiebungen der Gastprotonen und der Wirtprotonen in einer
11-Mischung mit den chemischen Verschiebungen der reinen Wirt- und der reinen
Gastprotonen verglichen Eine markante Hochfeld-Verschiebung im Komplex im Vergleich
zu den chemischen Verschiebungen der reinen Verbindungen weist auf eine Veraumlnderung der
chemischen Umgebung hin und hier spezifisch auf einen Einschluss in der Kavitaumlt Dabei ist
darauf zu achten dass alle Loumlsungen die gleiche Konzentration haben um eventuelle
konzentrationsabhaumlngige Aumlnderungen auszuschlieszligen
Falls die gewuumlnschte Aumlnderung der chemischen Verschiebung beobachtet wird wird die
Loumlsung anschlieszligend schrittweise verduumlnnt Aus dieser Verduumlnnungstitration kann die
Bindungskonstante ermittelt werden[79] Dabei muss allerdings beachtet werden dass Signale
die waumlhrend der Verduumlnnungstitration beobachtet werden keinen konzentrationsabhaumlngigen
Shift aufweisen Um dies sicherzustellen wurde immer parallel zur Titration eine Probe des
Gastes bei der entsprechenden Anfang- und Endkonzentration vermessen Zeigten die
beobachteten Gast-Signale einen konzentrationsabhaumlngigen Shift dann wurde eine
konventionelle NMR-Titration durchgefuumlhrt bei der die Konzentration der beobachteten
Komponente konstant gehalten wurde waumlhrend die andere Komponente sukzessive
hinzutitriert wurde
Vor der Durchfuumlhrung der Bindungsexperimente wurde die Bisphosphonat-Klammer 10 auch
auf Veraumlnderungen ihrer chemischen Verschiebungen bei Verduumlnnung hin uumlberpruumlft Bei
einer Verduumlnnung um einen Faktor von uumlber 30 wurde festgestellt dass die aromatischen
Signale der Bisphosphonat-Klammer 10 in waumlssriger Loumlsung lediglich einen
nichtsignifikanten Shift von etwa 003 ppm zeigten Die aliphatischen Signale des
Tetrabutylammoniums jedoch zeigten einen deutlichen Hochfeld-Shift von 011 bis 014 ppm
Dies weist auf einen Einschluss des Tetrabutylammoniums in der Kavitaumlt der Klammer hin
Weiterfuumlhrende Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner zeigten dass dieser Effekt
geringer wird wenn das Loumlsungsmittel unpolarer wird und anstatt von reinem Wasser ein
MethanolWasser-Gemisch (11) oder reines Methanol verwendet wird Auszligerdem ergaben
direkte Vergleiche zwischen Assoziationskonstanten von Komplexen des
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 25
Tetrabutylammoniumsalzes 10 und des Lithiumsalzes 24 mit NAD+ dass das
Tetrabutylammonium eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste bei der Komplexierung darstellt[75] Aus
diesem Grund und wegen der einfacheren Aufreinigung des Bisphosphonsaumlureesters 23
wurden ab diesem Zeitpunkt alle weiteren Bindungsexperimente mit dem Lithiumsalz 24
durchgefuumlhrt
Zur quantitativen Auswertung der Bindungsexperimente wurden in der Regel die stark
shiftenden Signale der Gast-Molekuumlle benutzt Bei den Bindungsexperimenten mit
N-Alkylpyridiniumsalzen und der Bisphosphonat-Klammer 10 wurden in der Regel die
Signale des Wirtes zur Auswertung benutzt um eine bessere Vergleichbarkeit mit den
fruumlheren Ergebnissen von Christian Jasper zu erhalten
In ersten Bindungsexperimenten mit der Bisphosphosphonat-Klammer 10 konnte Christian
Jasper beobachten dass die Klammer in waumlssriger Loumlsung keine Wechselwirkung mit
Ammonium-Verbindungen eingeht In DMSO findet eine Bindung statt jedoch ist diese
hauptsaumlchlich auf eine Wechselwirkung zwischen den Bisphosphonat-Einheiten und dem
Ammonium-Kation zuruumlckzufuumlhren wie Vergleiche zwischen der Bisphosphonat-Klammer
10 und dem Bisphosphonat-Spacer 27 zeigten Sowohl die Bisphosphonat-Klammer 10 als
auch der Bisphosphonat-Spacer 27 binden in DMSO Ammoniumkationen mit einer
Bindungskonstante von etwa 103 M-1 Auszligerdem wurde im 1H-NMR-Spektrum kein
Hochfeldshift der Bisphosphonat-Klammer-Signale beobachtet Daraus laumlsst sich schlieszligen
dass die Kavitaumlt hier nicht an der Bindung beteiligt ist welche daher vor allem auf Coulomb-
Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem positiv geladenen
Ammoniumkation beruht[64]
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Inklusion weiterer potentieller kationischer Gaumlste
uumlberpruumlft werden Von besonderem Interesse waren dabei zunaumlchst die basischen
Aminosaumluren Arginin und Histidin da diese bei spaumlteren Versuchen in biologischer
Umgebung eine Konkurrenz zur Bindung von NAD+ in der Klammer darstellen wuumlrden
Sowohl Arginin als auch Histidin erscheinen mit ihrer planaren kationischen Struktur
praumldestiniert fuumlr die Komplexierung im elektronenreichen schlanken Innenraum der Klammer
Weder Guanidinumhydrochlorid 40 noch C- und N-terminal geschuumltztes Arginin 41 zeigten in
waumlssriger Loumlsung jedoch eine Wechselwirkung mit der Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 26
NH2+ Cl-
NH
H2N
NH2+ Cl-
NH
H2NNHBz
CO2Et40 keine Shifts 41 keine Shifts
Abbildung 29 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete guanidiniumhaltige Gaumlste
Im Falle von Histidin wurde der Nachweis einer moumlglichen Komplexierung dadurch
erschwert dass der Imidazolium-Ring einen relativ niedrigen pKs-Wert von ca 6 hat
Aufgrund dieses niedrigen pKs-Wertes zeigen alle Imidazolium-Derivate (Abb 210) eine
signifikante konzentrationsabhaumlngige Aumlnderung der chemischen Verschiebung ihrer
aromatischen Signale Aus diesem Grund wurde stets bei gleichbleibender Konzentration
titriert Sowohl Imidazoliumhydrochlorid 42 als auch Histaminhydrochlorid 43 zeigten
waumlhrend der Titration zwar deutliche Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber die
Auftragung der Shifts ergab keine Saumlttigungskurve Im Vergleich dazu wurden beim C-
terminal geschuumltzten Histidin nur sehr geringe Shifts beobachtet Das C- und N-terminal
geschuumltzte Histidin 45 zeigte zwar auch Shifts aber es war nicht moumlglich hierzu eine
Bindungskonstante zu bestimmen Da die Shifts in fast allen Faumlllen auf eine
Protonenuumlbertragung schlieszligen lieszligen weil der Endwert der chemischen Verschiebung in der
Naumlhe der deprotonierten Spezies lag wurde das C- und N-terminal geschuumltzte Histidin 45
ebenfalls in Natriumphosphatpuffer (pH 7 65-facher Puffer-Uumlberschuss) titriert Auch hier
waren Shifts im Histidin zu beobachten nicht allerdings in der Bisphosphonat-Klammer 10
Insgesamt erscheint es unwahrscheinlich dass die beobachteten Shifts auf einen Einschluss in
der Kavitaumlt zuruumlckzufuumlhren sind da bei einer Komplexierung immer auch signifikante
Hochfeld-Shifts der aromatischen Protonen der Bisphosphonat-Klammer auftreten
Das NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 ist im Gegensatz zu den anderen getesteten
Imidazolium-Derivaten ein permanentes Kation ndash die Hydrochloride liegen immer im
Gleichgewicht mit ihrer deprotonierten Form vor 46 wird daher auch mit einer
Bindungskonstante von 7940 M-1 in der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Hier treten
wieder alle gewohnten Effekte auf
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 27
N+
N
H
H
Cl- N+
N
H
H
NH3+
2 Cl-N+
N
H
H
NH3+
CO2Me
2 Cl-
N+
N
H
H
NH
CO2Me
OOCl-
42 Shifts keineSaumlttigung
43 Shifts keineSaumlttigung
44 kleine Shifts 45 Shifts
N+
N
I-
46 Ka = 7940 M-1
081
Abbildung 210 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete imidazoliumhaltige Gaumlste Die angegebene Bindungskonstante sowie der ∆δsat-Wert gelten fuumlr die Bindung in Wasser
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+
Im Gegensatz zu den in Wasser abgewiesenen Ammoniumkationen zeigt die Bisphosphonat-
Klammer 10 eine starke Komplexierung von N-Alkylpyridiniumkationen und verwandten
Verbindungen in ihrer Kavitaumlt In ersten Untersuchungen die von Christian Jasper
durchgefuumlhrt wurden stellte sich heraus dass die Bisphosphonat-Klammer 10
N-Alkylpyridiniumkationen in Wasser mit einer Affinitaumlt von mindestens 103 bis 104 M-1
bindet (Abb 211 und 212)[64 65] Auffaumllligerweise werden in protischer Loumlsung nur
permanente Kationen komplexiert Hydrochloride wie zB Pyridinhydrochlorid werden nicht
eingeschlossen Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass keine permanente Ladung
vorhanden ist oder eine groszlige Solvatationshuumllle vorhanden ist welche nicht von der
Bisphosphonat-Klammer 10 entfernt werden kann Von besonderem Interesse sind neben den
N-Alkylpyridinium-Farbstoffen (Abb 211) der Cofaktor NAD+ 52 und dessen
Modellverbindung N-Methyl-Nikotinamid 51 (Abb 212)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 28
H H
H
H
H HN+
N(n-Bu)2
I-
N+ N+ OH
2 BF4-
094
256 243
085
074
-010 -009 H H H049049060
085
47 48
Abbildung 211 Getestete Farbstoffe auf N-Alkylpyridinium-Basis Die ∆δsat-Werte fuumlr die Bindung in Wasser sind an den Protonen vermerkt
OHOH
N+O
ON+ N
I- I-
N+
NH2
O
I-
N
NN
N
NH2
O
OHOH
OPOO-
OPO
OOHO
N+
NH2
O
50 Ka = 9400 M-149 Ka = 4800 M-1 51 Ka = 12700 M-1
52 Ka = 6500 M-1
HH
HH
H
HH
020
018016
028036
048
049
H
HH
H175
228262
124076
Abbildung 212 Getestete N-Alkylpyridiniumsalze und N-Alkylpyraziniumiodid 50 Die angegebenen Bindungskonstanten gelten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser Beim Nikotinamid 51 und NAD+ 52 sind die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen in ppm angegeben
Im Gegensatz zu den bereits bekannten Pinzetten von Nolte et al ndash die aufgrund ihrer
Praumlorganisation ebenfalls flache Pyridiniumkationen binden koumlnnen ndash erlaubt die
Bisphosphonat-Klammer 10 die Untersuchung dieser Komplexierung in Wasser Auszligerdem
besitzt die Bisphosphonat-Klammer 10 ein selektiveres Gastprofil das sich auf
elektronenarme Aromaten zu begrenzen scheint wohingegen Noltersquos Klammer einen Vielzahl
an aromatischen Gaumlsten wie zB verschiedene Phenole einschlieszligt[34 80]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 29
Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Farbstoffen
Bei der Bindung der Farbstoffe aus Abb 211 in der Bisphosphonat-Klammer 10 konnten
trotz eindeutiger Shifts im 1H-NMR-Spektrum keine Farbaumlnderung oder eine Aumlnderung des
UVVis Spektrums beobachtet werden[64] Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein weiterer
N-Alkylpyridinium-Polymethin-Farbstoff 53 untersucht (Abb 213) Aufgrund seiner
geringen Loumlslichkeit wurde lediglich ein 21-Gemisch aus Bisphosphonat-Klammer 10 und
Farbstoff betrachtet Das Gemisch zeigt auch hier im 1H-NMR-Spektrum aufgrund der stark
verschobenen aromatischen Signale eindeutige Hinweise auf eine Komplexierung (Abb
213) jedoch trat auch in diesem Fall keine Farbaumlnderung bei der Komplexierung auf
Moumlglicherweise ist der HOMO-LUMO-Abstand zwischen dem Naphthalin-Donor und dem
Pyridinium-Akzeptor zu groszlig
NN+
Br
BF4-
025
025
050-065
53 WirtGast = 21-Gemisch
00
Abbildung 213 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung von Polymethin-Farbstoff 53 im 21-Gemisch mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Bindungsexperimente mit NAD+ und NAD+-Modellverbindungen
NAD+ 52 und NADP 57 gehoumlren zu den wichtigsten Cofaktoren die in der Natur
vorkommen Bei nahezu einem Viertel aller bekannten enzymatischen Reaktionen handelt es
sich um Redox-Reaktionen Ein Groszligteil der beteiligten Enzyme braucht NAD+ 52 oder
NADP 57 als Cofaktor[81] Dehydrogenasen katalysieren zB mit Hilfe dieser Cofaktoren die
Oxidation von Alkoholen zu den entsprechenden Carbonyl-Verbindungen[82-84] Auszligerdem
spielt NAD+ 52 eine wichtige Rolle bei der Replikation und Reparatur der DNA die DNA-
Ligase die sowohl an der Replikation als auch an der Reparatur der DNA beteiligt ist braucht
NAD+ 52 als Cofaktor zur Uumlbertragung eines Adenosyl-Restes auf das 5rsquo-Ende eines DNA-
Einzelstrangbruchs[82 85 86] Im Enzym befindet sich NAD+ haumlufig in der sogenannten
Rossmann-Falte[87-89] Sowohl das Adenin als auch das Nikotinamid befinden sich in einer
hydrophoben Tasche und werden dort von hydrophoben Wechselwirkungen und dispersiven
Kraumlfte gehalten[90]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 30
Die bislang bekannten kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr NAD+ 52 nutzen fuumlr ihre Komplexierung
die Wechselwirkung zwischen den negativ geladenen Phosphaten des NAD+ 52 und einem
makrozyklischen Anionen-Rezeptor[91] einem acridiniumfunktionalisierten
Azakronenether[92] oder protonierten Azakronenether[93] Der Nikotinamidring an dem die
Katalyse stattfindet wurde bislang jedoch nicht gezielt komplexiert
Wegen der groszligen Bedeutung von NAD+ 52 waren die anfangs noch von Christian Jasper
durchgefuumlhrten Untersuchungen von besonderem Interesse Bereits in den ersten
Bindungsexperimenten mit NAD+ 52 waren nicht nur Shifts bei den Protonen des
Nikotinamids zu sehen sondern auch bei denen des Adenins (Abb 212) Diese Befunde
werden von Molecular Modelling Untersuchungen unterstuumltzt (Abb 214)[64 65] Waumlhrend das
Nikotinamid sich in der Kavitaumlt befindet orientiert sich das Adenin-Ringsystem parallel zur
Naphthalin-Seitenwand der Bisphosphonat-Klammer 10 Denkbar waumlre jedoch auch eine
Struktur bei der sich das Adenosin in der Kavitaumlt befindet und das Nikotinamid auszligen an der
Naphthalin-Seitenwand andockt Von der Seite betrachtet befinden sich in beiden Faumlllen die
vier Ringssysteme uumlbereinander und koumlnnen so π-π-Stapelwechselwirkungen ausbilden Um
mehr Informationen uumlber die tatsaumlchliche Struktur des Komplexes zu gewinnen wurde im
Rahmen dieser Arbeit die Komplexierung von Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54 und
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 in der Bisphosphonat-Klammer 10 getrennt untersucht
um die einzelnen Beitraumlge der beiden Bestandteile von NAD+ zu quantifizieren Die
verhaumlltnismaumlszligig niedrigen ∆δsat-Werte des Komplexes von NAD+ und der Bisphosphonat-
Klammer 10 deuten daraufhin dass der Nikotinamid-Ring sich nicht permanent in der Kavitaumlt
befindet Bei einer dauerhaften Komplexierung muumlssten die beobachtete Werte deutlich houmlher
liegen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 31
Abbildung 214 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Zwischen den Strukturen gibt es lediglich eine Energiedifferenz von etwa 1 kJmol
Wie bereits nach der Betrachtung der Molecular Modelling Ergebnisse vermutet wurde bildet
die Bisphosphonat-Klammer 10 auch Komplexe mit dem natuumlrlichen Nucleosid
2rsquo-Desoxyadenosin 55 oder AMP 56 aus (Abb 215) 2rsquo-Desoxyadenosin 55 wird mit einer
auffaumlllig hohen Bindungskonstante gebunden (Ka = 5151 M-1) waumlhrend AMP 56 mit einer
deutlich geringeren Bindungskonstante gebunden wird (Ka = 1126 M-1) Dieser Unterschied
deutet darauf hin dass sich das negativ geladene Phosphat des AMP 56 und die ebenfalls
negativ geladenen Phosphonate des Wirtes 10 gegenseitig abstoszligen und so die Bindung
schwaumlchen Die im Vergleich zu NAD+ 52 etwas schwaumlchere Bindung von NADP 57
unterstuumltzt diese Uumlberlegung Dies spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen
der beiden Komplexe wieder (Abb 216) Im Gegensatz zum 2rsquo-Desoxyadenosin 55 ist AMP
56 unter Verzicht auf eine Ribose-OH-Phosphat-Wasserstoffbruumlcke so in der Kavitaumlt
angeordnet dass sein Phosphat moumlglichst weit von den Phosphonaten des Wirtes entfernt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 32
H
O
OH
HO
H
N
NN
N
NH2
HH
O
OH
O
N
NN
N
NH2
HPO
NaOONa
025
044
020
018
O
OHOH
OPO-
OHO
H
N+
NH2
O
H
HH
H020
025
044046
009
N
N N
N
NH2
O
O OH
O POH
OHH
H
O
OHOH
OPO-
OO
H
N+
NH2
O
H
HH
H
049
036
028
016018
020
048
P OHOO-
NMN 54 Ka = 6760 M-1 plusmn 23
55 Ka = 5151 M-1 plusmn 6 AMP 56 Ka = 1126 M-1 plusmn 19
NADP 57 Ka = 1444 M-1 plusmn 14
Abbildung 215 Bindungsexperimente mit NADP 57 und NAD+-Teilstrukturen Die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen sind in ppm angegeben
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 33
Abbildung 216 Berechnete Strukturen der Komplexe von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 (links) und AMP 56 (rechts) in der Bisphosphonat-Klammer 10 (links) in der Bisphosphonat-Klammer 56 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Da AMP 56 immerhin von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden wird kann davon
ausgegangen werden dass auch der Adenin-Teil des NAD+ 52 in der Kavitaumlt der Klammer 10
gebunden wird Es ist also anzunehmen dass ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt in dem
ein Teil der Nikotinamid-Reste und ein Teil der Adenin-Reste eingeschlossen ist Allerdings
deutet die erheblich staumlrkere Bindung des NMN 54 im Vergleich zum AMP 56 daraufhin
dass mehr Nikotinamid als Adenin gebunden vorliegt Dieses Gleichgewicht muss auf der
NMR-Zeitskala schnell sein da nur gemittelte ∆δsat-Werte ermittelt werden koumlnnen und keine
Aufspaltung der entsprechenden Signale beobachtet wird
Ein Vergleich der beiden elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale unterstuumltzt diese Annahme
erheblich der Nikotinamid-Ring ist insgesamt viel positiver geladen als der Adenin-Ring
(Abb 217) Es sollte allerdings beruumlcksichtigt werden dass die elektronischen
Oberflaumlchenpotentiale in der Gasphase berechnet werden und die elektrostatische
Wechselwirkung zwischen den polarisierten Aromaten in waumlssriger Loumlsung nicht allein an der
Komplexierung beteiligt ist Wenn die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Gast- und
Wirtaromat in waumlssriger Loumlsung ausschlaggebend waumlre dann wuumlrde im Falle des NAD+ 52
gar keine Komplexierung des Adenins stattfinden Dies deutet daraufhin dass andere Effekte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 34
wie zB der hydrophobe Effekt und dispersive Kraumlfte auch eine wichtige Rolle bei der
Komplexierung spielen
Abbildung 217 Die Struktur (links) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (rechts) von NAD+ 52 Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 aus der Struktur von NAD+ im Komplex welche aus einer Monte Carlo-Berechnung erhalten wurde[72]
Der Komplex von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 konnte trotz
seiner relativ geringen freien Bindungsenergie zusaumltzlich in ESI-MS-Spektren nachgewiesen
werden (Abb 218)
Abbildung 218 ESI-MS-Spektrum des Komplexes von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Das Spektrum wurde im negativen Bereich aufgenommen Die berechnete Massen sind [10+55]2- 421 [10-OPOMe]- 515 [10+H+]- 593 [10+Na+]- 615 [10+Bu4N+]- 834 [10+Bu4N++Na+] 866 [10+Bu4N++55]- 1085 Uumlber mz = 1100 wurden keine Peaks gefunden
Neuere Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner haben gezeigt dass die Komplexierung
von NAD+ 52 stark pH-Wert abhaumlngig ist Bei Betrachtung des Komplexes aus NAD+ 52 und
der Bisphosphonat-Klammer 24 in Puffer wurden wieder die gewohnten starken Hochfeld-
Shifts beobachtet Somit scheint die Komplexierung stark vom Protonierungsgrad der
Phosphate abhaumlngig zu sein[94]
mz400 600 800 1000
Cou
nts
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1085
834
615593
515
421866
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 35
Bindungsexperimente mit A2E
Ein weiterer Naturstoff auf N-Alkylpyridinium-Basis ist N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
(A2E) 58 (Abb 219) A2E 58 spielt eine maszliggebliche Rolle bei der Entstehung der
altersbedingten Makuladegeneration (AMD) AMD ist eine der Hauptursachen fuumlr
altersbedingte Sehstoumlrungen[95 96] Weltweit sind ca 25 der uumlber 75-jaumlhrigen von
unterschiedlichen Stufen dieser Erkrankung betroffen Fuumlr 5 dieser Altersgruppe hat die
Krankheit eine hochgradige Sehbehinderung zur Folge[97] Man unterscheidet zwischen der
feuchten und trockenen Form der AMD Die feuchte Form wird durch abnorme Blutgefaumlszlig-
Bildung in der Makula und unter der Retina verursacht Die trockene Form an der 90 der
Patienten leiden wird durch Ablagerungen auf der Makula verursacht Dadurch kommt es zu
einer Makula-Atrophie und die Funktion der Lichtrezeptoren ist stark eingeschraumlnkt
Hauptsaumlchlich der retinale Pigmentepithel ist von der AMD betroffen Genaue Ursachen
dieser Krankheit sind bislang weitgehend unbekannt Therapiemoumlglichkeiten gibt es bis zum
heutigen Tage noch nicht aber es gibt Moumlglichkeiten das Fortschreiten der Krankheit mit
negativ geladenen Phospholipiden wie zB Phosphatidylglycerol[98] blaues Licht filternden
Molekuumllen wie Lutein[98] oder durch das Implantieren von einer blaues Licht filternden Linse
zu bremsen[99] Diese Methoden haben bislang jedoch noch keine klinische Anwendung
A2E 58 und seine Isoform mit einer cis-Doppelbindung in Nachbarstellung zum Pyridinring
iso-A2E kommen gehaumluft in den Lysosomen und Mitochondrien der Zellen der Retina
vor[100-103] Mit steigendem Alter nimmt die Konzentration an A2E 58 in den Epithelialzellen
zu[104] Die Uumlberlastung der Epithelialzellen mit diesem Kation ist vermutlich die Ursache fuumlr
die pathogenen Schritte Zwar initiiert A2E 58 die Freisetzung der pro-apoptotischen Proteine
Cytochrom c und dem Apoptose-induzierenden Faktor aber A2E 58 ist kein generelles
mitochondriales Gift A2E 58 verhindert die kardiolipinvermittelte Bindung von Cytochrom c
an die Cytochrom c Oxidase (COX) Vermutlich konkurriert A2E 58 mit Kardiolipin bei der
Bindung an Cytochrom c Dies fuumlhrt zu einer Anhaumlufung an Cytochrom c in der Zelle was
einerseits eine Unterbrechung der Atmungskette der Zelle und damit die Entstehung von
oxidativem Stress und andererseits die Ausloumlsung der Apoptose zur Folge hat[98]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 36
Abbildung 219 A2E 58 mit ∆δmax fuumlr die Bindung in Methanol-d4D2O = 31 (links) und die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von A2E 58 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Diese Struktur entspricht der mit einer Wasserbox berechneten (Sybyl 67 Tripos Kraftfeld)[105]
Aufgrund der geringen Loumlslichkeit von A2E 58 in Wasser wurde die NMR-Titration mit der
Bisphosphonat-Klammer 10 in einem Methanol-d4D2O-Gemisch durchgefuumlhrt Das
Bindungsexperiment zeigte deutliche Hochfeld-Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber
aufgrund der Komplexitaumlt des Spektrums war es nur moumlglich fuumlr ein Proton ∆δmax zu
bestimmen Die resultierende Bindungskonstante ist vergleichbar mit denen anderer
N-Alkylpyridiniumsalze Im Molecular Modelling-Bild zeigt sich warum die
Bindungskonstante von etwa 2000 M-1 trotz sterisch relativ anspruchsvollen Substituenten am
Pyridiniumring nur unwesentlich niedriger ist als bei den anderen Pyridinium-Derivate Trotz
der sperrigen Substituenten ist es immer noch moumlglich den Pyridinium-Ring zu komplexieren
ohne dass die Substituenten dabei stoumlren Um den Einfluss diskreter Wassermolekuumlle auf die
Struktur bestimmen zu koumlnnen wurde die energetisch guumlnstigste Struktur einer Monte Carlo
Simulation in einer Wasserbox minimiert Die Wasserbox zeigte dabei keinerlei Einfluss auf
die Struktur des Komplexes
A2E 58 zeigt aufgrund seiner hydrophoben Terpen-Seitenketten eine deutliche Einlagerung in
Modellmembranen[102 106] Damit ist A2E 58 gut geeignet fuumlr Langmuir-Blodgett
Experimente an Modellmembranen[107] Mit der Acetat-Pinzette 12 wurden bereits erste
Versuche in Modellmembranen gemacht[108] Die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt selbst
N+
H
HO
092
Ka = 2125 M-1 plusmn 19
58
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 37
jedoch nur relativ geringe zusaumltzliche pA-Shifts bei der Einlagerung in eine monomolekulare
Schicht aus Stearinsaumlure (Abb 220) Erst beim Auftropfen von 2 Aumlquivalenten der
Bisphosphonat-Klammer 10 auf die gespreizte Lipidschicht ist ein Zuwachs der Monoschicht
um ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Wird dagegen eine reine Strearinsaumlure-Monoschicht uumlber
eine 10-7 M Loumlsung aus A2E 58 in Wasser erzeugt so ist auch in diesem Fall ein pA-Shift
von ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Dies ist einen bemerkenswerter Anstieg da Langmuir-
Blodgett Experimente uumlblicherweise bei Konzentrationen durchgefuumlhrt werden die um drei
Groumlszligenordnungen uumlber der hier gewaumlhlten Konzentration liegen Die zeigt die effektive A2E-
Einlagerung in der Stearinsaumlure-Monoschicht an Bei der kombinierten Einlagerung der
Bisphosphonat-Klammer 10 in die Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber eine Loumlsung von A2E 58
in Wasser wurde jedoch wieder lediglich ein Anstieg von 2 AringMolekuumll beobachtet Somit
erfolgte also kein zusaumltzlicher Anstieg der Monoschicht der auf die Bildung eines Komplexes
hindeuten wuumlrde welche die Monoschicht zusaumltzlich aufweitet (Abb 220)
-1
4
9
14
19
24
29
34
20 22 24 26 28 30 32 34 36
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
S H2OS + 2eq 10 H2OS A2ES + 2eq 10 A2E
Abbildung 220 DruckFlaumlche-Diagramm der Filmwaage-Untersuchung zur Bindung von A2E 58 an die immobilisierte Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Diese Beobachtung koumlnnte auf folgende Ursache zuruumlckzufuumlhren sein Gemaumlszlig ihrer
Amphiphilie sollte sich die Bisphosphonat-Klammer 10 in der Monoschicht mit ihrer Oumlffnung
nach oben ausrichten also von der Subphase abgewandt (Abb 221) Daher kann sie kein
zusaumltzliches A2E 58 aus der Subphase aufnehmen Obwohl dieser Zustand natuumlrlich
a a
b b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 38
dynamisch ist und in der fluiden Membran sicherlich auch Molekuumlle mit ihrer Kavitaumlt nach
unten ausgerichtet sind koumlnnte die Umorientierung zuviel Energie kosten und so die
effiziente Komplexierung von A2E 58 verhindern
P-
P-
P-
P-
P-
P-
Abbildung 221 Schematische Darstellung der vermuteten Anordnung der Bisphosphonat-Klammer 10 in der Stearinsaumlure-Monoschicht
In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit Epithelzellen die von der Firma Lynkeus
Biotech durchgefuumlhrt wurden konnte beobachtet werden dass die Bisphosphonat-Klammer
10 die Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das
Potential der Bisphosphonat-Klammer 10 sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen
Bei den Untersuchungen zur NAD+ Bindung wurde uumlberraschend festgestellt dass nicht nur
kationische Aromaten in der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert werden sondern dass
auch das elektronenarme neutrale Adenosin relativ stark gebunden wird Dieser Befund wirft
die Frage auf wie das Komplexierungsverhalten der Bisphosponat-Klammer in Hinblick auf
die anderen Nukleinbasen und verwandte Verbindungen aussieht
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung der Nukleinbasen[82] standen sie schon fruumlh
im Mittelpunkt des Interesses supramolekularer Chemiker[109] Dementsprechend gibt es eine
groszlige Vielfalt an kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr Nukleinbasen[24 110-117] insbesondere fuumlr
Adenin[118-120] Diese Rezeptoren benutzen meist eine Kombination aus Wasserstoff-Bruumlcken
und π-π-Wechselwirkungen zur Komplexierung des Gastes Die historisch ersten Rezeptoren
arbeiteten noch in organischer Loumlsung aber spaumltere Generationen wie zB Rezeptoren auf
Cyclophan-Basis erkennen Nukleotide in Wasser[118] Mit Rezeptoren auf Phenanthridinium-
Basis werden in gepufferter Loumlsung sogar Bindungskonstanten bis zu 106 M-1 erreicht[121]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 39
Nukleoside
Bei unseren Bindungsexperimenten wurde der Schwerpunkt auf die Untersuchung der
Komplexierung von Nukleosiden und Nukleotiden gelegt da die unsubstituierten
Nukleinbasen sich als sehr schwer wasserloumlslich herausstellten und kaum biologische
Bedeutung haben Ein Vergleich der Ka-Werte fuumlr die Bindung von Nukleosiden in der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt auf den ersten Blick dass die Bindungskonstanten alle in
gleichen Groumlszligenordnung liegen (Abb 222) Dabei werden die beiden Nukleotide
2rsquo-Deoxyadenosin 55 und 2rsquo-Deoxycytidin 62 relativ stark gebunden waumlhrend
2rsquo-Deoxyguanosin 59 2rsquo-Deoxythymidin 60 und 2rsquo-Deoxuridin 61 um dem Faktor zwei bis
drei schwaumlcher gebunden werden
O
OH H
HON
NH
O
O
H3C
H
H
O
OH
N
NN
N
NH2
H
025
044
020
2-Deoxyadenosin 55Ka = 5151 M-1 plusmn 6
HO
NH
N
N
O
NH2N
O
OH H
HO
H
NH
O
ON
O
OH H
HOH
O
OH H
HON
N
NH2
O
H
H
2-Deoxyguanosin 59Ka = 1859 M-1 plusmn 11
2-Deoxythymidin 60Ka = 2364 M-1 plusmn 12
2-Deoxyuridin 61Ka = 2467 M-1 plusmn 14
2-Deoxycytidin 62Ka = 7358 M-1 plusmn 6
030
025H
035
062
024
147
024
047
085
016
Abbildung 222 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleosiden Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser sind an den jeweiligen Nukleosiden vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei der Analyse der Aumlnderungen in den chemischen Verschiebungen im Komplex faumlllt auf
dass die Protonen an den aromatischen Ringsystem ausnahmslos starke Hochfeldshifts
aufweisen die Fuumlnfringe zeigen jedoch etwas geringere Shifts als die Sechsringe Das
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 40
anomere Wasserstoffatom an der 1rsquo-Position zeigt auszligerdem in allen Faumlllen immer noch einen
deutlichen Hochfeldshift waumlhrend die anderen Protonen der Ribose nur verschwindend
geringe Aumlnderungen ihrer chemischen Verschiebung aufweisen Dies deutet daraufhin dass
sich das elektronenarme Ringsystem der Nukleinbasen wie erwartet in der Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Klammer befindet Besonders deutlich wird dies bei der Betrachtung der
chemischen Verschiebungen des 2rsquo-Deoxythymidins 60 und 2rsquo-Deoxuridins 61 Waumlhrend das
Thymidin eine sterisch relativ anspruchsvolle Methylgruppe besitzt welche die
Komplexierung erschwert hat das Uridin an der gleichen Position ein Wasserstoffatom
Dadurch wird die Komplexierung erleichtert was sich zwar nicht auf die Bindungskonstante
niederschlaumlgt aber wohl auf den ∆δsat-Wert Dies bedeutet vermutlich dass die Ringsysteme
unterschiedlich in der Kavitaumlt angeordnet sind Eine quantenchemische Berechnung der
chemische Verschiebungen im Komplex koumlnnte diesbezuumlglich bei der Aufklaumlrung helfen[61]
Ein Vergleich der Bindungskonstanten mit dem elektrostatischen Oberflaumlchenpotential der
Nukleinbasen zeigt eine verhaumlltnismaumlszligig gute Korrelation (Abb 223) Adenosin hat deutlich
groumlszligere elektronenarme Flaumlchen als Guanosin Bei den Pyrimidin-Basen sind nur kleine
Unterschiede sichtbar welche den Selektivitaumltsunterschied nicht erklaumlren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 41
Abbildung 223 Die Struktur (rechts) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (links) der Nukleosiden Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau)[72] Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung der entsprechenden Nukleoside an die Bisphosphonat-Klammer 10 ist bei den Nukleinbasen vermerkt
Nukleotide
Nach den Nucleoside wurden auch die entsprechenden Nukleotide auf ihre
Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Bis auf das AMP 56 werden jedoch keine anderen
Nukleotide von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Alle Aumlnderungen in Ihren
chemischen Verschiebungen sind so gering (lt 003 ppm) dass eine Komplexierung
ausgeschlossen werden kann Auch Adenosintriphosphat 67 (ATP) wird nicht gebunden
wahrscheinlich generell wegen der starken Phosphonat-Phosphat-Abstoszligung bei der
Annaumlherung der Komplexpartner
Adenosin Ka = 5151 M-1 Guanosin Ka = 1859 M-1
Thymidin Ka = 2364 M-1 Uridin Ka = 2467 M-1
Citidin Ka = 7358 M-1
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 42
OO
N
NH
O
O
OH
PO
ONaNaO
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
NaOONa
NH
N
N
O
NH2N
OO
H
PO
NaOONa
OHOH
NH
O
ON
OO
OH OH
PO
NaOONa O
ON
N
NH2
O
OH OH
PO
NaOONa
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
OONa
PO
OOH
PO
HOONa
018
AMP 56Ka = 1126 M-1 plusmn 19
GMP 63 Ka lt 10 M-1
TMP 64Ka lt 10 M-1
UMP 65Ka lt 10 M-1
CMP 66Ka lt 10 M-1
ATP 67Ka lt 10 M-1
Abbildung 224 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleotiden Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsa-Werte der beobachteten Signale
Auffaumllligerweise bindet auch Cytidinmonophosphat 66 (CMP) nicht in der Bisphosphonat-
Klammer 10 obwohl 2rsquo-Deoxycytidin 59 sogar die groumlszligte Bindungskonstante unter den
Nukleosiden aufweist Die Bindung von AMP 56 ist deshalb wahrscheinlich auf die groumlszligere
aromatische Flaumlche des Adenins im Vergleich zum Cytidin zuruumlckzufuumlhren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 43
Wirkstoffe auf Nukleosid-Basis
Da die Bisphosphonat-Klammer 10 eine starke Bindung der Nukleoside zeigt wurde das
Komplexierungsverhalten von weiteren Verbindungen auf Nukleosid-Basis uumlberpruumlft
Zunaumlchst wurden zwei Nukleosid-Analoga getestet die (potentielle) Therapeutika sind Das
3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 und 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69
sind beide sehr effiziente Inhibitoren fuumlr das menschliche (human) Immunodefizienz-Virus
(HIV)[122] Diese besitzen jedoch eine geringe Permeabilitaumlt fuumlr die Blut-Hirn-Schranke[123]
Aus diesem Grund ist ein synthetischer Rezeptor von besonderem Interesse da dieser als
Transportmolekuumll dienen koumlnnte Sowohl AZT 68 als auch 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-
dideoxythymidin 69 werden von der Bisphosphonat-Klammer 24 gebunden (Abb 225)
O
N3H
HON
NH
O
O
H3C
H
O
H
HON
NH
O
O
H3C
H
HH
140
311
125
140
165
060061083
AZT 68Ka = 711 M-1 plusmn 15
23-Didehydro-23-dideoxythymidin 69Ka = 172 M-1 plusmn 19
Abbildung 225 Ergebnisse der Bindungsstudien mit 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 sowie 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69 mit der Bisphosponat-Klammer 24 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Die geringere Bindungskonstante des AZT 68 im Vergleich zum 2rsquo-Deoxythymidin 60 ist
wahrscheinlich auf die Azido-Gruppe zuruumlckzufuumlhren Eine Monte Carlo Untersuchung zeigt
dass diese im Komplex relativ weit entfernt von den Phosphonaten der Klammer angeordnet
ist (Abb 226) Die Ribose des 2rsquo3rsquo-Deoxythymidins 68 ist jedoch viel naumlher an den
Phosphonaten angeordnet und somit liefert die Monte Carlo Simulation keine
zufriedenstellende Begruumlndung warum 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 relativ schwach gebunden
wird
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 44
Abbildung 226 Links die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von AZT 68 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte) Rechts die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Koffein und FAD
Eine weitere Purinbasen-analoge Verbindung ist Koffein 70 Aufgrund seiner Bekanntheit
war Koffein schon vielfach Mittelpunkt von Untersuchungen zur Wirt-Gast-Wechselwirkung
Neben ausschlieszliglich in organischen Loumlsungsmitteln loumlslichen Systemen[124-126] wurde in
letzter Zeit auch ein wasserloumlslicher Rezeptor fuumlr Koffein beschrieben[127]
Die Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Koffein 70 mit einer fuumlr Nukleinbasen erstaunlich
hohen Bindungskonstante von 29340 M-1 Damit ist die Bindungskonstante um einen
Groumlszligenordnung houmlher als die bislang in Wasser bekannten Bindungskonstanten[127] Von
daher wuumlrde sich dieses Gast-Wirt-System gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen eignen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 45
N
N N
N
O CH3H3C
OCH3
136058
027
70 Ka = 29340 M-1 plusmn 12
Abbildung 227 Ergebnis der Bindungsstudien von Koffein 70 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Ein weiterer wichtiger Cofaktor der genauso wie NAD+ 52 eine Adenosin-Einheit enthaumllt ist
Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) 71 (Abb 228) Wie NAD+ 52 ist FAD 71 an vielen
enzymatischen Redox-Reaktionen beteiligt[82] Aumlhnlich wie beim NAD+ 52 besitzt das FAD
71 zwei elektronenarme Ringsysteme und somit zwei moumlgliche Komplexierungsstellen fuumlr die
Bisphosphonat-Klammer 10 Das Bindungsexperiment zeigt jedoch nur minimale
Aumlnderungen der chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem und eine deutliche
Aumlnderung fuumlr das Adenin Die Auswertung ergibt eine Bindungskonstante von 908 M-1
Werden jedoch die Signale des Wirtes ausgewertet ergibt sich eine Bindungskonstante von
4900 M-1 Die Ursache dieser groszligen Diskrepanz ist jedoch unklar Die geringe Aumlnderung der
chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem deutet daraufhin dass dieses nicht von
der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert wird oder dass die beoachteten Signale sich zu
weit von der Kavitaumlt entfernt sind um einen Shift aufzuweisen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 46
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
H021
71 Ka = 908 M-1 plusmn 14
Abbildung 228 Ergebnis der Bindungsstudien von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei Monte Carlo Rechnungen wird deutlich dass die Methyl-Protonen des Flavins die als
einzige seine Komplexierung anzeigen koumlnnten sich bei einer Komplexierung wahrscheinlich
nicht in der Kavitaumlt befinden (Abb 229 links) Analog zum Komplex mit NAD+ 52 ist auch
hier eine Struktur denkbar bei der sich das Adenin in der Kavitaumlt befindet (Abb 229 rechts)
In diesem Fall orientiert sich das Flavin-Ringsystem an die Seitenwand der Bisphosphonat-
Klammer In dieser Anordnung muumlssten deutliche Shifts in Adenin und nur geringe in Flavin
auftreten Diese Anordnung erklaumlrt die experimentellen Beobachtungen am besten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 47
Abbildung 229 Die berechnete Strukturen fuumlr den Komplex von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Links befindet sich das Flavin in der Kavitaumlt rechts das Adenin
Folsaumlure
Eine weitere elektronenarme Verbindung deren moumlgliche Komplexierung in der
Bisphosphonat-Klammer 10 untersucht wurde ist Folsaumlure 72 (Abb 230) Das
Bindungsexperiment zeigt eine hohe Bindungskonstante von 20230 M-1 Die Folsaumlure besitzt
nur ein nichtacides Proton am aromatischen Ring das als Sensor fuumlr den
Komplexierungsmodus dienen kann Die Methylenbruumlcke zeigt zwar eine Aumlnderung der
chemischen Verschiebung bei der Komplexierung aber diese ist in der Titration zu
unregelmaumlszligig um sie auswerten zu koumlnnen Die anderen Protonen zeigen dagegen keine
Aumlnderung Es wurde versucht diese Bindungskonstante mittels mikrokalorimetrische
Messungen zu bestaumltigen aber es stellte sich heraus dass Folsaumlure in Wasser zu schlecht
loumlslich ist um mikrokalorimetrische Messung durchfuumlhren zu koumlnnen Eine Molecular
Modelling Studie des Komplexes zeigt jedoch dass das beobachtete Proton bereits nicht mehr
in der Kavitaumlt liegt ist genauso wie die Methylenbruumlcke wodurch die Beobachtungen im
Bindungsexperiment unterstuumltzt werden (Abb 231)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 48
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
H069
72 Ka = 20230 M-1 plusmn 12
Abbildung 230 Ergebnis der Bindungsstudien von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Abbildung 231 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
224 Bindungsexperimente mit Thiamin
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 ist ein wichtiger Cofaktor der im Koumlrper aus Thiamin
(Vitamin B1) 75 aufgebaut wird[82] TPP 76 ist an vielen enzymatischen Reaktionen
beteiligt[128 129] Neben Decarboxylierungen[130] und Oxidationen[131] katalysiert TPP 76
Ligations-Reaktionen In diesem Fall bildet das TPP 76 ein nukleophiles Enamin als
Intermediat welches somit als umgepoltes Acyl-Anion dient[132] Im Enzym ist TPP 76 in
einer typischen V-Form gebunden Diese relativ energiereiche Konformation wird von
hydrophoben Wechselwirkungen mit unpolaren Aminosaumluren stabilisiert Beide Ringsysteme
des Thiamins werden so stabilisiert (Abb 232) [133]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 49
Abbildung 232 Ausschnitt aus der Struktur der Transketolase aus Hefe Die V-Konformation des TPPs 76 wird an der konvexen Seite von einem Leucin stabilisiert Zusammen mit Phenylalanin Histidin und Isoleucin wird eine hydrophobe Tasche gebildet[134]
In einem ersten Bindungsexperiment mit einem Thiazolium-Salz 73 konnte Christian Jasper
starke Hochfeld-Shifts der Gast-Signale beobachten (Abb 233)[64]
N+
S
HH
HHBF4
-
140
034042081
021
021
057
73
Abbildung 233 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung im 11 Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10[64]
Daraufhin wurde im Rahmen dieser Arbeit das Komplexierungsverhalten von
N-Methylthiazoliumiodid 74 Thiamin 75 und TPP 76 in der Bisposphonat-Klammer
untersucht (Abb 234) Dabei wurde festgestellt dass das N-Methylthiazoliumiodid 74 eine
starke Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt Im Vergleich dazu zeigen Thiamin
75 und TPP 76 eine deutlich houmlhere Bindungskonstante In beiden Faumlllen werden die houmlchsten
komplexinduzierten Shifts an der Methylenbruumlcke welche die beiden Aromaten verbindet
sowie am Proton am Pyrimidinium-Ring beobachtet Beide liegen nahe am Mittelpunkt des
Molekuumlls Auch die anderen Protonen zeigen einen deutlichen Hochfeld-Shift Lediglich die
Protonen an der Alkyl-Kette zeigen einen relativ kleinen Shift Dies deutet darauf hin dass
beide Ring-Systeme an der Bindung beteiligt sind
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 50
N+
S
176
74 Ka = 1267 M-1 plusmn 29
N
N
N+S
OH
NH3+
032
013044 022
013
010
75 Ka = 18563 M-1 plusmn 11
N
N
N+S
O
NH3+
024
004044 009
001
001
PO
OHO P
O
OHOH
76 Ka = 14075 M-1 plusmn 20
Abbildung 234 Ergebnisse der Bindungsstudien von Thiazolium-Salzen mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werte mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
Interessanterweise zeigt eine Monte Carlo Untersuchung eine Struktur in der beide Ring-
Systeme sich teilweise in der Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer 10 befinden (Abb 235)
Diese Struktur erklaumlrt die in den Bindungsstudien gefundenen komplexinduzierten Shifts sehr
gut Allerdings ist die Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer in diesem Fall extrem aufgeweitet
Der Abstand der beiden Seitenwaumlnde betraumlgt in dieser Struktur etwa 12 Aring waumlhrend in
Roumlntgenstrukturanalyse Abstaumlnde von etwa 8 bis 11 Aring beobachtet wurden[48] Aus
Untersuchungen von weiteren Molecular Modelling Strukturen sowie den Kristallstrukturen
zeigte sich jedoch dass die Aufweitung der Kavitaumlt nur eine geringe Aktivierungsenergie
benoumltigt Diese sollte maximal etwa 4 kJmol betragen[50]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 51
Abbildung 235 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte Schwefel ist in gelb dargestellt)
Diese Struktur wird von einem NOESY-Experiment unterstuumltzt Im NOESY-Experiment mit
einem 11-Komplex aus Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 sind neben starken
intermolekularen NOE Crosspeaks auch schwaumlchere intramolekulare NOE Crosspeaks
sichtbar Diese sind in Abb 236 dargestellt
P
O
CH3
O
PO
CH3
O
O
N
N
N+H
H
H N
H
+
Abbildung 236 Beobachtete intramolekulare NOE-Crosspeaks
Das CH-Signal des Thiazolium-Rings war bislang in den Bindungsexperimenten aufgrund
seiner Aciditaumlt nicht sichtbar Bei einer Messung des 11-Komplexes mit Watergate-
Unterdruumlckung in nichtdeuteriertem Wasser wird das Proton bei etwa 10 ppm sichtbar[135]
Damit ist es um ca 1 ppm tieffeldverschoben im Vergleich zum reinen Thiamin Auch dieser
Befund deutet daraufhin dass die aus Molecular Modelling erhaltene Struktur ein gutes
Modell fuumlr den Bindungsmodus ist da sich dieses Proton im Modell in der Kavitaumlt befindet
und damit einen starken Shift zeigen sollte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 52
Eine Molekulardynamik-Simulation des 11-Komplexes aus Thiamin 75 und der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt dass die vorgeschlagene Struktur keinesfalls starr ist (Abb
237) Das Thiamin 75 besitzt eine groszlige Beweglichkeit in der Kavitaumlt Es scheint so als
wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen so
dass immer einer der beiden Aromaten eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingehen kann
Abbildung 237 Eine molekulardynamische Simulation fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Macromodel 71 298K 10 ps mit 1 ps Schnappschuumlsse) Alle Schnappschuumlsse wurden uumlbereinander projiziert und die Protonen wurden aus Gruumlnde der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
Eine 1H-NMR-Untersuchung des Thiamin 75Bisphosphonat-Klammer 10 Komplexes in
Methanol bei verschiedenen Temperaturen zeigt unterhalb von 0 degC eine deutliche
Linienverbreiterung und eine Aumlnderung der chemischen Verschiebungen Bis -100 degC blieb
die Loumlsung klar Ein Auftrag der chemischen Verschiebung gegen die Temperatur zeigt eine
deutliche Temperaturabhaumlngigkeit fuumlr das aromatische Pyrimidin-Proton (Abb 238) Dies
verdeutlicht den verlangsamten Assoziations- Dissoziationsprozess
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 53
6464565
65566
66567
67568
68569
695
290K 280K 270K 260K 250KT (K)
δ (p
pm)
Abbildung 238 Temperaturabhaumlngigkeit der chemischen Verschiebung des aromatischen Pyrimidin-Protons von Thiamin 75 im Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Da die Bisphosponat-Klammer eine Einlagerung in eine monomolekulare Stearinsaumlureschicht
zeigt wurde versucht eine Bindung des Thiamins 75 in der Bisphosphonat-Klammer 10
nachzuweisen[106] Eine Einlagerung von zwei Aumlquivalenten der Bisphosphonat-Klammer 10
in eine Stearinsaumlure-Monoschicht fuumlhrt zu einer Vergroumlszligerung der Oberflaumlche von ca 2
AringMolekuumll waumlhrend eine Stearinsaumlure-Monoschicht die auf einer 10-4 M Loumlsung von
Thiamin 75 hergestellt wird ebenfalls eine Vergroumlszligerung der Oberflaumlche um ca 2 AringMolekuumll
bewirkt Werden nun zu einer Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber einer Thiamin-Subphase zwei
Aumlquivalente der Bisphosphonat-Klammer 10 getropft so vergroumlszligert sich die Oberflaumlche um
ca 3 AringMolekuumll Das bedeutet dass ein zusaumltzlicher komplexbedingter Anstieg der
Oberflaumlche um ca 1 AringMolekuumll beobachtet werden konnte (Abb 239) Dies ist vermutlich
darauf zuruumlckzufuumlhren dass sich Bisphosphonat-Klammer-Molekuumlle in der Subphase
befinden Thiamin 75 binden und dadurch unpolarer werden und deswegen in der
Monoschicht aufgenommen werden (Abb 240)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 54
Abbildung 239 Ergebnisse der Filmwaage-Untersuchung von der Bindung von Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Abbildung 240 Darstellung der Komplexierung von Thiamin 75 in der Subphase wodurch ein unpolarer Komplex gebildet wird Dieser Komplex wird anschlieszligend in der Monoschicht eingelagert
Wegen der hohen freien Bindungsenergie eignet sich das System Thiamin 75Bisphosphonat-
Klammer sehr gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen
0
10
20
30
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
SA H2O
SA H2O - 2eq 10
SA 75
SA 75 - 2eq 10
+ Gast
+
LuftH2O
++
++
++
++
----
--
-- ----
a a b
b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 55
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer)
Es konnte gezeigt werden dass die Bisphosphonat-Klammer eine hohe Affinitaumlt gegenuumlber
N-alkylierten Pyridinium-Salzen hat Von besonderem Interesse ist dabei NAD+ Die
Untersuchung des Bindungsmodus fuumlr die Bindung von NAD+ hat ergeben dass sie
komplizierter ist als es auf dem ersten Blick erscheint Scheinbar liegt ein dynamisches
Gleichgewicht vor bei dem sich abwechselnd mal der Nikotinamid-Ring und der Adenosin-
Ring in der Kavitaumlt befindet Das Gleichgewicht liegt jedoch stark auf der Seite des
Nikotinamids Aus der Untersuchung der NAD+-Fragmente wurde zusaumltzlich die Erkenntnis
gewonnen dass die Bisphosphonat-Klammer nicht nur kationische Aromaten bindet sondern
auch elektronenarme neutrale Aromaten Damit umfasst das Gast-Portfolio der
Bisphosphonat-Klammer elektronenarme neutrale und kationische Aromaten wobei im letzen
Fall jedoch ausschlieszliglich permanente Kationen gebunden werden Nichtpermanente
Kationen wie zB Pyridiniumhydrochlorid oder basische Aminosaumluren werden dagegen nicht
gebunden Entweder weil ein permanentes Kation fuumlr die Bindung gebraucht wird oder weil
diese Kationen so stark solvatisiert sind dass sie nicht von der Klammer desolvatisiert werden
koumlnnen
Die Bisphosphonat-Klammer bindet alle Nukleoside aber bei den entsprechenden
Nukleotiden wird lediglich AMP 56 gebunden Die Bindungskonstante ist dabei deutlich
niedriger Somit scheint die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen Nukleosiden und
Nukleotiden zu unterscheiden Das negativ geladene Phosphat spielt dabei anscheinend eine
entscheidende Rolle Die Abstoszligung durch die Bisphosphonate der Klammer scheint fuumlr die
schlechte Bindung verantwortlich zu sein Die deutliche staumlrkere Bindung von NMN 54 im
Vergleich zum AMP 56 deutet darauf hin dass die π-Kation-Wechselwirkung einen
entscheidenden Beitrag zur staumlrkeren Bindung von kationischen Gaumlsten hat
Die Betrachtung des Komplexes von Thiamin 75 zeigt dass es sich beim Komplex mit der
Bisphosphonat-Klammer trotz seiner hohen Bindungskonstante keinesfalls um einen starren
Komplex handelt Das Thiamin 75 wird von dispersiven Wechselwirkungen
Wasserstoffbruumlcken und hydrophoben Effekten in einer natuumlrlichen V-aumlhnlichen
Konformation gehalten aber der Komplex scheint hochdynamisch zu sein
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 56
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Wie die Bisphosphonat-Klammer besitzt die Bisphosphonat-Pinzette 11 eine extrem
elektronenreiche Kavitaumlt Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu
geschlossen und kann dadurch nur schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser
nicht sehr anspruchsvoll sind wie zB para-substituierte Aromaten oder Ammonium-Salze
Bereits die Methylphosphonsaumluremethylester-Pinzette 39 zeigt dass die Kavitaumlt eine hohe
Tendenz zur Komplexierung von unpolaren Gaumlsten besitzt Die beiden Methylestergruppen
befinden sich naumlmlich in einem schnellen Gleichgewicht bei dem sich immer eine der beiden
Gruppen in der Kavitaumlt der Pinzette befindet Dadurch wird die Pinzette unsymmetrisch Dies
zeigt sich sehr deutlich im 1H-NMR-Spektrum das aufgrund dieser Unsymmetrie eine sehr
komplizierte Aufspaltung der aromatischen Signale zeigt sowie einen starken Hochfeld-Shift
des Methylestersignals um ca 15 ppm Nach der Spaltung der Methylester wird diese
Unsymmetrie aufgehoben und das 1H-NMR-Spektrum zeigt wieder das einfache
Aufspaltungsmuster eines spiegelsymmetrischen Molekuumlls
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt im 1H-NMR bei Verduumlnnung von 10-3 bis 10-5 M-1 einen
signifikanten Shift der chemischen Verschiebung der aromatischen Protonen Da dies auf eine
Selbstassoziation hinweist wurde versucht eine Selbstassoziationskonstante zu bestimmen
aber die Aumlnderungen der chemischen Verschiebung lies sich nicht mit dem Fitprogramm
anpassen Diese Beobachtung bedeutet dass eine Selbstassoziation bzw eine Micellen-
Bildung in waumlssriger Loumlsung wahrscheinlich ist Da diese jedoch nicht quantifiziert werden
konnte koumlnnte dies auf eine houmlhere Assoziations-Stoumlchiometrie hinweisen Weiterhin
bedeutet dies dass die Signale der Bisphosphonat-Pinzette nicht zur Auswertung von
Titrationen genutzt werden koumlnnen
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen
Als erste Gaumlste wurden N-alkylierte Pyridiniumsalze auf ihr Bindungsverhalten in der
Bisphosphonat-Pinzette 11 uumlberpruumlft um einen Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer
ziehen zu koumlnnen
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt mit 1776 M-1 eine deutlich geringere Bindungskonstante
fuumlr die Bindung von N-Methylnikotinamid 51 als die Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 57
241)[75] Dies ist vermutlich auf die deutlich kleinere Kavitaumlt der Pinzette zuruumlckzufuumlhren
Die ∆δsat-Werte scheinen diese Annahme zu unterstuumltzen Im Gegensatz zum Komplex von
N-Methylnikotinamid 51 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 sind die houmlchsten ∆δsat-Werte in
diesem Fall in der Umgebung der N-Methylgruppe zu beobachten Dies laumlsst darauf schlieszligen
dass sich nur dieser Molekuumllteil nahe der Methylgruppe voumlllig in der Kavitaumlt befindet aber
nicht das gesamte Molekuumll Im Gegensatz dazu ist das N-Methylpyraziniumiodid 50 klein
genug um in die Kavitaumlt zu passen Dies zeigt die mit der Bisphosphonat-Klammer 10
uumlbereinstimmende Bindungskonstante[75] Das Kosower-Salz 49 zeigt beim
Bindungsexperiment eine starke Verbreiterung der Signale wodurch die Bestimmung der
Bindungskonstante nicht moumlglich war Die beobachtete Aumlnderung der chemischen
Verschiebung deutet jedoch darauf hin dass auch das Kosower-Salz 49 in der Pinzette
eingeschlossen wird
N+
N
CH3I- 174
127
H N+
O O
I- 095
011
014
HN+
CH3
NH2
O
H
HH
H
258
187266
055100
51Ka = 1776 M-1 plusmn 15
50Ka = 12000 M-1 plusmn 28
I-
49
Abbildung 241 Ergebnisse der Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Salzen und N-Methylpyraziniumiodid 50 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werten mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen
Aufgrund ihrer biologischen Bedeutung wurden bei den Bindungsexperimenten mit der
Pinzette der Schwerpunkt auf die Untersuchung von Ammonium-Salzen gelegt
Erste Experimente mit Benzylaminhydrochlorid 77 und n-Propylaminhydrochlorid 78 zeigten
fuumlr die Komplexierung in der Bisphosphonat-Pinzette 11 zwar sehr groszlige ∆δsat-Werte aber
die korrespondierenden Bindungskonstanten waren geringer als erwartet (Abb 241) Die
Bindung in Methanol scheint dagegen eine houmlhere Bindungskonstante als in Wasser zu
besitzen Dieser Effekt koumlnnte auf den houmlheren Beitrag der Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und dem Gast in dem unpolareren Loumlsungsmittel Methanol sowie auf den
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 58
geringeren Aufwand der betrieben werden muss um das Ammoniumkation zu
desolvatisieren zuruumlckzufuumlhren zu sein Die Bindungskonstanten des Adrenalins 79 und der
Adrenalinvorlaumlufer Noradrenalin 80 und Dopamin 81 sind im Vergleich zu den einfacheren
Aminen Benzylamin 77 und n-Propylamin 78 vermutlich aufgrund des houmlheren sterischen
Anspruchs noch ein wenig niedriger Damit liegen die Bindungskonstanten deutlich unter der
eines bereits bekannten makrozyklischen Adrenalin-Rezeptors auf Bisphosphonat-Basis[136]
Allerdings zeigen diese Experimente dass die Kavitaumlt der Pinzette ausschlaggebend fuumlr die
Bindung ist da einfache aromatische Bisphosphonate Adrenalin zwar in unpolaren
aprotischen Loumlsungsmitteln binden koumlnnen jedoch nicht in Wasser[67 137 138] Dies bedeutet
dass in waumlssriger Loumlsung π-Kation-Wechselwirkungen sowie der hydrophobe Effekt welche
die Kavitaumlt hier besonders auszeichnen zur Komplexierung gebraucht werden
Die Reihe Adrenalin 79 Noradrenalin 80 und Dopamin 81 zeigt anhand der ∆δsat-Werte
deutlich dass ein sterisch weniger anspruchsvoller Gast tiefer in die Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Pinzette 11 hineinragt Waumlhrend beim Dopamin 81 die ∆δsat-Werte deutlich
zeigen dass der Benzol-Ring teilweise noch in die Kavitaumlt hineinragt fungiert beim
Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 die Hydroxy-Gruppe als bdquoStopperldquo Die Protonen des
Benzol-Ringes von Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 zeigen keine Aumlnderung der chemischen
Verschiebung Das Propanolol 82 verhaumllt sich in methanolischer Loumlsung aumlhnlich ndash in
waumlssriger Loumlsung faumlllt der Komplex dagegen als Niederschlag aus
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 59
NH3ClNH3Cl
OHOH
OHNH2Cl
HO
ClH2N
OHOH
OHNH3Cl
OHOH
NH3Cl
H
82Ka = 1361 M-1 plusmn 6
151
265
264
188345201
202
215
055
090057
217 267
77Ka = 115 M-1 plusmn 45
78Ka = 890 M-1 plusmn 11 Ka = 1680 M-1 plusmn 7
79Ka = 390 M-1 plusmn 9
80Ka = 184 M-1 plusmn 22
81Ka = 984 M-1 plusmn 13
Abbildung 242 Ergebnisse der ersten Bindungsuntersuchungen mit Ammonium-Salzen Die Werte mit einem sind fuumlr die Bindung in Methanol
Die deutliche Tendenz bezuumlglich der Groumlszlige von Gaumlsten die von den ∆δsat-Werten angedeutet
wird spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen der Komplexe wieder auch
wenn hier die Unterschiede nicht so eindeutig sind (Abb 243) Im Falle des Dopamin-
Komplexes befindet sich die kurze Alkylkette groumlszligtenteils in der Kavitaumlt und auch der
Benzol-Ring befindet sich nahe an der Kavitaumlt Beim Noradrenalin 80 ist der Benzol-Ring
zwar weiter von der Kavitaumlt entfernt aber die Hydroxy-Gruppe befindet sich groumlszligtenteils
innerhalb der Kavitaumlt In diesem Fall ist es fraglich ob das Ergebnis als zuverlaumlssig betrachtet
werden kann Dieses Ergebnis laumlsst vermuten dass die beiden Wasserstoff-Bruumlcken in
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 60
Wirklichkeit nicht so wichtig fuumlr die Bindung sind wie die berechneten Strukturen vermuten
lassen Die berechnete Struktur fuumlr die Bindung von Adrenalin 79 scheint dem tatsaumlchlichen
Bindungsmodus naumlher zu kommen Der Benzol-Ring ist hierbei noch weiter von der Kavitaumlt
entfernt angeordnet und die Hydroxy-Gruppe befindet sich nicht in der Kavitaumlt Sekundaumlre
Amine wie Adrenalin 79 oder Propanolol 82 werden auch gebunden aber vermutlich wegen
ihres erhoumlhten sterischen Anspruchs weniger schlecht als die primaumlren Aminen
Abbildung 2 43 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Dopamin 81 (Links) Noradrenalin 80 (Mitte) und Adrenalin 79 (Rechts) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 H2O 2000 Schritte)
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren
Biologische Bedeutung von Lysin und Arginin
Lysin und Arginin sind neben ihrer Funktion als Bausteine von Proteinen von fundamentaler
Bedeutung in vielen biologischen Prozessen
bull Proteine die proteosomisch abgebaut werden sollen werden an deren Lysin-Resten
ubiquitinyliert (Kiss of death)[139]
bull Histone werden spezifisch am Lysin-ε-Stickstoffatom acetyliert und deacetyliert um
die Transkription zu aktivieren oder zu unterdruumlcken[140]
bull Lysin ist ein bestimmender Faktor bei der Phosphorylierung von Mannose von
lysomalen Proteinen[141]
bull Der interzellulaumlre Vesikel-Transport wird uumlber Dilysin-Einheiten in Transport-
Proteinen reguliert[142]
bull Das Antibiotikum Vancomycin erkennt die Lys-D-Ala-D-Ala-Sequenz ein wichtiger
Bestandteil der bakteriellen Zellwand[143]
bull Das Signalpeptid KTTKS aktiviert die Regeneration des Kollagens bei beschaumldigten
Zellen Dies ist eine wichtige Erkenntnis fuumlr die anti aging Technologie[144]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 61
bull Die Mitte der Sequenz KKLVFF im Aβ Protein ist die Stelle fuumlr Nukleasen an der die
Aggregation und die darausfolgende Bildung von Plaques anfaumlngt Diese verursachen
wahrscheinlich die Alzheimerrsquosche Krankheit[145]
bull Die RNA-Erkennungsprozesse welche die Transkription kontrollieren beruhen oft
auf einer Komplexbildung mit argininreichen Proteinen wie zB das tat oder Rev
Protein[146]
bull Der RGD-Sequenz ist von essentieller Bedeutung fuumlr die Interaktion von Integrinen
mit Zellen[147 148]
bull Octaarginin-Tags ermoumlglichen es Medikamente die bis zu 100 mal groumlszliger sind als sie
selbst durch die Membran zu transportieren[149]
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung von Arginin und Lysin sind kuumlnstliche
Rezeptoren fuumlr diese Aminosaumluren von besonderem Interesse Bislang sind Lysin-Rezeptoren
auf der Basis von Kronenethern[150 151] dreiarmigen Benzoltrioxazolinen oder auch Calix[4]-
und [5]-arenen bekannt In waumlssriger Loumlsung sind diese Systeme allerdings meist nicht sehr
effektiv[152 153] Mittels einer Anordnung von Carboxylaten uumlber einem aromatischem System
ist die Bindung von Lysin und Arginin uumlber Salzbruumlcken in gepufferter waumlssriger Loumlsung
moumlglich[154]
Die bislang besten Arginin-Rezeptoren sind die von Dougherty et al entwickelten
polyanionischen Cyclophane[155] Die Bindung von Arginin beruht in diesem Fall fast
ausschlieszliglich auf der π-Kation-Wechselwirkung Dagegen basiert die Komplexierung von
Arginin durch die Rezeptoren von Bell et al hauptsaumlchlich auf ionischen Wasserstoffbruumlcken
Diese Rezeptoren werden auch als bdquopolyaromatisches hexagonales Gitterldquo bezeichnet[156 157]
Daneben gibt es einige schwaumlchere Rezeptoren auf Phosphonat- und Sulfonat-Basis[158]
Arginin-Rezeptoren auf Xylylen-Bisphosphonat-Basis sind gute Rezeptoren in polaren
aprotischen Loumlsungsmitteln wo sie das Arginin uumlber eine Kombination aus
Wasserstoffbruumlcken und π-Kation-Wechselwirkungen binden[159] Der erste Rezeptor fuumlr die
RGD-Sequenz nutzt ebenfalls diese Xylyen-Bisphosponat-Einheit zur Erkennung des
Arginin-Restes[160] Eine weitere leistungsfaumlhige Alternative stellt die Bindung von Arginin
mit hochselektiven RNA-Aptamere dar Diese wurde durch in vitro Evolution erhalten[161]
Bindungsexperimente
Ein erstes Bindungsexperiment zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette zeigte eine starke Hochfeldverschiebung sowie eine deutliche
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 62
Verbreiterung der Lysin-Seitenketten-Signale Die Titration in Wasser ergab eine starke
Bindung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Abb 244) Auch bei
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 traten im Bindungsexperiment starke
Hochfeldverschiebungen und Verbreiterungen der Signale auf Das
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 wird ebenfalls stark von der Bisphosphonat-Pinzette
11 gebunden aber schwaumlcher als Lysin In beiden Faumlllen konnten extrem groszlige
Hochfeldshifts an allen Kohlenstoffatomen der Seitenkette beobachtet werden Lediglich die
Protonen der Schutzgruppen zeigten keinen Shift oder wenn dann nur einen geringen
Tieffeldshift
Auch in 25 mM Natriumphosphatpuffer (pH 7 in D2O) bindet die Bisphosphonat-Pinzette
noch Acetyllysinmethylester 83 und Tosylargininmethylester 84 Boc-
Histidinmethylesterhydrochlorid 85 wird deutlich schwaumlcher gebunden (Aufgrund einer
moumlglichen Protonenuumlbertragung vom Imidazoliumion auf die Phosphonate wurden keine
Experimente in reinem Wasser durchgefuumlhrt)
HN
O
O
H2C
NH2
O HCl
057036
157145
HN
O
O
H2C
O
O
NH
N
065079
376
S
HN
O
O
CH2
NH
NHH2NHCl
OO
100068
409329154147
85
Ka = 690 M-1 plusmn 15
84Ka = 7843 M-1 plusmn 25 Ka = 1802 M-1 plusmn 40
83Ka = 23010 M-1 plusmn 18 Ka = 4339 M-1 plusmn 22
Abbildung 244 Ergebnisse der Bindungsstudien mit basischen Aminosaumluren Die Ergebnisse mit einem sind fuumlr Experimente in 25 mM Natriumphosphat-Puffer pH 7 in D2O
Mit anderen nichtbasischen Aminosaumluren zeigte die Bisphosphonat-Pinzette 11 in gepufferter
Loumlsung keine Wechselwirkung (Abb 245)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 63
Abbildung 245 Selektivitaumltsuumlbersicht der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber verschiedenen Aminosaumluren in gepufferten waumlssrigen Loumlsungen (Natriumphosphat pH 7 25 mM) Aufgrund des Fehlens jeglicher Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen der nichtbasischen Aminosaumluren wurde die Bindungskonstante auf 5 M-1 geschaumltzt
Dass die Alkylketten-Protonen des Lysins und des Arginins teilweise ∆δmax-Werte von uumlber
3 ppm zeigten ist ein deutlicher Hinweis darauf dass sie sich bei der Bindung in der Kavitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 befinden muumlssen Im Falle des Lysins zeigten nicht nur die δ-
C- und ε-C-Protonen hohe Shifts sondern auch das α-C-Proton sowie die β-C- und γ-C-
Protonen wenn auch im geringerem Maszlig (Abb 247) Beim Arginin konnte Vergleichbares
beobachtet werden Wahrscheinlich befindet sich nicht das Ammoniumkation bzw
Guanidinumkation in der Kavitaumlt sondern vor allem die Alkylkette (Abb 246) Es wird ein
Pseudorotaxan gebildet wobei die N- und C- Schutzgruppen auf der einen Seite und das
Kation auf der andere Seite als Stopper dienen Vergleichbare Pseudorotaxane entstehen auch
bei der Pinzette mit Naphthalin-Spacer mit (dendritischen) Viologen-Gaumlsten und konnten
beobachtet werden[52 162] Auszligerdem wurde eine vergleichbare Anordnung auch bei der
Bindung von Alkylammoniumsalzen durch Cucurbituril-Rezeptoren beobachtet[163]
Abbildung 246 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte) und Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 (Rechts MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 Die Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
0
1000
2000
3000
4000
5000
Lys Arg His Asp Ser Thr Phe Leu Val Ala Gly
Ka [M-1]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 64
Diese vorgeschlagene Struktur wurde von zusaumltzlichen Experimenten unterstuumltzt In einem
NOESY-Experiment mit einer Loumlsung aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette 11 wurden NOE-Kontakte zwischen den Methylestern sowie der
Acetyl-Gruppe und den Bruumlckenkoumlpfen der Bisphosphonat-Pinzette 11 beobachtet (Abb
247) Diese Kontakte koumlnnen nur auftreten wenn das Lysin wie ein Rotaxan gebunden wird
Die Bindung ist so stark dass sich an den Signalen der aromatischen Protonen der
Bisphosphonat-Pinzette 11 eine Aufspaltung erkennen laumlsst Es findet ein Chiralitaumltstransfer
statt wodurch die beiden Seiten der Pinzette nicht mehr magnetisch aumlquivalent sind
Abbildung 247 Beobachtete NOE-Kontakte zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der Bisphosphonat-Pinzette 11 Am Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 sind die ∆δsat-Werte der Protonen vermerkt
Beim Erwaumlrmen auf 95 degC eines 11-Gemisches aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83
und der Bisphosphonat-Pinzette 11 in Wasser konnte beobachtet werden dass Signale die bei
Raumtemperatur noch breit waren wieder schaumlrfer wurden Dies bedeutet dass bei
Raumtemperatur die Rotation des Gastes in der Kavitaumlt eingeschraumlnkt wird
Diese Beobachtungen deuten daraufhin dass die Inklusion der Seitenketten der Aminosaumluren
in der Kavitaumlt zu starken Van-der-Waals-Wechselwirkungen fuumlhrt unterstuumltzt von
elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem kationischen
Aminosaumlure-Rest Dieser Bindungsmodus bietet eine gute Erklaumlrung fuumlr die erhoumlhte Affinitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber Lysin und Arginin Mit den oben dargelegte
Bindungskonstanten gehoumlrt die Bisphosphonat-Pinzette 11 zu den besten Rezeptoren fuumlr
basische Aminosaumluren die bis heute bekannt sind Lediglich die oben beschriebenen RNA-
Aptamere erreichen in Puffer eine Bindungskonstante von 13000 M-1[161] Bis heute sind keine
Rezeptoren bekannt die eine so hohe Affinitaumlt fuumlr Lysin besitzen wie die Bisphosphonat-
Pinzette Der von Bell et al beschriebene selektive Lysin-Rezeptor mit einer
Bindungskonstante gt 105 M-1 in Methanol zeigt in Wasser eine sehr starke Aggregation[157]
HN NH3+
O
OH3C
OCH3
H
H
H
H
H05
14
14
gt 30
gt 40O
POCH3
-O PO-CH3
O
H
H
H
H
NOESY
HHH
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 65
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
Um das Gastprofil zu erweitern wurden kurze arginin- und lysinhaltige Peptidsequenzen von
biologischer Bedeutung auf ihre Bindungseigenschaften in der Bisphosphonat-Pinzette 11
uumlberpruumlft Die beiden argininhaltigen Peptide RGD 86 und GRGG 87 werden beide in
neutralen gepufferten waumlssrigen Loumlsungen mit hohen Bindungskonstanten an die
Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb 248)
86RGD Ka = 986 M-1 plusmn 10 RGD Ka = 1175 M-1 plusmn 16
H2NNH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
HN
NH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
87GRGG Ka = 861 M-1 plusmn 12
206
746
221458341
088092
202150
Abbildung 248 Bindungsexperimente mit argininhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte gelten fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( reines D2O)
Auch die lysinhaltigen Peptide KAA 88 KTTK 89 KTTKS 90 und KKLVFF 91 werden in
neutraler gepufferter waumlssriger Loumlsung an die Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb
249) Die Bindungskonstanten liegen wie schon bei den einzelnen Aminosaumluren uumlber denen
der argininhaltigen Derivate Peptide die zwei Lysine enthalten werden sogar deutlich besser
gebunden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 66
H2NNH
O
NH2
HN
OOH
OH
CH3COOH
KAA 88 Ka = 1179 M-1 plusmn 11
103
029
H2NNH
O
NH2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
KKLVFF 91 Ka = 37800 M-1 plusmn 33
014
014 012
012
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
NH2
H
H
KTTK 89 Ka = 5512 M-1 plusmn 32 (21)
041
041
042
042
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
NH2
H
H
OH
O
OH
039
039
262
262
KTTKS 90 Ka = 4152 M-1 plusmn 29 (21)
Abbildung 249 Bindungsexperimente mit lysinhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte sind fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11) Die ∆δsat-Werte sind an den Protonen vermerkt
Die Werte fuumlr ∆δsat sowie das Fehlen von Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen in den
anderen Aminosaumluren deuten daraufhin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen
Aminosaumluren vergleichbar ist Die fuumlr RGD 86 im Molecular Modelling erhaltene Struktur
zeigt jedoch dass sich die Guanidinium-Einheit in der Mitte der Kavitaumlt befindet (Abb 250)
Allerdings wird vom N-Terminus zum Phosphonat eine Wasserstoffbruumlcke ausgebildet die
diese Anordnung zumindestens im Modelling energetisch guumlnstiger erscheinen laumlsst Die
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 67
chemischen Verschiebungen im Komplex deuten dagegen darauf hin dass eine Rotaxan-
aumlhnliche Anordnung wahrscheinlicher ist
Abbildung 250 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von RGD 86 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte)
Im Fall von KTTK 89 und KTTKS 90 liegen die Bindungskonstanten uumlber denen der Peptide
die ein Lysin oder ein Arginin enthalten Dies duumlrfte darauf zuruumlckzufuumlhren sein dass in
diesen Peptiden zwei Bindungsstellen angeboten werden Der Job-Plot bestaumltigt dass es sich
in diesem Fall um einen 21 Komplex handelt Die chemischen Verschiebungen deuten auch
hier darauf hin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen Aminosaumluren vergleichbar
ist Diese Annahme wird von einer Molecular Modelling Untersuchung unterstuumltzt
(Abb 251) Diese Untersuchung zeigt zusaumltzlich dass wenn sich zwei Lysin-Reste nicht
direkt nebeneinander befinden ein 21 Komplex moumlglich ist ohne dass sich zwei
Bisphosphonat-Pinzetten dabei gegenseitig behindern Zusaumltzlich zu den Van-der-Waals-
Wechselwirkungen koumlnnen in diesem Komplex einige Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und Amonium-Kationen des Peptids ausgebildet werden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 68
Abbildung 251 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KTTKS 90 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 OPLS-AA H2O 10000 Schritte)
KKLVFF 91 konnte aufgrund der geringen Loumlslichkeit nicht in waumlssrigem Puffer untersucht
werden In 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11 zeigt sich eine
sehr groszlige Bindungskonstante gepaart mit geringen Aumlnderungen der chemischen
Verschiebung Zwei N-terminale Lysin-Reste bevorzugen in D2O Methanol-d4 = 11
anscheinend eine Art Cluster mit dem Bisphosphonat der durch Coulomb-Wechselwirkungen
zusammengehalten wird
Abbildung 252 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KKLVFF 91 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 10000 Schritte)
236 Einfluss von dipolaren aprotischen Kosolventien
Durch Zugabe von 1000 Aumlquivalenten eines dipolar aprotischen Loumlsungsmittels wie DMSO
oder Acetonitril kann die Bindung von Gaumlsten ruumlckgaumlngig gemacht werden Die chemischen
Verschiebungen des Gastes kehren nach der Zugabe des Loumlsungsmittels komplett zu ihren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 69
Ausgangswerten zuruumlck Diese Loumlsungsmittel konkurrieren offensichtlich mit dem Gast bei
der Komplexierung und verdraumlngen den Gast aus der apolaren Kavitaumlt Ein aumlhnlicher Effekt
konnte bereits an der festen Phase mit immobilizierten Pinzetten beobachtet werden[63]
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette)
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt ein breites Gastprofil N-Alkylierte Pyridinium-Salze
werden stark in der Pinzette gebunden Allerdings werden nur para-substituierte
Verbindungen stark gebunden Wird das Substitutionsmuster geaumlndert findet kein effektiver
Einschluss in der Kavitaumlt mehr statt Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass die
Kavitaumlt der Pinzette im Gegensatz zur Kavitaumlt der Klammer nach unten abgeschirmt ist
Im Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer bindet die Bisphosphonat-Pinzette 11 auch
Ammonium-Kationen Die Bindungskonstante korreliert mit dem sterischen Anspruch der
Substituenten Je sperriger die Substituenten sind desto niedriger wird die
Bindungskonstante Die bestimmten ∆δsat-Werte bestaumltigen diese Vermutung da in der Naumlhe
der Substituenten in der Regel keine oder nur sehr kleine Shifts beobachtet wurden Es
werden sowohl primaumlre als auch sekundaumlre Amine gebunden wobei jedoch primaumlre Amine
vermutlich aufgrund ihres geringeren sterischen Anspruch besser gebunden werden
Interessanterweise werden die basischen Aminosaumluren Arginin und Lysin erheblich besser
gebunden (bis zu 20000 M-1 im Vergleich zu 800 M-1 fuumlr einfache Amine) Die
Untersuchungen haben ergeben dass dies vermutlich auf die Ausbildung einer
Pseudorotaxan-aumlhnlichen Struktur zuruumlckzufuumlhren ist Die Aminosaumlure-Seitenkette wird
durch die Kavitaumlt gefaumldelt das Ammonium-Kation und die N- und C-terminalen
Schutzgruppen dienen als Stopper Das Ammonium-Kation wird zusaumltzlich von einer
Wasserstoff-Bruumlcke zum Phosphonat fixiert waumlhrend die Alkylkette starke Coulomb-
Wechselwirkungen eingehen kann Die Bindung bleibt auch in gepufferter Loumlsung erhalten
Durch Versuche mit Modellpeptiden konnte gezeigt werden dass die basischen Aminosaumluren
auch in peptidischer Umgebung gebunden werden und vor allem dass andere Aminosaumluren
nicht gebunden werden Zwei weitere interessante Beobachtungen wurden dabei gemacht
Wenn zwei Lysin-Reste im Peptid vorhanden sind die durch weitere Aminosaumluren
voneinander getrennt sind koumlnnen beide einzeln von Bisphosphonat-Pinzetten gebunden
werden (21-Komplex) Bei der Betrachtung von KKLVFF 91 in einem Wasser Methanol-
Gemisch fiel jedoch auf dass in diesem Fall die Ausbildung eines Clusters mit den
Bisphosphonaten bevorzugt wird In diesem Fall ist es anscheinend guumlnstiger
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 70
Wasserstoffbruumlcken von den Ammonium-Kationen zu den Bisphosphonaten auszubilden
anstatt die Lysin-Seitenketten in der Kavitaumlt einzuschlieszligen
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 241 Einleitung
Als einzige physikalische Messmethode bietet die isothermale Titrationskalorimetrie (ITC)
die Moumlglichkeit die globalen thermodynamischen Groumlszligen ∆Hdeg ∆Gdeg ∆Sdeg sowie die
Bindungskonstante Ka und die Stoumlchiometrie n eines Komplexes in einem einzigen
Experiment zu bestimmen Wenn bei verschiedenen Temperaturen gemessen wird kann sogar
die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt bestimmt werden[164-167]
In einem ITC-Experiment wird die Energetik einer Komplexierung bei konstanter Temperatur
gemessen Das Ziel dabei ist es eine Kurve zu erhalten die die Saumlttigung des Wirtes in Bezug
auf die Konzentration des zu bindenden Gastes wiedergibt die sogenannte
Bindungsisotherme[168 169]
Fuumlr eine Messung werden kleine Mengen des Gastes mit Hilfe einer computergesteuerten
Spritze in eine Loumlsung des Wirtes welche in der Messzelle vorgelegt wird titriert Bei der
Injektion wird vom System Waumlrme aufgenommen (endotherme Reaktion) oder abgegeben
(exotherme Reaktion) Diese Waumlrme wird im Vergleich zu der nur mit Loumlsungsmittel
gefuumlllten Referenzzelle gemessen Beide Zellen befinden sich in einer adiabatischen Huumllle
und werden unabhaumlngig voneinander mit Heizelementen geheizt Thermoelemente messen die
Temperaturdifferenz zwischen den beiden Zellen einerseits und den Zellen und dem
adiabatischen Schild andererseits Sie sorgen dafuumlr dass die Temperaturdifferenz zwischen
den beiden Zellen moumlglichst gering ist (Abb 253)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 71
Abbildung 253 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
Gemessen wird letztendlich der Unterschied der Heizleistung die gebraucht wird um beide
Zellen auf der gleichen (voreingestellten) Temperatur zu halten Das Detektionslimit des
Geraumltes liegt bei ca 05 microcal (ca 2 microJ) und entspricht etwa einer Temperaturaumlnderung in der
Messzelle von 10-6 K Eine Messung kann dann als ausreichend aufgeloumlst betrachtet werden
wenn die gemessene Signalhoumlhe mindestens 01 microcals (ca 04 microJs) betraumlgt[170]
242 Theoretische Grundlagen
Fuumlr die Bildung eines Komplexes (WG) aus Gast (G) und Wirt (W) gilt das
Massenwirkungsgesetz
[ ][ ][ ]GW
WGKa = (Gleichung 21)
Die Gesamtkonzentration des Wirtes [W]tot und des Gastes [G]tot sind wie folgt definiert
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
Spritzenstempel
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 72
[ ] [ ] [ ]WGGG tot += (Gleichung 22)
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ]GK
WGWGWWGWa
tot +=+= (Gleichung 23)
Nach Aufloumlsen der Gleichung 22 nach [G] und einsetzen in Gleichung 23 wird die folgende
quadratische Gleichung erhalten
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 012 =+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minusminusminus+ tottot
Atottot GW
KGWWGWG (Gleichung 24)
Durch ziehen der Wurzel ergibt sich aus Gleichung 24 folgende Loumlsung fuumlr die
Konzentration des Wirt-Gast-Komplexes
[ ]2
42 abbWG
minusminusminus= (Gleichung 25)
mit
[ ] [ ]A
tottot KGWb 1
minusminusminus= (Gleichung 26)
und
[ ] [ ] tottot GWa = (Gleichung 27)
Nach Ableitung von Gleichung 25 nach der Gesamtkonzentration des Gastes [G]tot ergibt sich
nach Umformen der erhaltenen Gleichung folgender Ausdruck
[ ][ ] ( ) ( ) 22 112
2211
21
rrXX
Xr
GdWGd
rr
r
tot ++minusminus
minus+
minus+= (Gleichung 28)
mit
[ ] totA WKr 1
= (Gleichung 29)
und
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 73
[ ][ ] tot
totr W
GX = (Gleichung 210)
In einem Titrationsexperiment werden kleine Volumina der Gastloumlsung in die Messzelle mit
der Wirtloumlsung eingespritzt Bei der Einspritzung wird eine bestimmte Waumlrme Q freigesetzt
oder absorbiert Ziel ist es einen Ausdruck fuumlr die Waumlrmemenge Q im Zusammenhang mit
den Konzentrationen der vorliegenden Reaktionspartner in der Messzelle zu finden Dabei
haumlngt Q ab von
1) dem Zellvolumen V
2) den Konzentrationen der Reaktionspartner in der Messzelle
3) der Molaren Bindungsenthalpie ∆Hdeg
4) der Stoumlchiometrie
5) der Menge des eingespritzten Gastes
Wird beruumlcksichtigt dass mit der Abnahme an unkomplexiertem Wirt die freigesetzte
Waumlrmemenge Q verringert wird ergibt sich die nachfolgende Gleichung 211 Die Aumlnderung
d[WG] der Konzentration [WG] ist somit proportional zur Aumlnderung dQ der Waumlrmemenge Q
[ ] VHWGddQ sdotdeg∆sdot= (Gleichung 211)
Der Term d[WG] beruumlcksichtigt somit die Konzentrationen der Reaktionspartner in der
Messzelle die Stoumlchiometrie und die Menge des eingespritzten Gastes von denen die
Waumlrmemenge Q abhaumlngig ist
Durch Einsetzen von Gleichung 28 in Gleichung 211 ergibt sich fuumlr eine Bindungsreaktion
zwischen einem Wirt und einem Gast im Verhaumlltnis 11 folgende Gleichung
[ ] ( ) ( ) ⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
++minusminus
minus+
minus+deg∆=sdot
22 11222
11
211
rrXX
Xr
HGddQ
Vrr
r
tot
(Gleichung 212)
Waumlhrend einer Messung wird die differenzielle Waumlrme [ ] totGddQ bestimmt Dieser Wert
haumlngt nicht von der absoluten Konzentration des Wirtes [W]tot in der Messzelle ab
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 74
In Abb 254 sind Bindungskurven dargestellt die nach Gleichung 212 simuliert wurden Um
die Kurven besser beschreiben zu koumlnnen wird der Parameter c eingefuumlhrt der reziprok zum
Wert r aus der Gleichung 29 ist
[ ] totA WKr
c ==1 (Gleichung 213)
Liegt eine sehr starke Bindung (c = infin) eines Gastes an einem Wirt vor werden alle Molekuumlle
des Gastes sofort gebunden bis die Saumlttigung des Wirtes eintritt dh bis alle Bindungsstellen
besetzt sind Als Bindungskurve ergibt sich dann eine Stufenfunktion mit der Houmlhe ∆Hdeg
∆Hdeg
001
1
5
40500
infin
1 20
05
[ ] [ ] tottot WG
Abbildung 254 Simulierte Bindungsisotherme fuumlr eine endotherme Reaktion nach Gleichung 212 fuumlr verschiedene Parameter c = KA [W]tot Die verschiedenen Werte fuumlr c sind in der Abbildung dargestellt
Fuumlr eine relativ starke Bindung mit c = 10 - 500 wird aus der Stufenkurve eine sigmoidale
Kurve deren Verlauf stark von dem Parameter c abhaumlngt Schwache Bindungen ergeben
dagegen fast horizontale Bindungskurven (c lt 5)
Der c-Wert ist ein hilfreiches Werkzeug um Konzentrationen fuumlr Bindungsexperimente
abschaumltzen zu koumlnnen Ist bereits uumlber eine andere Methode eine Bindungskonstante bekannt
so kann leicht der optimale Konzentrationsbereich fuumlr eine Messung abgeschaumltzt werden Die
Konzentration der Komponente in der Spritze sollte das 12- bis 15-fache der Konzentration in
der Messzelle betragen Ist keine Bindungskonstante bekannt so kann die Konzentration
anhand Abb 254 nachtraumlglich geaumlndert werden falls die Messkurve noch nicht dem
gewuumlnschten sigmoidalen Kurvenverlauf entspricht[171 172]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 75
Wie oben beschrieben wird der Heizstrom der zum Erwaumlrmen der Messzelle gebraucht wird
gemessen Das Messsignal wird angegeben in microcals gegen die Zeit aufgetragen Es resultiert
eine Kurve wie sie in der oberen Haumllfte von Abbildung 255 dargestellt ist Eine Integration
der oberen Kurve uumlber die Zeit ergibt die untere Kurve
Abbildung 255 Eine typische ITC-Messung Die obere Haumllfte zeigt das Messergebnis dabei steht jeder Peak fuumlr eine Injektion Die untere Kurve entsteht durch Integration der oberen Kurve
Die Berechnung der Kurve erfolgt vollautomatisch mit Hilfe eines Rechners und der
entsprechenden Software Anhand einer mathematischen Anpassungsfunktion
(Gleichung 212) die eine Levenberg-Marquardt Iteration verwendet um den sigmoidalen
Kurvenverlauf zu erhalten wird die Kurve an die erhaltenen Messpunkte angepasst Aus dem
Kurvenverlauf berechnet sich der Wert der Bindungskonstante KA die Stoumlchiometrie der
Reaktion und die Enthalpie ∆Hdeg als gesamte Waumlrmetoumlnung der Reaktion Die freie Enthalpie
∆Gdeg und die Entropie ∆Sdeg koumlnnen anschlieszligend daraus uumlber Gleichung 214 und 215
berechnet werden (Abb 256)[170 171 173]
aKRTG lnminus=deg∆ (Gleichung 214)
deg∆minusdeg∆=deg∆ STHG (Gleichung 215
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 76
Abbildung 256 Ein Beispiel fuumlr eine typische ITC Messung Die durchgezogene Kurve repraumlsentiert das Ergebnis der Kurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate Der Achsenabschnitt auf der Ordinate ergibt die Bindungsenthalpie ∆Hdeg aus dem Kurvenverlauf laumlsst sich die Bindungskonstante KA und damit auch die Freie Bindungsenthalpie ∆Gdeg bestimmen[171]
Bei der Bestimmung von ∆Hdeg sollte beruumlcksichtigt werden dass das ∆Hdeg welches aus der
Messung erhalten wird die Waumlrmeentwicklung aller bei der Komplexierung auftretender
Effekte enthaumllt So koumlnnen bei der Komplexierung zB auch Protonenuumlbertragungen
stattfinden die ebenfalls Waumlrmeentwicklung erzeugen Diese Waumlrmeentwicklung sollte bei
der Auswertung beruumlcksichtigt werden[174]
Die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt kann bestimmt werden indem uumlber einen groumlszligeren
Temperaturbereich mehrere Messungen durchgefuumlhrt werden Dabei wird die Aumlnderung der
Waumlrmekapazitaumlt erhalten indem die Bindungsenthalpie bei mehreren Temperaturen bestimmt
wird und gegen die Temperatur aufgetragen wird Aus der Steigung des Graphen kann ∆Cp
nach folgender Gleichung bestimmt werden[166 167 169]
12
1T2Tp TT
HHCminus
deg∆minusdeg∆=∆ (Gleichung 216)
00 05 10 15 20 25-30
-25
-20
-15
-10
-05
00
Molares Verhaumlltnis
kcal
mol
pro
Inje
ktio
n
∆Gdeg
Stoumlchiometrie
∆Hdeg
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 77
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Titration von Thiamin 75 zu einer Loumlsung der Bisphosphonat-Klammer 24 ergab die in
Abb 257 abgebildet Titrationskurve
Titration von 75 zu 24 ∆Hdeg -2312 plusmn 024 kJmol Ka 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 M-1
n 0774 plusmn 0006 -T∆Sdeg -093 kJmol
Abbildung 257 Ergebnisse der ITC Messung von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Messungen zeigen eine gute Uumlbereinstimmung mit dem aus NMR-Titrationen enthaltenen
Ergebnis Die Stoumlchiometrie erreicht annaumlhernd eine 11 Stoumlchiometrie Die Abweichung ist
zum Teil auf die stark hygroskopische Natur des Bisphosphonates 24 zuruumlckzufuumlhren Die
Bindung ist nahezu ausschlieszliglich enthalpisch getrieben der Beitrag der Entropie ist
vernachlaumlssigbar klein Im Gegensatz dazu konnte in Messungen von NAD+ an die
Bisphosphonat-Klammer 10 ein erheblicher entropischer Anteil beobachtet werden[75] Diese
Ergebnisse deuten auf einen starken Beitrag von π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175]
sowie auf den nicht-klassischen hydrophoben Effekt hin[10]
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 78
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Die Titration von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
ergab die in Abb 258 abgebildete Titrationskurve
Titration von 83 zu 11 ∆Hdeg -2641 plusmn 016 kJmol Ka 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 M-1
n 0735 plusmn 0003 -T∆Sdeg -235 kJmol
Abbildung 258 Ergebnis der ITC-Messung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Auch die Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigen eine gute Uumlbereinstimmung
mit den Ergebnissen aus den NMR-Titrationen Wie bei der Bisphosphonat-Klammer 24 ist
auch hier die Abweichung der Stoumlchiometrie vermutlich auf den hohen hygroskopischen
Charakter des Bisphosphonates zuruumlckzufuumlhren Wie bereits bei der Bisphosphonat-Klammer
24 beobachtet wurde ist auch hier der Beitrag der Entropie zur Bindung klein Entsprechend
werden auch in diesem Fall die π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175] sowie der nicht-
klassische Hydrophobe Effekt[10] die entscheidenden Wechselwirkungen bei der
Komplexierung sein Diese Ergebnisse unterstuumltzen den oben beschriebenen Bindungsmodus
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
3 Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthese der Bisphosphonat-Klammer modifiziert so
dass nicht laumlnger das Tetrabutylammonium-Salz aus der Synthese erhalten wird sondern das
Lithium-Salz Dies hat den Vorteil dass das Endprodukt nicht laumlnger mit geringen Mengen
Kieselgel verunreinigt ist Viel wichtiger ist jedoch die Tatsache dass Lithium als Gegenion
im Gegensatz zu Tetrabutylammonium nicht in der Kavitaumlt der Klammer gebunden wird und
so nicht in Konkurrenz zu den Gaumlsten tritt Parallel dazu gelang es erstmals die Pinzette 11
mit Bisphosphonat-Einheiten herzustellen und dadurch wasserloumlslich zu machen Sowohl die
Bisphosphonat-Klammer 24 als auch die Bisphosphonat-Pinzette 11 werden
syntheseoumlkonomisch modular aus der gleichen Spacer-Einheit 14 aufgebaut
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
Abbildung 31 Die in dieser Arbeit synthetisierten Bisphosphonat-Klammern 10 (Gegenion Tetrabutylammonium) und 24 (Gegenion Lithium links) und Bisphosphonat-Pinzette 11 (rechts)
Im Falle der Bisphosphonat-Klammer wurde die bereits bekannte Bindung von NAD+ 52
naumlher untersucht Die Bindung des NAD+ 52 beruht auf Kation-π- und π-π-Wechselwirkungen
in Kombination mit hydrophoben Effekten und elektrostatischen Wechselwirkungen Da
theoretisch zwei Bindungsmoden bei der Bindung von NAD+ 52 moumlglich sind (Abb 32)
wurden in der Mitte durchtrennte NAD+-Fragmente ebenfalls auf ihre Bindungseigenschaften
hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass sowohl Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54
als auch Adenosinmonophosphat (AMP) 56 an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden
Interessanterweise ist die Bindungskonstante von NMN 54 jedoch etwa sechs mal houmlher als
die des AMP 56 Eine genaue Betrachtung des elektrostatischen Oberflaumlchenpotentials von
NAD+ 52 zeigt dass der Nikotinamid-Ring im Vergleich zum Adenin-Ring wesentlich staumlrker
positiv geladen ist Dies erklaumlrt die unterschiedlichen Bindungskonstanten und deutet an dass
die beiden vorgeschlagenen Strukturen im Gleichgewicht vorliegen welches deutlich auf der
Seite der Inklusion des Nikotinamids liegen muss Die Bindung von NAD+ 52 scheint stark
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
3 Zusammenfassung und Ausblick 80
vom pH-Wert abhaumlngig zu sein Die geringen beobachteten ∆δsat-Werte des Komplexes
kehren zu den gewohnten hohen ∆δsat-Werte zuruumlck wenn der Komplex in Puffer betrachtet
wird Die Bindung scheint somit auch vom Protonierungsgrad der Phosphate abhaumlngig zu
sein Die genaueren Zusammenhaumlnge sollen in der Zukunft untersucht werden[94]
Abbildung 32 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Links befindet sich das Nikotinamid in der Kavitaumlt rechts das Adenin
NMR-Messungen bei tiefen Temperaturen sollten mehr Hinweise in Hinblick auf den
Bindungsmodus geben jedoch werden diese Messungen durch die aumluszligerst geringe Loumlslichkeit
erschwert
In Zukunft soll getestet werden ob die Bisphosphonat-Klammer mit einer Erkennungseinheit
fuumlr Ribosen versehen werden kann um so eine selektivere Bindung von NAD+ 52 zu
erreichen[176] Eine weitere interessante Frage ist die ob das elektrochemische Potential von
NAD+ 52 durch Komplexierung an die Bisphosphonat-Klammer 10 geaumlndert werden kann
Das Potential wird vermutlich durch die Komplexierung abgesenkt werden Daran schlieszligt
sich die naumlchste Frage an naumlmlich ob durch Komplexierung des NAD+ das Gleichgewicht
von enzymatischen Reaktionen verschoben werden kann Die Bindungskonstante fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 in der Bisphosphonat-Klammer ist konkurrenzfaumlhig mit der fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 an bestimmte Alkoholdehydrogenasen Manche Dehydrogenasen
binden NAD+ 52 mit einer Bindungskonstante von etwa 103 M-1 waumlhrend NADH meist viel
staumlrker (ca 105 M-1) gebunden wird[177]
3 Zusammenfassung und Ausblick 81
Schlieszliglich koumlnnte man versuchen aus der Bisphosphonat-Klammer einem nichtkovalent
gebundenen Zinkion einem Alkoholat und eingeschlossenem NAD+ 52 ein kuumlnstliches
proteinfreies Enzym zu schaffen
Weiterhin wurde festgestellt dass die basische Aminosaumlure Arginin nicht an die
Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Histidin ist vermutlich fuumlr eine Protonenuumlbertragung auf
die Phosphonate verantwortlich wird aber ebenfalls nicht in der Kavitaumlt gebunden Diese
Erkenntnis ist aumluszligerst wichtig fuumlr zukuumlnftige biologische Experimente mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 Dies bedeutet dass Experimente mit NAD+-abhaumlngigen Proteinen in Gegenwart
der Klammer durchgefuumlhrt werden koumlnnen da nicht zu befuumlrchten ist dass die
Bisphosphonat-Klammer 10 an eine der Aminosaumluren des Proteins bindet und damit ihre
eigene Kavitaumlt blockiert
Die Einlagerung von N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin (A2E) 58 in der Bisphonat-
Klammer 10 eroumlffnet vielleicht eine Moumlglichkeit zur Therapie der altersbedingten
Makuladegeneration (AMD) Fuumlr diese Krankheit die im Wesentlichen von dem in der Retina
gebildeten Naturstoff A2E 58 verursacht wird gibt es bislang keine effektiven Wirkstoffe
Man kann bis heute lediglich den Krankheitsverlauf bremsen Trotz ihrer hohen Ladung
koumlnnte die Bisphosphonat-Klammer also therapeutische Anwendungen finden Dafuumlr spricht
dass bereits eine Zellgaumlngigkeit von anderen hochgeladenen Verbindungen nachgewiesen
wurde[178] Es konnte auszligerdem bereits gezeigt werden dass sich die Bisphosphonat-Klammer
10 in einfache Modellmembranen einlagert In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit
Epithelzellen wurde gezeigt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 die A2E-induzierte
Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das Potential der
Bisphosphonat-Klammer sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist In Zukunft soll die
Bisphosphonat-Klammer mit Resten modifiziert werden welche die Bindung von A2E 58
verbessern sollen wie zB laumlngere Alkylsubstituenten oder auch Dendrimere am
Phosphoratom die Van-der-Waalswechselwirkungen mit den Ketten des A2Es 58 eingehen
koumlnnen
Da bei der naumlheren Untersuchung des Komplexes von NAD+ 52 mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 interessanterweise festgestellt wurde dass sowohl das Adenosin-Nukleosid als
auch das entsprechende -Nukleotid gebunden werden wurde diese Eigenschaft genauer
uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 alle 2rsquo-Deoxy-
3 Zusammenfassung und Ausblick 82
Nukleoside mit hohen Bindungskonstanten bindet (2000 bis 8000 M-1) Die besten
Bindungskonstanten wurden bei der Bindung von 2rsquo-Deoxythymidin 60 und
2rsquo-Deoxyadenosin 55 beobachtet Im Gegensatz dazu wird lediglich das Nukleotid
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 schwach an die Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden
(etwa 1000 M-1) Somit unterscheidet die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen
Nukleosiden und Nukleotiden Die Ursache liegt wahrscheinlich in der Abstoszligung der negativ
geladenen Phosphate der Nukleotide durch die ebenfalls negativ geladenen Phosphonate der
Klammer Eine interessante Frage die in der Zukunft geklaumlrt werden sollte ist die moumlgliche
Erkennung von AMP 56 in biologischer Umgebung mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Wenn dies moumlglich ist koumlnnte es moumlglich sein die Bisphosphonat-Klammer eventuell als
Adenosin-selektiven DNA-Interkalator zu benutzen[179 180]
Da auch Wirkstoffe auf Nukleosidbasis an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden sollte trotz
der relativ geringen Bindungskonstante fuumlr AZT 68 uumlberpruumlft werden ob die Bisphosphonat-
Klammer 10 als Carrier fuumlr Nukleosid-Wirkstoffe benutzt werden kann
Um das Gastprofil der Bisphosphonat-Klammer 10 zu erweitern wurden Thiazioliumsalze
auf ihre Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass Thiamin 75 und
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 mit hohen Bindungskonstanten an die Bisphosphonat-
Klammer 51 binden Die Bisphosphonat-Klammer 10 ist damit der erste in der Literatur
beschriebene kuumlnstliche Rezeptor fuumlr Thiamin 75 Bei der genaueren Untersuchung des
Bindungsmodus deutet vieles auf einen dynamischen Komplex hin Das Molecular
Modelling-Experiment liefert eine Struktur die das zeitliche Mittel eines dynamischen
Prozesses wiederzuspiegeln scheint (Abb 33) Zusaumltzlich zeigt diese statische Struktur
deutliche Uumlbereinstimmungen mit der natuumlrlichen bdquoV-Konformationldquo im Protein Es scheint
so als wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen
so dass immer einer der beiden Aromate eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingeht Isothermale Titrationskalorimetrie-Experimente haben
gezeigt dass die Komplexierung sehr stark enthalpisch getrieben ist Der entropische Beitrag
ist nahezu vernachlaumlssigbar klein Dies koumlnnte auf einen Beitrag von nichtklassischen
hydrophoben Effekten hinweisen
Da TPP 76 im Protein sehr stark (ca 106 M-1) gebunden wird kann die Bisphosphonat-
Klammer 10 hier nicht zur Beeinflussung des enzymatischen Gleichgeweichts genutzt
werden[128] Allerdings koumlnnte im Modellexperiment versucht werden mit Hilfe der
Bisphosphonat-Klammer 10 TPP-vermittelte enzymatischen Reaktionen wie zB
3 Zusammenfassung und Ausblick 83
Umpolungsreaktionen ohne Enzym durchzufuumlhren[181] Die von der Klammer geaumlnderte
Mikroumgebung und das in der Kavitaumlt gebundenen TPP 76 sollten dies ermoumlglichen[182]
Abbildung 33 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte)
Mit der Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11 gelang es erstmals diese in wasserloumlslicher
Form herzustellen (Abb 31) Nur schlanke para-substituierte N-alkylierte Pyridiniumsalze
werden sehr stark in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Wird allerdings das
Substitutionsmuster geaumlndert so wird der Gast sterisch zu anspruchsvoll fuumlr die Kavitaumlt und
die Bindungskonstante wird deutlich kleiner Dies zeigt sich auch bei der Untersuchung von
einfachen Ammoniumsalzen mit unterschiedlichem Substitutionsmuster
Von besonderem Interesse ist das Bindungsverhalten der basischen Aminosaumluren Arginin und
Lysin Sowohl Tosylargininmethylester 84 als auch Acetyllysinmethylester 83 werden mit
hohen Bindungskonstanten in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Das gilt auch noch
fuumlr die gepufferte Loumlsung Eine Untersuchung des Bindungsmodus zeigt dass Wirt und Gast
dabei eine Pseudorotaxan-aumlhnliche Struktur bilden (Abb 34) Dabei fungieren die
Schutzgruppen sowie das Ammoniumkation jeweils als Stopper und tragen so erheblich zur
houmlheren Bindungskonstante bei Eine mikrokalorimetrische Untersuchung zeigte dass genau
wie bei der Bisphosphonat-Klammer 10 der Beitrag der Entropie im Vergleich zum Beitrag
der Enthalpie zur Bindung sehr gering ist Dies spricht ebenfalls fuumlr starke elektrostatische
und dispersive Wechselwirkungen evtl unterstuumltzt vom nichtklassischen hydrophoben
Effekt Die Effektivitaumlt der Bisphosphonat-Pinzette 11 konnte durch Bindungsexperimente
mit verschiedenen Modellpeptiden gezeigt werden Fuumlr alle Modellpeptide wurde eine starke
Bindung in gepufferter waumlssriger Loumlsung gefunden Dabei konnte auch gezeigt werden dass
andere Aminosaumluren als basische nicht von der Bisphosphonat-Pinzette 11 komplexiert
3 Zusammenfassung und Ausblick 84
werden Durch Zugabe von DMSO oder Acetonitril kann die Bindung von Lysin zB wieder
ruumlckgaumlngig gemacht werden Bei der Untersuchung der Modellpeptide gab es auszligerdem
Hinweise auf eine Sequenzspezifizitaumlt in Hinblick auf den Abstand von mehreren Lysin-
Resten Peptide mit zwei Lysin-Resten direkt nebeneinander scheinen sich anders zu
verhalten als Peptide mit zwei Lysin-Resten die durch mehrere Aminosaumluren voneinander
getrennt sind
Abbildung 34 Ergebnis der Monte Carlo-Simulationen des Komplexes von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen)
In Zukunft soll die Bisphosphonat-Pinzette mit einer Erkennungseinheit fuumlr Aspartat versehen
werden um so einen selektiven Rezeptor fuumlr die wichtige Peptidsequenz RGD 86 zu schaffen
Ebenso sollen andere wichtige Modell- und Signalpeptide mit hoher Selektivitaumlt angesteuert
werden so dass neuartige Sensoren oder Wirkstoffe entstehen
4 Experimenteller Teil 85
4 Experimenteller Teil 41 Material und Methoden
Chemikalien
Die eingesetzten Chemikalien wurden bei den Firmen Acros Organics (Geel Belgien)
Aldrich Chemical Co (Taufkirchen) Bachem (Bubendorf Schweiz) Fluka (Taufkirchen)
und Sigma (Taufkirchen) bezogen und falls nicht anders angegeben in der erhaltenen Qualitaumlt
eingesetzt
Loumlsungsmittel
Die verwendeten Loumlsungsmittel wurden vor Gebrauch destilliert und bei Bedarf nach
Standardmethoden absolutiert[183 184] Das benutzte Wasser war entionisiert und wurde im
Bedarfsfall nochmals uumlber eine ELGA Purelab UHQ Anlage entionisiert
Chromatographie
Fuumlr duumlnnschichtchromatographische Analysen kamen mit Kieselgel 60 beschichtete
Aluminiumplatten der Firma Merck (Darmstadt) zum Einsatz
Die Detektion erfolgte mit UV-Licht der Wellenlaumlngen 254 und 366 nm und durch Anfaumlrben
mit dem CAM- und Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz und anschlieszligender Entwicklung im
Heiszligluftstrom
CAM-Reagenz 2 g Cersulfat 50 g Ammoniummolybdat und 50 mL konz Schwefelsaumlure in
400 mL Wasser geloumlst
Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz 10-ige Molybdatophosphorsaumlure-Loumlsung in Ethanol
Die praumlparative Saumlulenchromatographie wurde wenn nicht anders angegeben an Kieselgel 60
der Firma Merck (Darmstadt) durchgefuumlhrt Die Laufmittelgemische und die RF-Werte der
betreffenden Substanzen sind angegeben[185]
NMR-Spektroskopie
Die NMR-Spektren wurden mit folgenden Geraumlten gemessen
Bruker Advance AC-200 (1H und 13C)
Bruker Advance ARX-200 (1H 13C und 31P)
4 Experimenteller Teil 86
Bruker Advance AMX-300 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-400 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-500 (1H und 13C)
Die chemischen Verschiebungen δ beziehen sich in den 1H-Spektren auf das
Restprotonensignal des verwendeten deuterierten Loumlsungsmittels und in den 13C-Spektren auf
das 13C-Signal des Loumlsungsmittels[186 187] Die chemischen Verschiebungen δ sind in parts per
million (ppm) angegeben Die verwendeten Loumlsungsmittel sind bei den jeweiligen Spektren
vermerkt
Die Kopplungskonstanten J sind in Hertz (Hz) angegeben Die Signalmultiplizitaumlten werden
wie folgt abgekuumlrzt s = Singulett d = Dublett dd = Dublett vom Dublett ddd = Dublett vom
Dublett vom Dublett m = Multiplett t = Triplett dt = Dublett vom Triplett q = Quartett br =
breit Zusaumltzlich ist die integrierte Protonenzahl angegeben Die Zuordnung der Signale wird
durch einen kurzen Formelabschnitt gezeigt Alle 13C-NMR-Spektren wurden Breitband-
entkoppelt gemessen
NOESY-Experimente
Eine aumlquimolare Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel wird im Ultraschallbad entgast und anschlieszligend vermessen
Variable Temperatur Experimente
Von einer aumlquimolaren Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel (D2O) wird im Temperaturbereich von 5 degC bis 95 degC in 10 degC Schritten ein 1H-NMR Spektrum aufgenommen Die temperaturabhaumlngige Aumlnderung der chemische
Verschiebung wird anschlieszligend beobachtet wobei aliphatische Protonen die keine
temperaturabhaumlngige Verschiebung zeigen als Referenz dienen
UVVis-Spektroskopie
UVVis-Spektren wurden mit einem Hitachi U-3410 bei 25 degC gemessen
Massenspekroskopie
Die Massenspektren (inkl Hochaufloumlsung) wurden auf einem Finnegan MAT 711 (EI) auf
einem Finnegan MAT95 S (ESI) oder auf einem Applied Biosystems SldquoQstar Pulsar irdquo (ESI)
gemessen Die Messmethode wird in Klammern angegeben Angegeben sind jeweils die
4 Experimenteller Teil 87
mz-Werte der wichtigsten Signale Als Daten sind zusaumltzlich die Summenformel die
berechnete Masse und die gemessene Masse angegeben
Schmelzpunkte
Die Schmelzpunkte wurden mit einer KOFLER-Schmelzpunktmessapparatur Thermoplan der
Firma Reichert gemessen und sind unkorrigiert
Filmwaage-Experimente
Filmwaage-Experimente wurden mit einer Filmwaage NIMA 601BAM durchgefuumlhrt Die
Messung des Oberflaumlchendrucks π als Funktion der Flaumlche A erfolgte mittels eines
WILHELMY-Plaumlttchens[107 188]
Die Messungen wurden bei 25 degC uumlber reinem Wasser (R gt 18 MΩ) oder waumlssrigen
Gastloumlsungen (c = 100 microM) durchgefuumlhrt wobei die Subphase vor jeder Messung auf
fehlende Oberflaumlchenaktivitaumlt uumlberpruumlft wurde Stearinsaumluremonoschichten wurden durch
Aufspreizen von 50 microL einer 35 mM Stearinsaumlure-Loumlsung in Chloroform auf die jeweilige
Subphase erhalten Durch zeitabhaumlngige Messungen der Druck-Flaumlche Diagramme
(Schrankengeschwindigkeit 50 cmsup2min) wurde zunaumlchst der Einfluss der geloumlsten Gaumlste auf
die Stearinsaumluremonoschicht beobachtet Der Rezeptor wurde dann als 35 mM Loumlsung in
Methanol Chloroform = 11 vv bei einem Oberflaumlchendruck von 15 mNm vorsichtig auf
die Oberflaumlche getropft Zeitabhaumlngige π-A-Isothermenzyklen wurden aufgenommen bis
keine Aumlnderung der Effekte mehr beobachtet werden konnten
Molecular Modelling
Kraftfeldrechnungen wurden mit dem Programm MacroModel 71 der Firma Schroedinger
durchgefuumlhrt Verwendet wurden die Kraftfelder Amber und OPLS-AA sowie das
GBSA-Solvatationsmodell fuumlr Wasser[189 190] ndash die verwendeten Kraftfelder sind an der
entsprechenden Struktur vermerkt
Komplex-Strukturen wurden zuerst minimiert und anschlieszligend wurde in einer Monte-Carlo
Simulation die Struktur mit der guumlnstigsten Energie ermittelt Monte-Carlo Simulationen
wurden mit mindestens 3000 Schritte berechnet (Die Anzahl der Schritte ist an der
entsprechenden Struktur vermerkt)
Molekuumlldynamik-Rechnungen wurden anschlieszligend mit der aus der Monte-Carlo Simulation
erhaltenen guumlnstigsten Struktur und dem gleichen Kraftfeld durchgefuumlhrt Die Rechnungen
wurden bei 300 K uumlber einem Zeitraum von 10 ps (wobei jede Picosekunde eine Struktur
4 Experimenteller Teil 88
gespeichert wurde) oder 100 ps (wobei alle 10 ps eine Struktur gespeichert wurde)
durchgefuumlhrt Alle erhaltenen Strukturen wurden uumlbereinander abgebildet wobei die
Wasserstoffatome aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen wurden
Kraftfeldrechnungen mit einer Wasserbox wurden mit dem Programm Sybyl 67 der Firma
Tripos durchgefuumlhrt Berechnungen wurden mit den aus Monte Carlo Simulationen erhaltenen
energieguumlnstigsten Strukturen durchgefuumlhrt Dazu wurden sie aus Marcromodel 72 als PDB-
oder Mol2-Datei exportiert In Sybyl 67 eingeladene Strukturen wurden mit GASTEIGER-
MARSILLI Teilladungen[191] versehen und anschlieszligend wurde eine Wasserbox
(0 Loumlsungsmittelschichten Tripos Radien) berechnet Danach wurde die Struktur so lange mit
dem Tripos Kraftfeld[191] minimiert bis ein Energieminimum gefunden wurde (etwa 10000
Schritte)
Zur grafischen Darstellung der Strukturen wurde das Programm Pymol 097 von DeLano
Scientific LLC verwendet[192]
42 Synthesen 421 Synthese des Spacers 14
Synthese von (1α4α4aβ8aβ)-Tetrahydro-14-methanonaphthalin-58-dion 17
(modifizierte Vorschrift)
O
O1
2
34
65
78
9
4a
8a
Zu einer geruumlhrten auf 0 degC gehaltenen Suspension aus 30 g (028 mol aus Methanol
umkristallisiert) p-Benzochinon 16 in 175 mL Methanol werden mittels eines kuumlhlbaren
Tropftrichters 183 g (028 mol) auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes Cyclopentadien 15
getropft Nach Beendung der Zugabe wird die Reaktionsmischung im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Die Reaktionsmischung wird unter vermindertem Druck auf etwa
40 mL eingeengt Das Produkt kristallisiert dabei in Form gelbgruumlner Nadeln aus
Ausbeute 386 g (022 mol 80 ) gelbgruumlne Nadeln
4 Experimenteller Teil 89
1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 142 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 1 H 9-Hi) 154 (dd 2J(9-Ha 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 321 (d br 3J(1-H 9-Ha) =
17 Hz 2 H 1-H 4-H) 354 (s 2 H 4a-H 8a-H) 606 (s br 2 H 2-H 3-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
Synthese von 14-Dihydro-14-methanonaphthalin-58-dion 18[48 74]
O
O1
2
34
6
79
5
8
Zu einer Loumlsung von 100 g (057 mol) 17 in 600 mL Methanol werden 1 mL Triethylamin
gegeben Dabei wird darauf geachtet dass die Temperatur 25 degC nicht uumlberschreitet Nach
16 h Ruumlhren wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand
mit 200 mL Aceton aufgenommen Das Loumlsungsmittel wird erneut unter vermindertem Druck
entfernt und das Produkt anschlieszligend in 15 L Chloroform geloumlst und nach Zugabe von 63 g
(058) aus Methanol umkristallisiertem p-Benzochinon 16 5 h bei 50 degC geruumlhrt Nach dem
Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung uumlber eine G3-Glasfritte filtriert
Anschlieszligend wird das Filtrat mit 800 mL einer 1-igen waumlssrigen NaOH-Loumlsung und
dreimal mit je 200 mL Wasser gewaschen Nach dem Trocknen uumlber Natriumsulfat wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der erhaltene Ruumlckstand wird
anschlieszligend mit Cyclohexan als Elutionsmittel uumlber ca 30 g Kieselgel filtriert Das Einengen
der orangene Fraktion unter vermindertem Druck ergibt das Produkt als orangen Feststoff
Ausbeute 813 g (047 mol 83 ) orangener Feststoff
RF-Wert 006 in Cyclohexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 226 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 71 Hz 1 H 9-Ha) 232 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 71 Hz 1 H 9-Hi) 409 (t 3J(1-H 2-H) = 2 Hz 2 H 1-H 4-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H) 685 (t 3J(2-H 1-H) = 2 Hz 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 90
Synthese von syn-(1α4α4aβ5α8α9aβ)-144a589a-Hexahydro-1458-
dimethanoanthracen-910-dion 18a[48 74]
O
O1
2
34 5
6
789 8a
10 10a
11 12
Zu einer auf -78 degC gekuumlhlten Loumlsung von 30 g (019 mol) 18 in 200 mL Toluol werden
mittels eines kuumlhlbaren Tropftrichters 15 g auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes
Cyclopentadien 15 zugetropft Die Reaktionsmischung wird im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf 50degC erwaumlrmt und
das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt bis eine Truumlbung erkennbar ist Dann
wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h
auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert getrocknet und
mittels NMR auf das synanti-Verhaumlltnis uumlberpruumlft Der Niederschlag wird anschlieszligend in
Toluol aufgeloumlst und auf 50degC erhitzt Dann wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die
Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Dieser
Vorgang wird so oft wiederholt bis das Verhaumlltnis von synanti besser ist als 201
Ausbeute 162 g (0672 mol 40 ) gelber Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 140 (d br 2J(12-Hi 12-Ha) = 88 Hz 1 H 12-Hi) 148
(d br 2J(12-Ha 12-Hi) = 85 Hz 1 H 12-Ha) 213 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 73 Hz 1 H 11-
Ha) 221 (dt 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 3J(11-Hi 1-H) = 12 Hz 1 H 11-Hi) 323 (dd 3J(8a-
H 8-H) = 24 Hz 2J(8a-H 7-H) = 15 Hz 2 H 8a-H 10a-H) 346 (dd 3J(5-H 6-H) = 20 Hz 3J(5-H 10a-H) = 17 Hz 2 H 5-H 8-H) 396 (ddd 3J(1-H 2-H) = 39 Hz 3J(1-H 11-Ha) =
31 Hz 3J(1-H 11-Hi) = 31 Hz 2 H 1-H 4-H) 577-578 (m 2 H 6-H 7-H) 676-677 (m
2 H 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 91
Synthese von syn-910-Diacetoxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 14[46 47]
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Unter Argon werden 952 g (40 mmol) 19a und 056 g (4 mmol) 4-Dimethylaminopyridin
(DMAP) in 44 mL wasserfreiem Pyridin geloumlst Bei 0 degC werden unter Ruumlhren 24 mL (frisch
destilliertes) Essigsaumlureanhydrid zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und danach 16 h bei 50 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung auf 200 mL einer EisWasser-Mischung
gegeben Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert und viermal mit 25 mL Wasser
gewaschen Danach wird der Feststoff in moumlglichst wenig Chloroform aufgenommen und
uumlber Kieselgel mit Chloroform als Elutionsmittel filtriert Der nach dem Entfernen des
Loumlsungsmittels erhaltene gelbe Feststoff wird aus Ethanol Chloroform = 41 vv
umkristallisiert
Ausbeute 124 g (384 mmol 96 ) farblose Kristalle
RF-Wert 010 in Chloroform 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 71 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha)
226 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 71 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 234 (s 6 H 15-H 16-H) 381 (d 3J(1-H 2-H) = 15 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 675 (d 3J(2-H 1-H) = 15 Hz 4 H 2-H
3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
4 Experimenteller Teil 92
422 Synthese der Modellverbindung
Synthese von syn-910-Dihydroxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 25 (neue Vorschrift)
OH
OH
12
34
4a5 1010a6
78
8a 9 9a
11 12
Zu einer Suspension von 200 mg (54 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 30 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Loumlsung aus 200 mg (061 mmol) 14 in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran zugetropft Danach wird 5 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf 0
degC wird mit 30 mL gesaumlttigter waumlssriger Ammoniumchlorid-Loumlsung hydrolysiert Die
Reaktionsmischung wird mit 2 M waumlssriger Salzsaumlure-Loumlsung auf pH 1 eingestellt und
danach dreimal mit je 100 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen Phasen
werden dreimal mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 143 mg (060 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz DMSO-d6) δ = 196 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 63 Hz 2 H 11-Hi
12-Hi) 203 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 63 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 398 (s br 4 H H-1 H-4
H-5 H-6) 669 (s br 4 H H-2 H-3 H-6 H-7)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 93
Synthese von 1458-Tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonsaumlureester 26[65 75]
O
O
P
P
O
HO
OH
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Zu einer Loumlsung von 100 mg (420 micromol) 25 und 150 mg (113 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 175 microL
(126 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren wird der entstandene Niederschlag
mittels einer Umkehrfritte abfiltriert und mit 3 mL absolutem Tetrahydrofuran gewaschen
Zum Filtrat werden 3 mL 25-ige waumlssrige Salzsaumlure zugesetzt und nach 15 min Ruumlhren
werden 15 mL n-Hexan zugegeben Nach 16 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird der
entstandene Feststoff abfiltriert mit 3 mL 25-iger waumlssriger Salzsaumlure gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 110 mg (212 micromol 50 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) 155 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H) 218
(d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 411 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 680 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 94
Synthese von Bistetrabutylammonium-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-
910-bismethylphosphonat $$026[65 75]
+N4
2
O
O
P
P
O
-O
O-
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
17
18
Zu einer Suspension aus 50 mg (127 micromol) 26 in 10 mL Dichlormethan werden 253 microL (253
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung gegeben Anschlieszligend
wird die Reaktionsmischung 2 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel
unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 111 mg (127 mmol quantitativ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 092 (t 3J(18-H 17-H) = 73 Hz 24 H 18-H) 128-137 (m
16 H 17-H) 134 (d 2J(13-H P) = 159 Hz 6 H 13-H 14-H) 155-170 (m 16 H 16-H)
213 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 220 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) =
73 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 313-320 (m 16 H 15-H) 408 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H)
682 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 95
Synthese von 910-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-(1α4α5α8α)-1458-
tetrahydro-1458-dimethanoanthracen 27
O
O
P
P
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Zu einer Loumlsung aus 200 mg (085 mmol) 25 und 297 mg (227 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 15 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 350 microL
(250 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach 1 h ruumlhren bei 0 degC und anschlieszligend
eine weitere Stunde bei Raumtemperatur werden 10 mL absolutem Methanol zugegeben und
weitere 16 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter
vermindertem Druck entfernt und der erhaltene Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit
Chloroform Aceton = 21 vv gereinigt
Ausbeute 234 mg (056 mmol 65 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 025 in Chloroform Aceton = 21 vv
Schmelzpunkt 139 degC 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 168 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H)
219 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 225 (d 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 375 (d 3J(15-H P) = 113 Hz 6 H 15-H 16-H) 411 (d br 3J(1-H 2-H)
= 17 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 683 (d br 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 4 H 2-H 3-H 6-H
7-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2933 (s) 13C-NMR (503 MHz CDCl3) δ = 108 (d 1J(C P) = 1443 Hz C-13 C-14) 481 (d C-1
C-4 C-5 C-8) 527 (d 2J(C P) = 54 Hz C-15 C-16) 700 (s C-11 C-12) 1362 (d C-4a
C-8a C-9a C-10a) 1423-1428 (m C-2 C-3 C-6 C-7 C-9 C-10)
MS (ESI MeOH) mz 423 [M + H+]+ 445 [M + Na+]+
HR-MS ber fuumlr C20H24O6NaP2 4450946 gef 4450940
4 Experimenteller Teil 96
CHN ber fuumlr C20H24Li2O6P2frac12H2O [] C 5569 H 584 gef [] C 5515 H 555 Der
Wassergehalt kann variieren
Synthese von Bis(lithium)-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonat 28
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Eine Loumlsung aus 500 mg (118 mmol) 27 und 205 mg (236 mmol) trockenem
Lithiumbromid in 10 mL absolutem Acetonitril wird 16 h bei 85 degC geruumlhrt Der entstandene
Niederschlag wird abzentrifugiert dreimal mit 3 mL absolutem Acetonitril gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 mg (086 mmol 73) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (500 MHz Methanol-d4) δ = 127 (d 2J(13-H P) = 165 Hz 6 H 13-H 14-H)
215 (s br 4 H 11-H 12-H) 416 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 678 (s br 4 H 2-H 3-H
6-H 7-H) 31P-NMR (810 MHz Methanol-d4) δ = 253 (s) 13C-NMR (1258 MHz Methanol-d4) δ = 133 (d 1J(C P) = 1383 Hz C-13 C-14)
706 Hz (s C-11 C-12) 1396 (d 2J(C P) = 61 Hz C-9 C-10) 1433 (s C-4a C-8a C-9a
C-10a) 1441 (s C-2 C-3 C-6 C-7)
MS (ESI MeOH) mz 196 [M ndash 2Li+]2- 393 [M ndash 2Li+ + H+]- 399 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C18H18O6LiP2 3990733 gef 3990709
CHN ber fuumlr C18H18Li2O6P22H2O [] C 4889 H 501 gef [] C 4910 H 500
4 Experimenteller Teil 97
423 Synthese der Hydroxyklammer 21
Synthese von 716-Diacetoxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen 12[48 74]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
O
O
21
22
23
24
Eine Mischung aus 20 g (62 mmol) 14 200 g (478 mmol) αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-xylol
20 460 g (326 mmol) wasserfreiem Natriumiodid und 100 g (100 mmol) wasserfreiem
Calciumcarbonat in 150 mL wasserfreiem NN-Dimethylformamid (DMF) wird 30 min unter
Argon bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 5 h bei 55 degC
und 100 mbar (Membranpumpe mit vorgeschalteter KOH-Saumlule) geruumlhrt Danach wird die
noch warme Reaktionsmischung auf 600 g Eis gegossen Zum entstandenen Gemisch wird
gesaumlttigte waumlssrige NaHSO3-Loumlsung gegeben bis die Farbe von braunrot nach gelb umschlaumlgt
Nach Zugabe von 300 mL Wasser und 400 mL Dichlormethan wird das Gemisch kraumlftig
durchmischt und anschlieszligend filtriert Danach wird die waumlssrige Phase dreimal mit je
200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit 200 mL
gesaumlttigter waumlssriger NaHCO3-Loumlsung und viermal mit je 400 mL Wasser gewaschen und
anschlieszligend uumlber Natriumsulfat getrocknet Nach dem Entfernen des Loumlsungsmittels unter
vermindertem Druck wird der verbleibende Feststoff chromatographisch uumlber Kieselgel
gereinigt (Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv)
Ausbeute 22 g (42 mmol 68 ) hellbrauner Feststoff
RF-Wert 027 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 242 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
248 (s 6 H 23-H 24-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 429
(s br 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 723-727 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 752 (s 4 H
5-H 9-H 14-H 18-H) 756-759 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
4 Experimenteller Teil 98
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
Synthese von 716-Dihydroxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacen 21[48 74]
OH
OH
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
Zu einer entgasten Suspension von 200 mg (038 mmol) 12 und 50 microL Phenylhydrazin in 15
mL Ethanol wird unter Argon 500 microL einer 15igen waumlssrigen entgasten Natriumhydroxid-
Loumlsung gegeben Nach 1 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird 10 mL einer 15igen
waumlssrigen HCl-Loumlsung zugegeben Nach Zugabe von 50 mL Eiswasser wird der entstandene
Feststoff abfiltriert mit 10 mL Wasser gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 160 mg (037 mmol 97 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 251 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
256 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 446 (s br 4 H 6-H 8-H 15-H
17-H) 723-729 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 753 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 754-
758 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 99
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10
Synthese von 681517-Tetrahydro-617815-dimethanoheptacen-716-
bismethylphosphonsaumlureester 22[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
HO
O
OH
21
22
Zu einer Loumlsung aus 100 mg (228 micromol) 21 und 80 mg (600 micromol)
Dichlormethylphosphonsaumlure in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 80 microL
(058 micromol) Triethylamin zugetropft Anschlieszligend wird zuerst 1 h bei 0 degC und dann eine
weitere Stunde bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach werden 3 mL 25-ige waumlssrige HCl-
Loumlsung zugegeben Nach 20 min ruumlhren werden 5 mL n-Hexan zugegeben und weitere 16 h
geruumlhrt Die organische Phase wird mit 3 mL 25-iger waumlssriger HCl-Loumlsung gewaschen
und ohne vorheriges Trocknen unter vermindertem Druck bis zum Trockenen eingeengt Das
Rohprodukt wird anschlieszligend saumlulenchromatographisch uumlber Florisil (60-100 mesh) mit
Dichlormethan Methanol = 31 rarr 21 vv gereinigt
Ausbeute 90 mg (150 micromol 66 ) leicht braumlunlicher Feststoff (mit Kieselgel verunreinigt)
RF-Wert 002 in Dichlormethan Methanol = 21 vv 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 148 (d 2J(21-H P) = 166 Hz 6 H 21-H 22-H) 237 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 80 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 263 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 80 Hz 2 H
19-Ha 20-Ha) 465 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 693-697 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H)
721-724 (m 4 H 1-H 4-H 11-H 12-H) 742 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 100
Synthese von Bistetrabutylammonium-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen-716-bismethylphosphonat 10[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
-O
O
O-
21
22
+N4
2
23
24
2526
Eine Suspension aus 518 mg (871 micromol) 22 in 10 mL Dichlormethan werden 135 microL (135
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt Nach 2 h
Ruumlhren bei Raumtemperatur wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und
der Ruumlckstand in Methanol aufgenommen Die Loumlsung wird uumlber einen Membranfilter
(Porengroumlszlige 02 microm) filtriert und unter vermindertem Druck wieder eingeengt Nach
Uumlberpruumlfung der Stoumlchiometrie mittels der Signalintensitaumlten im 1H-NMR wird ndash falls das
Verhaumlltnis Phosphonat Tetrabutylammonium nicht 11 ist ndash entweder mehr 22 oder
Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt und anschlieszligend wieder membranfiltriert
Ausbeute 59 mg (673 micromol quantitativ bezogen auf Tetrabutylammoniumhydroxid)
hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 081 (t 3J(26-H 25-H) = 66 Hz 24 H 26-H) 105-125 (m
32 H 24-H 25-H) 152 (d 2J(21-H P) = 163 Hz 6 H 21-H 22-H) 241 (d br 2J(19-Hi
19-Ha) = 89 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 255-270 (s br 16 H 23-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi)
= 89 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 469 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 726-730 (m 4 H 2-H
3-H 11-H 12-H) 763-766 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 765 (s 4 H 5-H 9-H 14-H
18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 101
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24
Synthese von 716-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-681517-tetrahydro-
617815-dimethanoheptacen 23
O
O
P
P
O
O
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
23
24
Zu einer Loumlsung aus 330 mg (075 mmol) 21 und 264 mg (198 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 33 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 264 microL
(191 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach einigen Sekunden faumlllt ein Niederschlag
aus Die Suspension wird 1 h bei 0 degC und 1 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend
werden 15 mL absolutes Methanol zugegeben und die Loumlsung wird 16 h bei Raumtemperatur
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der
Ruumlckstand saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit Chloroform Aceton = 101 vv als
Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 260 mg (041 mmol 55 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 041 in Chloroform Aceton = 31 vv
Schmelzpunkt 110 degC 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 165 (d 2J(P-CH3) = 173 Hz 6 H P-CH3) 247 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 260-270 (m 2 H 19-Ha 20-Ha) 355 356
(2 d 3J(P-OCH3) = 1123 Hz 6 H P-OCH3) 466 470 (2 s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H)
720-735 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 759 (dd 3J(H-2 H-1) = 95 Hz 4J(H-2 H-4) =
24 Hz 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 762 766 (2 s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
(diastereomere) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2948 (s) 13C-NMR (7547 MHz CDCl3) δ = 113 (d 1J(C P) = 1441 Hz C-21 C-22) 485 (s C-6
C-8 C-15 C17) 531 (d 2J(PC) = 68 Hz) 652 (s C-19 C-20) 1206 (d C-aromatisch)
4 Experimenteller Teil 102
1255 (s C-aromatisch) 1277 1278 (2 d C-aromatisch) 1322 1415 1463 (3 s
C-aromatisch)
MS (ESI MeOH) mz 623 [M + H+]+ 645 [M + Na+]+ 661 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C36H32O6P2 6221674 gef 6221590
Synthese von Bis(lithium)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacenyl-716-
bismethylphosphonat 24
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
Eine Loumlsung aus 20 mg (32 micromol) 23 und 61 mg (71 micromol) wasserfreiem Lithiumbromid in 3
mL 2-Hexanon wird 16 h bei 120 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird der
entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL wasserfreiem Acetonitril
gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 16 mg (26 micromol 81 ) hellbrauner Feststoff
Schmelzpunkt gt 230 degC 1H-NMR (300 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 2J(P-CH3) = 163 Hz 6 H P-CH3) 236 (d 2J(19-Hi 19-Ha) = 76 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 264 (d 2J(19-Ha 19-Hi) = 79 Hz 2 H 19-Ha
20-Ha) 479 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 719 (dd 3J(H-1 H-2) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) =
27 Hz 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 755 (dd 3J(H-2 H-1) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) = 30 Hz
4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 761 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 31P-NMR (81 MHz MeOH-d4) δ = 2604 (s)
13C-NMR (7547 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 1J(PC) = 1379 Hz C-21 C-22) 657 (s
C-19 C-20) 1208 (s C-aromatisch) 1259 (s C-2 C-3 C-11 C-12) 1286 (s
C-aromatisch) 1335 (2 s C-aromatisch) 1421 (s C-aromatisch) 1488 (s C-aromatisch)
C-6 C-8 C-15 C17 erwartet unter dem MeOH-d4-Signal
4 Experimenteller Teil 103
UVVis (H2O) λ = 2186 nm (log ε = 993) MS (ESI MeOH) mz 296 [M ndash 2Li+]2- 593 [M ndash 2Li+ + H+]- 599 [M ndash Li+]- 615 [M ndash
2Li+ + Na+]-
HR-MS ber fuumlr C34H26O6LiP2 5991359 gef 5991330
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29
Synthese von 14-Dimethano-1234-tetrahydronaphthalin-23-dicarbonsaumlureanhydrid
32 (modifizierte Vorschrift)
O
O
O
12
345
6
78
9
Eine Loumlsung von 80 g (069 mol) Inden 31 (techn) 69 g (070 mol) Maleinsaumlureanhydrid 30
und 10 g 14-Hydrochinon in 100 mL 1234-Tetrahydronaphthalin wird unter Argon 35 h
mit einem auf 200 degC vorgeheiztem Oumllbad zum Sieden erhitzt Nach Abkuumlhlen auf 80-90 degC
wird die Reaktionsmischung unter kraumlftigem Ruumlhren in 500 mL 60 degC warmes Toluol
gegossen Der entstandene Niederschlag wird warm abdekantiert und bei Bedarf warm
abfiltriert Die Loumlsung wird 16 h bei -18 degC ruhen gelassen und der entstandenen Feststoff
abfiltriert Falls notwendig wird das Produkt aus Ethylacetat Ether umkristallisiert
Ausbeute 30 g (014 mol 20 ) farblose Kristalle
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 214 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 95 Hz 1 H 9-Ha) 378 (s br 2 H 2-H 3-H) 391 (s 2 H 1-H 4-H) 719-730 (m
4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 104
Synthese von 5-endo6-endo-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 33[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension von 30 g (014 mol) 32 in 400 mL absolutem Methanol werden bei 0 degC
2 mL Acetylchlorid zugegeben Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 20 h bei 40 degC
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und das Produkt
im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 g (013 mol 93 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 174 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 89 Hz 1 H 9-Hi) 188 (dd 2J(9-Ha 9-Hi) = 89 Hz) 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 347 (s 6 H 10-H 11-H) 348
(d 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 2 H 2-H 3-H) 363 (s br 2 H 2-H 3-H) 710-714 (m 2 H 6-H
7-H) 724-728 (m 2 H 5-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-56-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 34[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 35 g (013 mol) 33 in 500 mL absolutem Methanol werden 15 g
(028 mol) Natriummethylat gegeben und anschlieszligend 5 h unter Ruumlckfluss erhitzt Danach
wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck eingeengt Der Ruumlckstand wird mit
500 mL Diethylether aufgenommen und zweimal mit je 150 mL 2 M HCl-Loumlsung zweimal
4 Experimenteller Teil 105
mit je 150 mL gesaumlttigter NaHCO3-Loumlsung und einmal mit 150 mL gesaumlttigter NaCl-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen mit Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 345 g (013 mol quantitativ) brauner Feststoff
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 184 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 196 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 93 Hz 1 H 9-Ha) 285-286 (m 1 H 2-H) 353 (s 3 H 11-H) 361-365 (m 2 H
1-H 2-H) 370 (s br 1 H 4-H) 375 (s 3 H 10-H) 705-714 (m 3 H 5-H 6-H 7-H)
724-726 (m 1 H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(hydroxymethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin
35[73]
OHOH
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension aus 12 g (315 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 800 mL absolutem
Tetrahydrofuran werden bei 0 degC unter Absolutbedingungen 34 g (130 mmol) 34 in 200 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 16 h unter
Ruumlckfluss geruumlhrt Danach werden bei 0 degC 60 mL gesaumlttigte waumlssrige Magnesiumsulfat-
Loumlsung zugetropft Der entstandene Niederschlag wird anschlieszligend abfiltriert und dreimal
mit je 300 mL Diethylether fuumlr 30 min unter Ruumlhren zum Sieden erhitzt Die vereinten
etherischen Phasen werden uumlber Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck
eingeengt
Ausbeute 25 g (122 mmol 94 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 134-142 (m 1 H 3-H) 181 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) =
96 Hz 1 H 9-Hi) 184 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 96 Hz 1 H 9-Ha) 212-220 (m 3 H 2-H
11-H) 268 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H 2-H) = 93 Hz 1 H 10-H) 311 (s 1 H
OH) 331 (s 1 H -OH) 345-351 (m 1 H 4-H) 356 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H
2-H) = 99 Hz 1 H 10-H) 386-391 (m 1 H 1-H) 705-716 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
4 Experimenteller Teil 106
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(chlormethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 36[78]
ClCl
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung von 265 g (390 mmol) Imidazol in 75 mL Acetonitril und 75 mL Pyridin
wird bei 0degC eine Loumlsung aus 610 g (189 mmol) Triphenylphosphindichlorid in 150 mL
Dichlormethan zugetropft Nach 20 min ruumlhren werden bei Raumtemperatur 10 g (49 mmol)
35 zugegeben und anschlieszligend 5 h bei 55degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur
werden 200 mL eines 11 vv Gemisches aus halbkonzentrierter Salzsaumlure und Eis zugegeben
Nach Zugabe von 200 mL Dichlormethan wird die organische Phase abgetrennt und die
waumlssrige Phase dreimal mit je 200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 200 mL 2 M waumlssriger Salzsaumlure Wasser und gesaumlttigter waumlssriger
NaHCO3-Loumlsung gewaschen und uumlber Natriumsulfat getrocknet Danach wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der Ruumlckstand wird in 50 mL Diethylether
suspendiert und 5 min im Ultraschallbad behandelt Danach wird der Niederschlag abfiltriert
und noch zweimal mit Diethylether aufgenommen und im Ultraschallbad behandelt Die
vereinten Etherphasen werden unter vermindertem Druck auf 50 mL eingeengt und
anschlieszligend uumlber 60 g Kieselgel chromatographisch mit Diethylether als Elutionsmittel
gereinigt Einengen der ersten hellgelben Phase unter vermindertem Druck ergibt das
Produkt
Ausbeute 86 g (36 mmol 74) gelbes Oumll
RF-Wert 090 in Diethylether 1H-NMR (200 MHz CDCl3) δ = 136-142 (m 1 H 3-H) 180-197 (m 2 H 9-H)
220-235 (m 1 H 2-H) 266 (t 1 H 10-H) 321-330 (m 2 H 4-H 10-H) 349-352 (m
1 H 11-H) 364-370 (m 2 H 1-H 11-H) 710-731 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 107
Synthese von 23-Bisexomethylen-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 29[53 73]
1
2
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 10 g (42 mmol) $$015 und 24 g (9 mmol) 18-Krone-6 in 100 mL
absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 40 g (710 mmol) gepulvertes Kaliumhydroxid
portionsweise zugegeben Anschlieszligend wird 24 h bei 40 degC geruumlhrt Danach wird die
Reaktionsmischung in 100 mL Eiswasser gegeben Nach Zugabe von 100 mL n-Hexan wird
die organische Phase abgetrennt und die waumlssrige Phase 3 mal mit je 100 mL n-Hexan
extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter
waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die
Loumlsung unter vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der gelbe Ruumlckstand wird mit
50 mL n-Hexan aufgenommen und uumlber Kieselgel mit n-Hexan als Elutionsmittel filtriert
Ausbeute 63 g (37 mmol 90 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 029 in n-Hexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (dd 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Hi 1-H) = 17 Hz
1 H 9-Hi) 211 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 86 Hz 1 H 9-Ha) 383 (s br 2 H 1-H 4-H) 506 (s
br 2 H 10-Hi 11-Hi) 519 (s br 2 H 10-Ha 11-Ha) 705-708 (m 2 H 5-H 8-H) 720-723
(m 2 H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 108
427 Synthese der Hydoxypinzette 38
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α6aα7α9α9aα11α16α17aα18α20α20aα22α)-
566a799a1011161717a182020a2122-hexadecahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 37[53 73]
O
O
O
O
12
34567
6a8910
9a1112
13
1415 16 17
17a18 19 20 2120a
22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 750 mg (233 mmol) 14 150 g (893 mmol) 29 und 300 microL Triethylamin in
15 mL absolutem Toluol und 75 mL absolutem Acetonitril wird in einer Glasampulle dreimal
unter Argon auf -78 degC gekuumlhlt unter Hochvakuum entgast und geschlossen auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und anschlieszligend abgeschmolzen Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Die Ampulle wird 4 Tage bei 170 degC in einem
Roumlhrenofen erhitzt Danach wird die Reaktionsmischung unter vermindertem Druck auf etwa
5 mL eingeengt Der entstandene Feststoff wird abfiltriert und zweimal mit je 5 mL kaltem
Cyclohexan gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 630 mg (094 mmol 41 ) weiszliger Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 155 (d br 2J(24-Hi 24-Ha) = 63 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi)
167 (d br 2J(24-Ha 24-Hi) = 63 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 190-235 (m 16 H 6-H 6a-H
9a-H 10-H 12a-H 17-H 20a-H 21-H 26-H) 229 (s 6 H 28-H 30-H) 285 (s 4 H 7-H
9-H 18-H 20-H) 354 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 680-684 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 709-712 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 109
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 13[53 73]
O
O
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 04 g (06 mmol) 37 und 10 g (44 mmol) 23-Dichlor-56-dicyano-p-
Benzochinon (DDQ) in 15 mL absolutem Toluol werden unter Argon in einem auf 120 degC
vorgeheiztem Oumllbad 2 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf etwa 60 degC werden
03 mL 14-Cyclohexadien zugegeben und 5 min bei 60 degC geruumlhrt Das entstandene DDQH2
wird abfiltriert und zweimal mit 2 mL Methylenchlorid gewaschen Das Filtrat wird unter
vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der Ruumlckstand wird in 3 mL
Methylenchlorid aufgenommen und saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit
Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv als Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 032 g (05 mmol 82 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 038 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-253 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 235 (s 6 H
28-H 30-H) 399 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 406 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H)
668-678 (m 4 H 2-H 3-H 13-H 14-H) 705-710 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 714 (s
4 H 28-H 30-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 110
Synthese von 819-Dihydroxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 38[53 73]
OH
OH
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
Zu einer Suspension aus 100 mg (27 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Suspension aus 210 mg (032 mmol) 13 in 15 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Die Reaktionsmischung wird 5 h unter Ruumlckfluss
geruumlhrt Danach werden unter Argon bei 0 degC 15 mL gesaumlttigte waumlssrige Ammoniumchlorid-
Loumlsung zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung mit 1 M waumlssrigen Salzsaumlure
auf pH 1 eingestellt und dreimal mit 50 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 50 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen mit Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck bis zur Trockene
eingeengt
Ausbeute 180 mg (032 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-244 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 406 (s 4 H
5-H 11-H 16-H 22-H) 417 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 670-678 (m 4 H 2-H 3-H
13-H 14-H) 704-708 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 713 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 111
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11
Synthese von 819-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-
(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-octahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 39
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
P
P
OO
OO
27
28
29
30
Zu einer Loumlsung aus 82 mg (0144 mmol) 38 und 48 mg (036 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC
060 mL (043 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren bei 0 degC und 1 h Ruumlhren bei
Raumtemperatur werden 3 mL absolutes Methanol zugegeben und danach 16 h bei
Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit Chloroform Aceton =
201 vv an Kieselgel gereinigt Eventuell im Produkt verbleibende Reste an
Methylphosphonsaumluredimethylester werden durch Trocknen unter Hochvakuum bei 50 degC
entfernt
Ausbeute 60 mg (0080 mmol 56 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 062 in Chloroform Aceton = 31 vv 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 162 (d 2J(27-H P) = 179 Hz 6 H 27-H 28-H)
230-240 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 252 254 (2 d 3J(29-H P) = 113 Hz 6 H
29-H 30-H) 404 407 (2 d 3J(5-H 26-H) = 70 Hz 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 426 436
(2 d 3J(7-H 25-H) = 43 Hz 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 666-682 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 695-708 (m 4-H 1-H 4-H 12-H 15-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) 2907 (s) 13C-NMR (755 MHz CDCl3) δ = 115 (2 d 1J(C P) = 1481 Hz C-27 C-28) 487 489
(2 d C-7 C-9 C-18 C-20) 512 (s br C-29 C-30) 521 522 (2 s C-5 C-11 C-16 C-22)
4 Experimenteller Teil 112
678 (m C-24 C-25) 689 (m C-23 C-26) 1167 1176 (2 d C-6 C-10 C-17 C-21) 1210
1211 (2 d C-1 C-4 C-12 C-15) 1246 1248 (2 d C-2 C-3 C-13 C-14) 1363 (s C-8
C-19) 1422 1424 (2 d 3J(C P) = 170 Hz C-7a C-8a C-18a C-19a)
MS (ESI MeOH) mz 752 [M + H+]+ 773 [M + Na+]+ 789 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C46H41O6P2 7512373 gef 7512374
Synthese von Bis(Lithium)-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen-819-bismethylphosphonat 11
O
O
P
P
OOLi
OLiO
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
27
28
Eine Loumlsung aus 300 mg (399 micromol) 39 und 10 mg (115 micromol) trockenem Lithiumbromid in
100 mL absolutem Acetonitril wird 16 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird der entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL
absolutem Acetonitril gewaschen und im Hochvakuum getrocknet Sollte die Spaltung der
Methylester noch nicht vollstaumlndig sein wird das Produkt erneut 16 h mit 10 mg (115 micromol)
trockenem Lithiumbromid umgesetzt
Ausbeute 234 mg (319 micromol 80 ) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 130 (d 2J(27-H P) = 162 Hz 6 H 27-H 28-H) 231 (d 2J(24-Ha 24-Hi) = 80 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 233-236 (m 4 H 23-H 26-H) 247 (d 2J(24-Hi 24-Ha) = 76 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi) 416 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 438 (s
4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 629 (s br 2-H 3-H 13-H 14-H) 701-704 (m 4 H 1-H 4-H
12-H 15-H) 729 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H) 31P-NMR (810 MHz D2O) δ = 2599 (s) 13C-NMR (1256 MHz Methanol-d4) δ = 134 (d 1J(C P) = 1384 Hz C-27 C-28) 500 (s
C-7 C-9 C-18 C-20) 524 (s C-5 C-11 C-16 C-22) 689 (s C-24 C-25) 694 (s C-23
4 Experimenteller Teil 113
C-26) 1173 (s C-6 C-10 C-17 C-21) 1220 (s C-1 C-4 C-12 C-15) 1258 (s C-2 C-3
C-13 C-14) 1389 (d 2J(C P) = 81 Hz C-8 C-19) 1428 (s C-7a C-8a C-18a C-19a)
1486 (s C-6a C-9a C-17a C-20a) 1493 (s C-5a C-10a C-16a C-21a) 1520 (s C-4a
C-11a C-15a C-22a)
MS (ESI MeOH) mz 360 [M ndash 2Li+]2- 727 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C44H34O6LiP2 7271985 gef 7271985
43 NMR-Titrationen
431 Durchfuumlhrung
NMR-Titrationen mit gleichbleibender Gast-Konzentration
Zehn NMR-Roumlhrchen werden mit der gleichen Menge einer Loumlsung des Gastes in
deuteriertem Loumlsungsmittel befuumlllt Danach wird die Wirt-Loumlsung (ebenfalls in deuteriertem
Loumlsungsmittel) in Schritten mit steigenden Volumina zu den Roumlhrchen Nr 2-10 zutitriert
Anschlieszligend werden alle Roumlhrchen mit Loumlsungsmittel auf das gleiche Endvolumen
aufgefuumlllt um eventuelle Verduumlnnungseffekte des Gastes auszuschlieszligen Das Roumlhrchen Nr 1
dient als Referenz Die Konzentration des Gastes sollte idealerweise etwa dem Kehrwert der
zu bestimmende Bindungskonstante entsprechen
Zusaumltzlich wurde immer ein Roumlhrchen mit einem 11 Gemisches des Gastes der
Modellverbindung 27 oder 29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel und dem gleichen
Konzentrationsbereich vermessen um eine eventuelle Wechselwirkung ausschlieszligen zu
koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Titration mit gleichbleibender Gast-Konzentration durchgefuumlhrt wurde sind unten
die Konzentrationen der Gast- und der Wirt-Loumlsungs die jeweiligen zutitrierten Volumina
sowie die zusaumltzlich zugegebene Menge Loumlsungsmittel und die beobachteten Signale
aufgelistet Die berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte
bei den beobachtete Signale vermerkt
4 Experimenteller Teil 114
Verduumlnnungstitrationen
Wirt und Gast werden in annaumlhernd 11 Aumlquivalenten in deuteriertem Loumlsungsmittel geloumlst
Von der Loumlsung wird ein NMR-Spektrum aufgenommen Anschlieszligend wird die Loumlsung mit
deuteriertem Loumlsungsmittel mehrmals verduumlnnt Von einer Wirt- sowie einer Gast-Loumlsung mit
gleicher Konzentration wie die Komplex-Loumlsung wird ebenfalls ein NMR-Spektrum
aufgenommen und auf Shifts der Signale auf Grund der Verduumlnnung uumlberpruumlft Es koumlnnen nur
Signale ausgewertet werden die keinen Shift bei der Verduumlnnung zeigen Auch im Falle einer
Verduumlnnungstitration wird eine 11 Mischung vom Gast und der Modellverbindung 27 oder
29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel vermessen um eine eventuelle
Wechselwirkung ausschlieszligen zu koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Verduumlnnungstitration durchgefuumlhrt wurde sind unten die Einwaagen des Gastes
und Wirtes aufgefuumlhrt die Verduumlnnungsschritte der Stammloumlsung (Probe Nr 1) mit der
Menge Loumlsungsmittel mit der verduumlnnt wurde sowie die beobachteten Signale Die
berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte bei den
beobachteten Signale vermerkt
JOB-Plots
Der Molenbruch des Gastes wurde aus den Konzentrationen der entsprechenden
NMR-Titration berechnet und aufgetragen gegen den Molenbruch des Gastes multipliziert mit
∆δ[79 193 194]
4 Experimenteller Teil 115
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxythymidin 60
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0370 mg (1526 micromol) 2rsquo-Deoxythymidin 60 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 500 30510-3 13810-3 76106 62600 18545 76747 73326 1 25 500 15310-4 69010-5 75398 62401 18213 76592 73011 2 50 500 30510-4 13810-4 74923 62246 17929 76503 73000 3 75 500 45810-4 20710-4 74735 62180 17860 76481 72867 4 125 500 76310-4 34510-4 74448 62069 17672 76426 72801 5 250 500 15310-3 69010-4 74072 61914 17451 76339 72679 6 500 500 30510-3 13810-3 73751 61760 17263 76194 72525
∆δsat (ppm) 06184 plusmn 2
02379 plusmn 2
03495 plusmn 3
00617 plusmn 5
00869 plusmn 5
Ka (molL) 2701 plusmn 6
1707 plusmn 7
2184 plusmn 10
2162 plusmn 16
3064 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 116
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminhydrochlorid 75
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 10 und
0078 mg (0818 micromol) Thiaminhydrochlorid 75 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 500 28310-3 13810-3 55294 76747 73326 1 25 500 14210-4 69010-5 52255 76161 72602 2 50 500 28310-4 13810-4 51768 75995 72536 3 75 500 42510-4 20710-4 51746 75973 72414 4 125 500 70810-4 34510-4 51326 75884 72381 5 250 500 14210-3 69010-4 51127 75796 72326 6 500 500 28310-3 13810-3 51039 75741 72292
∆δsat (ppm) 08954 plusmn 2
01048 plusmn 2
01063 plusmn 2
Ka (molL) 23100 plusmn 12
12120 plusmn 9
20470 plusmn 13
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
He
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030 00035
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 117
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
Hc
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
OH
4 Experimenteller Teil 118
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NADP 57
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
1061 mg (1427 micromol) NADP 57 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 600 23810-3 11510-3 94309 92695 82991 76957 76747 733261 30 600 11910-4 57610-5 93447 88223 81535 76741 75990 726532 60 600 23810-4 11510-4 93330 87818 81071 76323 75154 718953 90 600 35710-4 17310-4 93252 87635 80875 76140 74867 715364 150 600 59510-4 28810-4 93238 87511 80653 75801 74129 707725 300 600 11910-4 57610-4 - - - 75311 73255 698576 600 600 23810-3 11510-3 93193 87347 80470 74665 72811 69460
∆δsat (ppm) 02375 plusmn 1
1120 plusmn 0
05602 plusmn 2
04002 plusmn 7
05461plusmn 5
05575plusmn 7
Ka (molL) 41840 plusmn 12
66450 plusmn 2
14750 plusmn 12
769 plusmn 13
1893 plusmn 14
1669 plusmn 16
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OOH
OPOO-
O
P O-HOO
PO
OOHO
N+
NH2
O
Ha
Hb
Hc
OHOH
4 Experimenteller Teil 119
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyguanosin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0416 mg (1459 micromol) 2rsquo-Deoxyguanosin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 24310-3 - 80212 63408 1 30 600 12210-4 57710-5 79910 63203 2 60 600 24310-4 11510-4 79848 63070 3 90 600 36510-4 17310-4 79650 63012 4 150 600 60810-4 28910-4 79511 62896 5 300 600 12210-3 57710-4 79303 62717 6 600 600 24310-3 11210-3 79124 62532
∆δsat (ppm) 03033 plusmn 5
02480 plusmn 4
Ka (molL) 2000 plusmn 13
1718 plusmn 9
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hc
HeHd
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
4 Experimenteller Teil 120
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyadenosin 55
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0239 mg (0922 micromol) 2rsquo-Deoxyadenosin 55 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 500 18410-3 13810-3 82903 82096 64556 76957 76747 733261 25 500 92210-5 69010-5 81599 81355 64059 76514 76238 727012 50 500 18410-4 13810-4 80980 80980 63826 76426 76117 725253 75 500 27710-4 20710-4 80836 80692 63694 76393 76072 724364 125 500 46110-4 34510-4 80615 80261 63517 76316 76017 722925 250 500 92210-4 69010-4 80316 79709 63275 76205 75818 720946 500 500 18410-3 13810-3 80051 79289 62997 76050 75663 72884
∆δsat (ppm) 05955 plusmn 1
03318 plusmn 2
02660 plusmn 3
01308 plusmn 6
01602plusmn 6
01662plusmn 4
Ka (molL) 5771 plusmn 3
6068 plusmn 6
4115 plusmn 8
10300 plusmn 25
9076 plusmn 25
7710 plusmn 14
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
NH
N
N
O
NH2N
O
OH Hb
HO
Ha
4 Experimenteller Teil 121
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OH Hc
HO
Ha
Hb
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
HfHe
4 Experimenteller Teil 122
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminpyrophosphat 76
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0378 mg (0820 micromol) Thiaminpyrophosphat 76 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 13810-3 11510-3 55147 76747 1 30 600 13810-3 55810-5 53874 76293 2 60 600 13810-3 11510-4 53727 76101 3 90 600 13810-3 17310-4 53539 - 4 150 600 13810-3 22910-4 53329 76037 5 300 600 13810-3 65810-4 53031 75963 6 600 600 13810-3 11510-3 52765 75940
∆δsat (ppm) 03144 plusmn 5
01308 plusmn 6
Ka (molL) 17850 plusmn 22
10300 plusmn 25
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
O PO
O
PHO
OH
O
HO
4 Experimenteller Teil 123
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyuridin 61
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0220 mg (0965 micromol) 2rsquo-Deoxyuridin 61 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 16110-3 - 62339 58324 1 30 600 80510-5 57710-5 - 56402 2 60 600 16110-4 11510-4 62005 55505 3 90 600 24110-4 17310-4 61877 54730 4 300 600 80410-4 57710-4 61446 51885 5 600 600 16110-3 11210-3 61286 51079
∆δsat (ppm) 1465 plusmn 5
02384 plusmn 6
Ka (molL) 3012 plusmn 12
1922 plusmn 16
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
4 Experimenteller Teil 124
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxycytidin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0194 mg (0793 micromol) 2rsquo-Deoxycitidin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 13210-3 - 78492 63008 60741 1 30 600 66110-5 57710-5 77209 62665 58807 2 60 600 13210-4 11510-4 - 62481 57873 3 90 600 19810-4 17310-4 76527 62381 57319 4 250 600 33010-4 28910-4 76096 62239 56595 5 300 600 66110-4 57710-4 75615 62074 55775 6 600 600 13210-3 11510-3 75244 61945 55133
∆δsat (ppm) 04738 plusmn 2
01646 plusmn 1
08499 plusmn 1
Ka (molL) 8545 plusmn 8
6332 plusmn 4
7197 plusmn 3
NH
O
ON
O
OH Hb
HOHa
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 125
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit A2E 58
Stammloumlsung 0564 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0350 micromol A2E 58 in 1000 microL Methanol-d4 D2O = 31 vv
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 1000 35010-4 - 865231 100 1000 35010-5 52410-5 856892 150 1000 62910-5 94410-5 850983 250 1000 87410-5 13110-4 848644 500 1000 17510-4 26210-4 835135 1000 1000 35010-4 52410-4 82533
∆δsat (ppm) 09207 plusmn 10
Ka (molL) 2125 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
N
NH2
O
Ha
Hc
4 Experimenteller Teil 126
Titration von Wirt 10 mit Folsaumlure 72
Wirtloumlsung 0768 mg (071410-6 mol) Wirt 10 in 400 microL D2O
Gastloumlsung 0457 mg (103610-6 mol) Folsaumlure 72 in 4200 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 600 0 800 18510-4 0 878401 600 10 800 18510-4 22310-5 871542 600 20 800 18510-4 44610-5 865753 600 40 800 18510-4 89210-5 855644 600 60 800 18510-4 13410-4 845225 600 80 800 18510-4 17810-4 838046 600 170 800 18510-4 37910-4 82195
∆δsat (ppm) 06875 plusmn 2
Ka (molL) 20230 plusmn 12
C(Gast) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
N+
Ha
HO
4 Experimenteller Teil 127
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit FAD 71
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0587 mg (0678 micromol) FAD 71 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 96810-4 10210-3 78393 76957 73326 1 35 700 48410-5 50910-5 78303 76711 72957 2 70 700 96810-5 10210-4 78202 76663 72885 3 105 700 14510-4 15310-4 78184 76645 72879 4 175 700 24210-4 25210-4 78045 76548 72758 5 700 700 96810-4 10210-3 77604 76271 72269
∆δsat (ppm) 02112 plusmn 8
01048 plusmn 11
01672 plusmn 15
Ka (molL) 908 plusmn 14
5378 plusmn 30
4435 plusmn 38
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
Ha
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 128
C(Klammer) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa - berechnet
P
O
O
PO
LiO
O
OLi
Hb
Hc
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
Ha
4 Experimenteller Teil 129
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit AMP $G026
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) AMP $G026 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 14410-3 - 823171 25 500 71810-5 71310-5 821842 50 500 14410-4 14310-4 820963 75 500 21510-4 21410-4 820524 100 500 28710-4 28510-4 819195 125 500 35910-4 35610-4 818756 250 500 71810-4 71310-4 816157 500 500 14410-3 14310-4 81477
∆δsat (ppm) 01881 plusmn 10
Ka (molL) 1126 plusmn 19
N
NN
N
NH2
O
OH
OPNaOONa
OHa
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb - berechnet∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 130
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 384721 30 600 60210-5 59410-5 363392 60 600 12010-4 11910-4 352453 90 600 18010-4 17810-4 348364 300 600 60210-4 59410-4 324935 600 600 12010-3 11910-3 32548
∆δsat (ppm) 08087 plusmn 7
Ka (molL) 7940 plusmn 22
N+
NCHa
3
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 131
Titration von Wirt 10 mit N-Methylthiazoliumiodid 74
Wirtloumlsung 1535 mg (142510-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0524 mg (230710-6 mol) N-Methylthiazoliumiodid 74 in 250 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 25 0 700 33010-4 0 429601 25 10 700 33010-4 31310-5 425562 25 20 700 33010-4 62710-5 421283 25 30 700 33010-4 94010-5 416674 25 40 700 33010-4 12510-4 413025 25 50 700 33010-4 15710-4 407526 25 60 700 33010-4 18810-4 403817 25 80 700 33010-4 25110-4 392228 25 120 700 33010-4 37610-4 383269 25 200 700 33010-4 62710-4 35176
∆δsat (ppm) 1758 plusmn 17
Ka (molL) 1267 plusmn 29
N+
S
Ha3C
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 132
N+
O
OHOH He
OP-OOH
O
NH2
O
Ha
Hc
Hd
Hb
Titration von Wirt 10 mit NMN 54
Wirtloumlsung 1512 mg (140410-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0314 mg (093910-6 mol) NMN 54 in 1000 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 700 13410-4 0 95766 93565 90371 83429 62418 1 100 10 700 13410-4 30910-5 95714 93330 89823 82782 62242 2 100 20 700 13410-4 61710-5 95492 93082 89372 82266 62151 3 100 30 700 13410-4 92610-5 95407 92951 89130 82012 62092 4 100 40 700 13410-4 12310-4 95341 92860 88948 81783 62046 5 100 50 700 13410-4 15410-4 95165 92677 88654 81424 62001 6 100 80 700 13410-4 24710-4 95034 92455 88157 80856 61916 7 100 120 700 13410-4 37010-4 94754 92128 87504 80203 61756 8 100 200 700 13410-4 61710-4 94525 91743 86884 - 61648
∆δsat (ppm) 01970 plusmn 10
02494 plusmn 6
04572 plusmn 6
04442 plusmn 10
00890 plusmn 9
Ka (molL) 3277 plusmn 22
4882 plusmn 16
5912 plusmn 17
9043 plusmn 29
10690 plusmn 33
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 133
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Koffein 70
Stammloumlsung 0390 mg (0362 micromol) Wirt 10 und
0143 mg (0736 micromol) Koffein 70 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 39895 35712 33889 1 35 700 52610-5 25710-5 35940 34134 33231 2 70 700 10510-4 51710-5 35160 33783 33073 3 105 700 15810-4 77110-5 34730 33608 32994 4 140 700 21010-4 10310-4 34415 33468 32924 5 175 700 26310-4 12910-4 34309 33415 32898 6 350 700 52610-4 25710-4 33573 33029 32661 7 700 700 10510-3 51710-4 33590 33038 32670
∆δsat (ppm) 1364 plusmn 2
05839 plusmn 2
02717 plusmn 3
Ka (molL) 36800 plusmn 9
29730 plusmn 11
21490 plusmn 15
N
N N
N
O CHa3
Hb3C
OCHc
3
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 134
Verduumlnnungstitration von Wirt 24 mit AZT 68
Stammloumlsung 0433 mg (0714 micromol) Wirt 24 und
0190 mg (0717 micromol) AZT 68 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 76200 61936 16839 1 30 600 59810-5 59510-5 75022 61461 18059 2 60 600 12010-4 11910-4 74050 61096 17650 3 90 600 17910-4 17910-5 73011 60688 17219 4 120 600 23910-4 23810-4 72259 60389 16865 5 150 600 29810-4 29810-4 71696 60179 16622 6 300 600 59810-4 59510-4 68269 58752 14842 7 600 600 12010-3 11910-3 62464 57659 13759
∆δsat (ppm) 3116 plusmn 6
1245 plusmn 8
1400 plusmn 11
Ka (molL) 707 plusmn 11
696 plusmn 14
730 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
N3Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 135
Titration von Wirt 24 mit 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69
Wirtloumlsung 1593 mg (262910-6 mol) Wirt 24 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0435 mg (194410-6 mol) 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 in 750 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δf (ppm)
0 75 0 600 32410-4 0 76417 69692 64877 59824 18810 1 75 10 600 32410-4 67410-5 76312 69632 64790 59765 18719 2 75 20 600 32410-4 13510-4 76110 69536 64758 59693 18545 3 75 30 600 32410-4 20210-4 75973 69454 64699 59623 18426 4 75 40 600 32410-4 27010-4 75798 99376 64634 59559 18274 5 75 50 600 32410-4 33710-4 75611 99280 64538 59453 18114 6 75 60 600 32410-4 40410-4 75450 69211 64492 59389 17977 7 75 80 600 32410-4 53910-4 75133 69078 64383 59275 17720 8 75 120 600 32410-4 80910-4 74589 68799 64140 59000 - 9 75 200 600 32410-4 13510-3 73618 68350 63764 58565 16415
∆δsat (ppm) 1645 plusmn 17
06014 plusmn 9
06108 plusmn 18
08318 plusmn 19
1399 plusmn 20
Ka (molL) 160 plusmn 20
226 plusmn 12
174 plusmn 21
138 plusmn 23
160 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
Hb
HON
NH
O
O
He3C
Ha
HcHd
4 Experimenteller Teil 136
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylpyraziniumiodid 50
Stammloumlsung 0713 mg (0971 micromol) Wirt 11 und
0234 mg (1052 micromol) N-Methylpyraziniumiodid 50 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 17510-3 - 44827 93911 1 60 600 17510-4 16210-4 39025 - 2 90 600 26310-4 24310-4 37953 84130 3 120 600 35010-4 32410-4 37246 83400 4 300 600 87510-4 80910-4 36494 82295 5 600 600 17510-3 16310-3 34936 80029
∆δsat (ppm) 1270 plusmn 5
1737 plusmn 6
Ka (molL) 11070 plusmn 22
12930 plusmn 34
N+
N
CHa3
I-Hb
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 137
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Benzylaminhydrochlorid 77
Stammloumlsung 0531 mg (0640 micromol) Wirt 11 und
0083 mg (0640 micromol) Benzylaminhydrochlorid 77 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 12810-3 - 416111 25 500 64010-5 64010-5 414122 50 500 12810-4 12810-4 414013 75 500 19210-4 19210-4 413024 100 500 25610-4 25610-4 412245 125 500 32010-4 32010-4 411696 250 500 64010-4 64010-4 405397 500 500 12810-3 12810-3 39898
∆δsat (ppm) 1510 plusmn 38
Ka (molL) 115 plusmn 45
Ha2C
NH3Cl
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 138
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 11 und
0078 mg (0818 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29908 17049 10022 1 35 700 58410-5 58410-5 28628 15761 09136 2 70 700 11710-4 11710-4 27646 14771 08444 3 105 700 17510-4 17510-4 26725 13878 07803 4 140 700 23410-4 23410-4 25989 - 07295 5 350 700 58410-4 58410-4 22508 09566 04857 6 700 700 11710-3 11710-3 19649 06734 02814
∆δsat (ppm) 2651 plusmn 2
2642 plusmn 3
1884 plusmn 2
Ka (molL) 891 plusmn 4
912 plusmn 6
867 plusmn 22
C(Wirt) [molL]00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
018
020
δ∆aδ∆a (berechnet)
Hc3C
Hb2
CCHa
2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 139
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0539 mg (0734 micromol) Wirt 11 und
0070 mg (0734 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 28821 10199 1 35 700 52610-5 52610-5 25940 08779 2 70 700 10510-4 10510-4 24066 07771 3 105 700 15810-4 15810-4 22215 06787 4 140 700 21010-4 21010-4 20947 06104 5 175 700 26310-4 26310-4 19788 05481
∆δsat (ppm) 3451 plusmn 6
2006 plusmn 5
Ka (molL) 1826 plusmn 8
1534 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
Hb3C C
Ha2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 140
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Adrenalinhydrochlorid 79
Stammloumlsung 0689 mg (0938 micromol) Wirt 11 und
0206 mg (0938 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 79 in 750 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (mol_)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 750 12510-3 - 33029 27961 1 375 750 62510-5 62510-5 32538 27462 2 75 750 12510-4 12510-4 32126 27041 3 1125 750 18810-4 18810-4 31767 26611 4 150 750 25010-4 25010-4 31451 26260 5 1875 750 31310-4 31310-4 31074 25875 6 375 750 62510-4 62510-4 29417 24305 7 750 750 11710-3 11710-3 27628 22472
∆δsat (ppm) 2149 plusmn 8
2017 plusmn 4
Ka (moll) 364 plusmn 11
416 plusmn 6
OH
OHOH
Ha2CNH2Cl
Hb3C
C(Wirt) [molL]
000000 000005 000010 000015 000020 000025 000030
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
10
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 141
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Propanololhydrochlorid 82
Stammloumlsung 0633 mg (0862 micromol) Wirt 11 und
0255 mg (0862 micromol) Propanololhydrochlorid 82 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12310-3 - 137191 60 600 12310-4 12310-4 129682 90 600 18510-4 18510-4 127693 120 600 24610-4 24610-4 125924 150 600 30810-4 30810-4 124265 600 600 12310-3 12310-3 11133
∆δsat (ppm) 05482 plusmn 3
Ka (molL) 1361 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
HO
ClH2N
Ha3C CHa
3
4 Experimenteller Teil 142
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Noradrenalinhydrochlorid 80
Stammloumlsung 0612 mg (0833 micromol) Wirt 11 und
0171 mg (0833 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 80 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 320841 70 700 11910-5 11910-5 319182 105 700 17910-4 17910-4 317973 140 700 23810-4 23810-4 317414 175 700 29810-4 29810-4 316645 350 700 59510-4 59510-4 312256 700 700 11910-4 11910-4 30692
∆δsat (ppm) 09012 plusmn 17
Ka (molL) 184 plusmn 22
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
OH
OHOH
Ha2CNH3Cl
4 Experimenteller Teil 143
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Dopaminhydrochlorid 81
Stammloumlsung 0603 mg (0821 micromol) Wirt 11 und
0156 mg (0821 micromol) Dopaminhydrochlorid 81 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29058 32562 68726 1 35 700 58610-5 58410-5 28010 31257 68433 2 70 700 11710-4 11710-4 27051 29988 68217 3 105 700 17610-4 17510-4 26308 29169 68012 4 140 700 23510-4 23410-4 25618 28262 67897 5 175 700 29310-4 29310-4 25109 27484 67655 6 350 700 58610-4 58410-4 22161 - 66889 7 700 700 11710-3 11710-3 20464 21757 66503
∆δsat (ppm) 2169 plusmn 9
2670 plusmn 2
05658 plusmn 12
Ka (molL) 989 plusmn 16
975 plusmn 3
988 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δa∆δa (berechnet)
CHb2
OHOH
Ha2CNH3Cl
Hc
4 Experimenteller Teil 144
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylnicotinamidiodid 51
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0231 mg (0875 micromol) N-Methylnicotinamidiodid 51 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 92629 89567 88860 81565 44540 1 70 700 12510-4 12510-4 90363 88119 86638 80140 41545 2 105 700 18810-4 18810-4 89435 87799 85456 79598 40550 3 140 700 25010-4 25010-4 88749 87589 84450 79200 39721 4 175 700 31310-4 31310-4 88208 87412 83809 78891 39069 5 350 700 62510-4 62510-4 85378 86495 79996 77332 35124 6 700 700 12510-3 12510-3 84063 86163 78261 76658 33278
∆δsat (ppm) 1870 plusmn 9
05524 plusmn 5
2657 plusmn 13
1001 plusmn 8
2576 plusmn 10
Ka (molL) 1364 plusmn 18
3685 plusmn 15
969 plusmn 5
1667 plusmn 18
1195 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N+
NH2
O
CHe3
Ha
Hb
Hd
HcI-
4 Experimenteller Teil 145
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1940 mg (264210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0632 mg (166710-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
700 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 70 0 600 23810-4 0 39983 18159 16721 1 70 10 600 23810-4 58110-5 39228 16510 13134 2 70 20 600 23810-4 11610-4 38290 14500 13177 3 70 30 600 23810-4 17410-4 37685 13099 13099 4 70 40 600 23810-4 23210-4 36738 11170 09724 5 70 60 600 23810-4 34810-4 35484 08549 07000 6 70 80 600 23810-4 46510-4 34871 07216 05734 7 70 120 600 23810-4 69710-4 34485 06024 04638 8 70 180 600 23810-4 10510-3 34257 05366 04042
∆δsat (ppm) 06808 plusmn 7
1547 plusmn 6
1472 plusmn 5
Ka (molL) 7988 plusmn 29
6778 plusmn 23
8762 plusmn 24
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 146
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1074 mg (146310-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0379 mg (100010-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
400 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 16710-4 0 39943 18119 16900 1 40 10 600 16710-4 37510-5 39251 16726 15453 2 40 20 600 16710-4 75010-5 38797 15819 14362 3 40 30 600 16710-4 11310-4 38087 14060 13093 4 40 40 600 16710-4 15010-4 37629 13121 11641 5 40 50 600 16710-4 18810-4 37011 11953 10363 6 40 60 600 16710-4 22510-4 36516 10913 09332 7 40 160 600 16710-4 30010-4 36086 09144 07958
∆δsat (ppm) 1002 plusmn 25
4093 plusmn 26
3292 plusmn 27
Ka (molL) 2811 plusmn 44
1077 plusmn 36
1519 plusmn 40
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 147
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1084 mg (147710-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0419 mg (104810-6 mol) RGD 86 in 400 microL D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 17510-4 0 32772 19855 17361 1 40 10 600 17510-4 37910-5 31561 19719 16872 2 40 20 600 17510-4 75710-5 30376 19236 16124 3 40 30 600 17510-4 11410-4 29229 19056 15528 4 40 40 600 17510-4 15210-4 28204 18734 15010 5 40 50 600 17510-4 18910-4 27083 18547 14488 6 40 60 600 17510-4 22710-4 - 18289 14017 7 40 80 600 17510-4 30310-4 - 17793 13077 8 40 120 600 17510-4 45410-4 21092 17071 11357 9 40 180 600 17510-4 68210-3 - 16330 07692
∆δsat (ppm) 4578 plusmn 3
08838 plusmn 11
2022 plusmn 6
Ka (molL) 836 plusmn 4
1109 plusmn 17
1012 plusmn 9
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 148
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1006 mg (137010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0400 mg (100010-6 mol) RGD 86 in 1000 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 16710-4 0 32682 19320 17291 1 100 10 600 16710-4 35110-5 31562 19134 16600 2 100 20 600 16710-4 70310-5 30608 18904 16113 3 100 30 600 16710-4 10510-4 29693 18680 15595 4 100 40 600 16710-4 14110-4 28637 18430 15000 5 100 50 600 16710-4 17610-4 27773 18206 14648 6 100 60 600 16710-4 21110-4 27037 17969 14091 7 100 80 600 16710-4 28110-4 - 17566 13394 8 100 120 600 16710-4 42210-4 - 16894 11736 9 100 200 600 16710-4 70310-3 - 15979 10034
∆δsat (ppm) 3413 plusmn 22
09234 plusmn 10
1502 plusmn 5
Ka (molL) 1092 plusmn 28
901 plusmn 15
1532 plusmn 5
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 149
Titration von Wirt 11 mit (S)-Glycinyl-(S)-argininyl-(S)-glycinyl-(S)-glycin (GRGG) 87
Wirtloumlsung 1135 mg (154610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0673 mg (117510-6 mol) GRGG2TFA 87 in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 19610-4 0 32543 19241 18525 1 100 10 600 19610-4 39610-5 30751 18770 17914 2 100 20 600 19610-4 79310-5 28394 18150 17279 3 100 30 600 19610-4 11910-4 26627 17663 16724 4 100 40 600 19610-4 15910-4 24618 17121 16101 5 100 50 600 19610-4 19810-4 - 16590 15521 6 100 60 600 19610-4 23810-4 21114 16187 15015 7 100 80 600 19610-4 31710-4 18265 15377 - 8 100 120 600 19610-4 47610-4 - - 12746 9 100 180 600 19610-4 71310-3 - 11964 10569
∆δsat (ppm) 7461 plusmn 15
2213 plusmn 4
2058 plusmn 7
Ka (molL) 857 plusmn 20
755 plusmn 5
972 plusmn 10
HN
NH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 150
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-alaninyl-(S)-alanin (KAA) 88
Wirtloumlsung 0878 mg (119610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0406 mg (100010-6 mol) KAACH3COOH 88 in 200 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (KAA 71)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 20 0 600 16410-4 0 39096 18894 1 20 10 600 16410-4 36910-5 38994 18557 2 20 20 600 16410-4 79310-5 38924 18302 3 20 30 600 16410-4 11910-4 38841 18112 4 20 40 600 16410-4 15910-4 38765 17807 5 20 50 600 16410-4 19810-4 38702 17622 6 20 60 600 16410-4 23810-4 38619 17298 7 20 80 600 16410-4 31710-4 38466 16910 8 20 120 600 16410-4 47610-4 38282 16166 9 20 200 600 16410-4 71310-3 37913 -
∆δsat (ppm) 02920 plusmn 6
1030 plusmn 14
Ka (molL) 1242 plusmn 9
1116 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hb2C
NH2
HN
OOH
OHa
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 151
Titration von Wirt 11 mit tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
Wirtloumlsung 1022 mg (139210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0295 mg (109410-6 mol) tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
in 500 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δb (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 600 18210-4 0 70658 31722 30421 1 100 10 600 18210-4 35710-5 69926 31545 30376 2 100 20 600 18210-4 71410-5 69124 31406 30238 3 100 30 600 18210-4 10710-4 - 31254 30054 4 100 40 600 18210-4 14310-4 67555 31128 29909 5 100 50 600 18210-4 17910-4 66920 30995 29764 6 100 60 600 18210-4 21410-4 66162 30837 29606 7 100 80 600 18210-4 28610-4 65057 30604 29366 8 100 120 600 18210-4 42810-4 62708 30124 28905 9 100 180 600 18210-4 71410-4 68932 29461 28299
∆δsat (ppm) 3764 plusmn 4
06543 plusmn 5
07925 plusmn 24
Ka (molL) 688 plusmn 5
817 plusmn 7
565 plusmn 33
C(Wirt) [moll]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa - gemessen∆δa - berechnet∆δb - gemessen∆δb - berechnet
HN
O
OO
O
NH
N
Ha
HbHc
4 Experimenteller Teil 152
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0208 mg (0875 micromol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 700 microL
D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 442851 35 700 62510-5 62510-5 427622 70 700 12510-4 12510-4 422663 105 700 18810-4 18810-4 419304 140 700 25010-4 25010-4 419115 175 700 31310-4 31310-4 418306 350 700 62510-4 62510-4 416807 700 700 12510-3 12510-3 41244
∆δsat (ppm) 03580plusmn 4
Ka (molL) 23010 plusmn 18
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
4 Experimenteller Teil 153
Titration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Wirtloumlsung 1130 mg (154010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0239 mg (100110-6 mol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 500
microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 50 0 600 16710-4 0 44199 19278 18000 1 50 10 600 16710-4 34210-5 43837 18238 16960 2 50 20 600 16710-4 68410-5 43250 16714 15572 3 50 30 600 16710-4 10310-4 42994 15865 - 4 50 40 600 16710-4 13710-4 42627 - - 5 50 60 600 16710-4 20510-4 41981 12892 11921 6 50 80 600 16710-4 27410-4 - 11774 10718 7 50 120 600 16710-4 41010-4 40905 09978 09007 8 50 200 600 16710-4 61610-3 40442 08682 07963
∆δsat (ppm) 05677 plusmn 8
1572 plusmn 8
1454 plusmn 10
Ka (molL) 3993 plusmn 20
4295 plusmn 19
4730 plusmn 27
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
HcHb
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 154
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-lysinyl-(S)-leucinyl-(S)-valinyl-(S)-
phenylalaninyl-(S)-phenylalanin (KKLVFF) 91
Wirtloumlsung 1367 mg (1013-6 mol) Wirt 11 in 650 microL [25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Gastloumlsung 1107 mg (988310-7 mol) KKLVFF3TFA 91 in 2000 microL [25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 200 0 600 16710-4 0 29643 16809 1 200 10 600 16710-4 35110-5 29351 16548 2 200 20 600 16710-4 70310-5 29109 16097 3 200 30 600 16710-4 10510-4 28995 16014 4 200 40 600 16710-4 14110-4 28791 15766 5 200 50 600 16710-4 17610-4 28652 - 6 200 60 600 16710-4 21110-4 28607 - 7 200 80 600 16710-4 38110-4 - 15556 8 200 120 600 16710-4 42210-4 28505 15524 9 200 200 600 16710-4 70310-4 28499 -
∆δsat (ppm) 01214 plusmn 3
01365 plusmn 6
Ka (molL) 32290 plusmn 21
43310 plusmn 45
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 155
H2NNH
O
Hb2C
CHa2
NH2
Hb2C
CHa2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
pm]
HaHbHa (berechnet)Hb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 156
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysin (KTTK) 89
Wirtloumlsung 0859 mg (1169-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0837 mg (102610-6 mol) KTTK3TFA 89 in 1750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 175 0 600 34210-4 0 39847 18700 1 175 10 600 34210-4 35110-5 39599 18366 2 175 20 600 34210-4 70310-5 39425 18247 3 175 30 600 34210-4 10510-4 39127 17949 4 175 40 600 34210-4 14110-4 38917 17894 5 175 50 600 34210-4 17610-4 38729 17793 6 175 60 600 34210-4 21110-4 38536 17597 7 175 80 600 34210-4 38110-4 38156 17290 8 175 120 600 34210-4 42210-4 37684 17010 9 175 200 600 34210-4 70310-4 36961 16085
∆δsat (ppm) 04061 plusmn 5
04217 plusmn 16
Ka (molL)(21 Komplex)
6821 plusmn 18
4205 plusmn 45
H2NNH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
4 Experimenteller Teil 157
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
007
008
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 158
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysinyl-(S)-serin (KTTKS) 90
Wirtloumlsung 1111 mg (1513-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0724 mg (800110-7 mol) KTTKS3TFA 90 in 750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 75 0 600 26610-4 0 39518 14881 1 75 10 600 26610-4 19410-5 39318 - 2 75 20 600 26610-4 38810-5 38848 11067 3 75 30 600 26610-4 58210-5 - 10165 4 75 40 600 26610-4 77610-5 38439 09121 5 75 50 600 26610-4 97010-5 38204 07755 6 75 60 600 26610-4 11610-4 37882 06000 7 75 80 600 26610-4 15510-4 37746 04300 8 75 120 600 26610-4 23310-4 37136 01300 9 75 180 600 26610-4 34910-4 36722 -
∆δsat (ppm) 03903 plusmn 8
2620 plusmn 15
Ka (molL)(21 Komplex)
4998 plusmn 24
3307 plusmn 33
H2N NH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
OH
O
OH
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 159
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln
10 100 1000 10000 und 10900 Aumlquivalente deuteriertes DMSO werden zu 600 microL einer
aumlquimolaren Loumlsung aus Wirt 11 und Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 25
mmolL Na2HPO4NaH2PO4-Puffer (pH 7) in D2O gegeben (2 10-4 M) sowie zu eine
Referenzloumlsung die nur Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 enthaumllt (gleiche
Konzentration) Die kleinen Veraumlnderungen der chemischen Verschiebung in der
Referenzloumlsung wurden von den groumlszligeren Effekten im GastWirt-Gemisch abgezogen Diese
Ergebnisse werden in der unten gezeigten Tabelle als ∆δobs angegeben Um die Auswirkung
von Acetonitril und Methanol vergleichen zu koumlnnen wurden zu den oben genannten Proben
mit 10 und 100 Aumlquivalenten jeweils 200 microL deuteriertes Acetonitril beziehungsweise 200 microL
deuteriertes Methanol zugegeben
0
001
002
003
004
005
006
007
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 160
zugegebenes Loumlsungsmittel
Aumlquivalente ∆δobs (εCH2) ∆δobs (βCH2)
DMSO-d6 10 nicht sichtbar (breites Signal) -052 DMSO-d6 100 nicht sichtbar (breites Signal) -047 DMSO-d6 1000 nicht sichtbar (breites Signal) -013 DMSO-d6 10000 -001 -001 DMSO-d6 10900 lt -001 lt -001 Acetonitril-d3 16000 lt -001 lt -001 Methanol-d4 20600 -035 -010
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 441 Das Messgeraumlt
Die Messungen wurden mit einem VP-ITC der Firma MicroCal durchgefuumlhrt Gesteuert wird
das Geraumlt mit der WINDOWSTM-Software MicroCal VPViewer Die fuumlr die Messung
verwendete Spritze (250 microL) ist eine Spezialanfertigung der Firma MicroCal Am unteren
Ende der langen Nadel geht die Spritze in einen kleinen Ruumlhrer uumlber um durch die Drehung
der Spritze die Durchmischung der Loumlsung in der Messzelle zu gewaumlhrleisten Das Volumen
der Messzelle betraumlgt 14211 mL Die Messzelle laumlsst sich mit einer Hamilton-Spritze mit
entsprechend langer Kanuumlle befuumlllen Die Spritze fuumlr das Messgeraumlt wird mit Hilfe eines
kleinen Schlauches und einer weiteren Spritze befuumlllt
4 Experimenteller Teil 161
Abb 41 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
442 Reinigung des Messgeraumltes Die Messzelle muss regelmaumlszligig zuerst mit 200 mL TritonregX100-Loumlsung (1100 verduumlnnt)
und anschlieszligend mit 1 L Wasser gespuumllt werden Bei staumlrkeren Verschmutzungen (wie z B
bei ausgefallenen Substanzen) kann optional eine Reinigung mit 500 mL 2 iger SDS-
Loumlsung und anschlieszligend 15 L Wasser durchgefuumlhrt werden Die Spritze fuumlr die Messungen
muss immer gruumlndlich mit Wasser gespuumllt werden Fuumlr die Hamilton-Spritzen empfiehlt es
sich noch zusaumltzlich mit Ethanol zu spuumllen und anschlieszligend zu trocknen
443 Kalibrierung des Messgeraumltes Das Kalorimeter muss halbjaumlhrlich kalibriert werden wobei die Kalibrierung mittels einer
Reihe elektrischer Standardpulse erfolgt Die beiden Zellen muumlssen dazu mit Wasser gefuumlllt
sein Zur Anpassung der Kalibrierungskonstanten dient ein Mittelwert der aus den
Verhaumlltnissen von gemessener Waumlrmemenge zu theoretisch zu erwartender Waumlrmemenge
uumlber alle Waumlrmeimpulse gebildet wird Die neue Kalibrierungskonstante constneu wird dabei
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
4 Experimenteller Teil 162
durch Multiplikation der alten Konstante constalt mit dem durchschnittlichen Verhaumlltnis von
erwarteter zu gemessener Waumlrmemenge erhalten
PulsederAnzahlWW
constconst gemessen
erwartet
altneu
sumsdot= (Gleichung 41)
Diese Anpassung der Kalibrierungskonstante ist allerdings nur notwendig falls die
gemessenen Waumlrmemengen um mehr als 1 von den erwarteten Waumlrmemengen abweichen
Eine Abweichung wurde bisher noch nicht gefunden
444 Durchfuumlhrung der Messungen
Alle Messungen wurden bei 298 K durchgefuumlhrt Dazu wurde das Thermostat des
Kalorimeters auf 25degC eingestellt Um zu verhindern dass die gemessenen Reaktionswaumlrmen
nicht von Mischungseffekten von verschiedenen Loumlsungsmittel oder von
Verduumlnnungseffekten des Puffers uumlberlagert werden ist es sehr wichtig sowohl den Gast als
auch den Wirt in den gleichen Loumlsungsmittel (gegebenenfalls mit gleichen
Pufferkonzentrationen) zu loumlsen
Bevor die Loumlsungen in die Messzelle bzw in die Spritze gefuumlllt werden koumlnnen muumlssen sie
unter vermindertem Druck und Ruumlhren entgast werden Mit einer Hamiltonspritze wird die
Protein-Loumlsung langsam und ohne Luftblasen in die Messzelle gefuumlllt die vorher mit dem
gleichen Loumlsungsmittel vorgespuumllt wurde Beim Befuumlllen der Spezialspritze mit der
Ligandloumlsung ist ebenfalls darauf zu achten keine Luftblasen in die Spritze zu bekommen Da
sich durch Luftblasenbildung stoumlrende Effekt ergeben koumlnnen empfiehlt es sich bei der
ersten Einspritzung nur eine geringe Menge (5 microL) zu verwenden und erst danach mit der
eigentlichen Messung zu beginnen
Nach dem das Geraumlt die Loumlsungen in der Zelle vollstaumlndig thermostatisiert und die
Heizleistung equilibriert hat kann die eigentliche Messung beginnen Es wurden bis zu 30
Einspritzungen eines Aliquots von je 10 microL durchgefuumlhrt Die Wartezeit zwischen zwei
Einspritzungen haumlngt hauptsaumlchlich davon ab wie lange das System braucht um nach einer
Einspritzung die Basislinie wieder zu stabilisieren dh die Temperaturdifferenz zwischen
Mess- und Referenzzelle auszugleichen Im vorgliegenden Fall liegt dieser Zeitraum bei einer
Ruumlhrgeschwindigkeit von 240 Umdrehungen pro Minute bei etwa 300 bis 360 s Das
verwendete Volumen pro Einspritzung haumlngt von einigen unterschiedlichen Faktoren ab wie
zB Gast- und Wirtkonzentration erwarteter Waumlrmetoumlnung und Bindungskonstante K Bei
4 Experimenteller Teil 163
einer 11 Bindung muumlssen die Konzentrationen so gewaumlhlt werden dass die
Gesamtkonzentration des Gastes in der Messzelle am Ende der Messung mindestens zweimal
so groszlig ist wie die Gesamtkonzentration an Wirt Das bedeutet dass die letzten Signale die
betraumlchtlich hinter dem Aumlquivalenzpunkt liegen nur noch aufgrund von Verduumlnnungseffekten
des Liganden oder unspezifischen Bindungsvorgaumlngen zustande kommen sollten da zu
diesem Zeitpunkt bereits eine nahezu vollstaumlndige Saumlttigung vorliegen sollte Diese
Verduumlnnungswaumlrme muss daher von der eigentlichen Bindungsisothermen subtrahiert werden
Deswegen sollten fuumlr jedes Experiment drei Messungen durchgefuumlhrt werden Einmal nur mit
Gast der in das Loumlsungsmittel titriert wird einmal mit Loumlsungsmittel und Wirtloumlsung und
einmal die eigentliche Titration von der Gast-Loumlsung in die Wirt-Loumlsung Die gemessenen
Waumlrmen der ersten beiden Titrationen werden zur Bestimmung der eigentliche
Komplexierungswaumlrme von der dritte Titration abgezogen
Die Anpassung der Bindungsisothermen an die Messpunkte erfolgte nach der Methode der
kleinsten Fehlerquadrate (least squares fit) Dabei wurde jede Messung mehrmals
durchgefuumlhrt bis mindestens zwei exakt gleiche Kurven erhalten wurden Fuumlr die endguumlltige
Bestimmung der thermodynamischen Parameter des Gast-Wirt-Komplexes wurde der
Durchschnitt dieser Messungen verwendet Die Abweichung zwischen den Messungen betrug
maximal 10
4 Experimenteller Teil 164
445 Messergebnisse
Titration von Wirt 24 (5010-4 M) mit Thiaminhydrochlorid 75 (7510-3 M) in Wasser Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2312 plusmn 024 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 0774 plusmn 0006 -093 2 -2407 plusmn 016 160 middot 104 plusmn 35 middot 102 0740 plusmn 0004 010
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1 2
4 Experimenteller Teil 165
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1
Titration von Wirt 11 (5010-4 M) mit Acetyl-(S)-lysinmethylesterhydrochlorid 83
(7510-3M) in Wasser
Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2748 plusmn 034 150 middot 104 plusmn 55 middot 102 0651 plusmn 0006 -373 2 -2641 plusmn 016 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 0735 plusmn 0003 -235
2
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
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Verfuumlgung gestellt
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174
Erklaumlrung
Ich versichere dass ich meine Dissertation
Wasserloumlsliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von
biorelevanten Molekuumllen
selbstaumlndig ohne unerlaubte Hilfe angefertigt und mich dabei keiner anderen als der von mir
ausdruumlcklich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient habe
Die Dissertation wurde in der jetzigen oder einer aumlhnlichen Form noch bei keiner anderen
Hochschule eingereicht und hat noch keinen sonstigen Pruumlfungszwecken gedient
Marburg den 10 Juni 2005
(Michael Fokkens)
175
LEBENSLAUF MICHAEL MILAN FOKKENS
10 Juni 1976 Geboren in Amsterdam (NL)
Juli 1988 Abschluss der Grundschule De Emmausschool Arnhem (NL)
Juni 1995 Erreichen des Diploma voorbereidend wetenschappelijk onderwijs (VWO)
am Thomas a Kempis College Arnhem (NL)
Oktober 1998 Erreichen des Vordiploms in Chemie an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH)
Maumlrz ndash April 2000 Bayer AG Leverkusen Angestellt in der Zentralen Forschung
Januar 2001 Diplompruumlfung des Chemiestudiums an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH) in den Faumlcher Anorganische Chemie Physikalische Chemie
Organische Chemie und Biochemie
September 2001 Abgabe der Diplomarbeit in der Organischen Chemie zum Thema
bdquoNeuartige Inhibitoren der Rezeptor-Tyrosin-Kinasenldquo in dem
Arbeitskreis von Prof Athanassios Giannis an der Universitaumlt
Karlsruhe (TH)
Juli 2005 Ende der Promotion mit dem Thema bdquoWasserloumlsliche molekulare
Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekuumllenldquo
in dem Arbeitskreis von Prof Thomas Schrader an der Philipps-
Universitaumlt Marburg
bdquoMan braucht nichts im Leben zu fuumlrchten
man muss nur alles verstehenldquo
Marie Curie
fuumlr Mina
Inhaltsverzeichnis IV
Danksagung
Als erstes moumlchte ich mich bei Professor Thomas Schrader bedanken fuumlr die Moumlglichkeit in
seinem Arbeitskreis promovieren zu koumlnnen fuumlr die Uumlberlassung des interessanten Themas
seine Betreuung die wertvollen Anregungen und seine stete Diskussionsbereitschaft
Bei Professor Frank-Gerrit Klaumlrner moumlchte ich mich dafuumlr bedanken dass ich die Moumlglichkeit
hatte die Synthese der Acetat-Pinzette in seiner Arbeitsgruppe lernen zu koumlnnen Ebenfalls
moumlchte ich mich fuumlr seine wertvollen Anregungen und Diskussionen sowie seine
Hilfsbereitschaft bedanken
Bei den Professoren Gerhard Klebe Lars-Oliver Essen und Joumlrg Lorberth moumlchte ich mich fuumlr
die Uumlbernahme des Koreferats bedanken
Dem Arbeitskreis Schrader moumlchte ich fuumlr den Humor die lustigen Kaffeepausen und die
Hilfe danken
Beim Arbeitskreis Klaumlrner insbesondere bei Dr Jolanta Polkowska Carla Verhaelen und
Anke Nellesen moumlchte ich mich fuumlr ihre freundliche Aufnahme in der Gruppe sowie ihre
Hilfe bedanken
Meinen Vertiefungsstudenten Christian Schuh Sebastian Koch Katharina Kowalski Gero
Becker Sven Siebler und Sabrina Kille danke ich fuumlr ihr Engagement
Bei Alphonse Mbonimana und Gert Haumlde von der NMR-Abteilung des Fachbereichs Chemie
moumlchte ich fuumlr ihre Geduld beim Messen von unzaumlhligen NMR-Titrationen bedanken Der
Masseabteilung des Fachbereichs Chemie sowie Dr Uwe Linne danke ich fuumlr das Messen der
Massen
Jasmine Fokkens moumlchte ich fuumlr ihre Hilfe bei den ITC-Experimenten danken
Bei Jasmine Fokkens Matthias Junkers und Michael Maue moumlchte ich mich fuumlr das
Korrekturlesen dieser Arbeit bedanken Ohne ihre Hilfe waumlren noch viel mehr
Rechtschreibfehler drin
Bei meinen Eltern moumlchte ich mich fuumlr ihre Unterstuumltzung bedanken Meinen Freunden danke
ich fuumlr die Abwechslung und die lustigen Treffen Insbesondere Edgar amp Silvia Specker
Tanja Sgraja und Daniel Hahn moumlchte ich fuumlr die langen cocktailgetraumlnkten Spieleabende
danken
Schlieszliglich moumlchte ich mich ganz besonders bei meiner Frau Jasmine fuumlr ihre Hilfe ihre
Unterstuumltzung und ihre Geduld mit mir bedanken und dafuumlr dass sie mir immer wieder Mut
gemacht hat Ich moumlchte ihr auch fuumlr die schoumlne Zeit in Marburg danken Ihre Unterstuumltzung
war ein groszliger Beitrag zum Gelingen dieser Arbeit
Inhaltsverzeichnis VI
Teile dieser Arbeit sind publiziert eingereicht oder auf Kongressen praumlsentiert worden
[1] NAD+-Erkennung in Wasser Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader
Jolanta Polkowska Jens Panitzky Frank-Gerrit Klaumlrner Poster praumlsentiert auf dem
Symposium bdquoMolekulare Erkennungldquo des Sonderforschungsbereichs SFB 452 Essen
Maumlrz 2002
[2] Neue Wirkstoffe zu Therapie Diagnostik und Prophylaxe der Makuladegeneration
Patentanmeldung vom 24112004 Erfinder Thomas Schrader Michael Fokkens
Reza Zadmard Christian Jasper Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta Polkowska Frank
Bastkowski DE 10 2004 056 8227
[3] Selective Complexation of N-Alkylpyridinium Salts Binding of NAD+ in Water
Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader Felix Koziol Christian
Ochsenfeld Jolanta Polkowska Matthias Lobert Bjoumlrn Kahlert Frank-Gerrit Klaumlrner
Chem Eur J 2005 11 477-494
[4] A Molecular Tweezer for Lysine and Arginine Michael Fokkens Thomas Schrader
Frank-Gerrit Klaumlrner eingereicht bei J Am Chem Soc 2005
[5] Inclusion of Thiamine Diphosphate and S-Adenosylmethionine at their Chemically
Active Sites Thomas Schrader Michael Fokkens Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta
Polkowska Frank Bastkowski eingereicht bei J Org Chem 2005
Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
Seite
Inhaltsverzeichnis I
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Nomenklatur der Aminosaumluren V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
11 Die Natur als Vorbild 1
12 Molekulare Klammern und Pinzetten 2
13 Vorarbeiten 7
14 Aufgabenstellung 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
21 Synthesen 14
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 24
221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
24
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+ 27
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen 38
224 Bindungsexperimente mit Thiamin 48
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer) 55
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 56
231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
56
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen 56
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen 57
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren 60
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
65
236 Einfluss von von dipolaren aprotischen Kosolventien 68
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette) 69
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 70
241 Einleitung 70
242 Theoretische Grundlagen 71
Inhaltsverzeichnis II
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24 77
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 78
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
4 Experimenteller Teil 85
41 Material und Methoden 85
42 Synthesen 88
421 Synthese des Spacers 14 88
422 Synthese der Modellverbindung 92
423 Synthese der Hydroxyklammer 21 97
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10 99
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24 101
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29 103
427 Synthese der Hydoxypinzette 38 108
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11 111
43 NMR-Titrationen 113
431 Durchfuumlhrung 113
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer 115
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette 136
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln 159
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 160
441 Das Messgeraumlt 160
442 Reinigung des Messgeraumltes 161
443 Kalibrierung des Messgeraumltes 161
444 Durchfuumlhrung der Messungen 162
445 Messergebnisse 164
5 Literatur 166
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Abkuumlrzungsverzeichnis
Aring Aringngstroumlm (1 Aring = 10-10 m)
abs absolut
Ac Acetyl
AMD altersbedingten Makuladegeneration
AMP Adenosinmonophosphat
ATP Adenosintriphosphat
AZT 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin
A2E N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
ber berechnet
Bu Butyl
CHN Elementaranalyse
CMP Cytidinmonophosphat
COX Cytochrom c Oxidase
d Tag(e)
DDQ 23-Dichlor-56-dicyanobenzochinon
DMAP 4-Dimethylaminophenol-Hydrochlorid
DMF NN-Dimethylformamid
DMSO Dimethylsulfoxid
ESI Elektronenspray Ionisierung
Et Ethyl
FAD Flavin-Adenin-Dinukleotid
gef gefunden
G Gast
GMP Guanosinmonophosphat
h Stunde(n)
HOMO highest occupied molecular orbital
HPLC high perfomance liquid chromatography
HR High Resolution
ITC Isothermale Titrationskalorimetrie
k Kilo- (103)
konz konzentriert
L Liter
LAH Lithiumaluminiumhydrid
Abkuumlrzungsverzeichnis IV
LUMO lowest unoccupied molecular orbital
micro Mikro- (10-6)
m Milli (10-3)
M Molaritaumlt (mol L-1)
Me Methyl
min Minute(n)
MS Massenspektrometrie
NAD+ Nikotinamidadenindinukleotid
NADH Nikotinamidadenindinukleotid
NADP Nikotinamidadenindinukleotidphosphat
NMN Nikotinamidmononukleotid
NMR Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonanz)
NOE Nuclear Overhauser Enhancement
p para
Ph Phenyl
ppm parts per million
RT Raumtemperatur
S Stearinsaumlure
Smp Schmelzpunkt
THF Tetrahydrofuran
TMP Thymidinmonophosphat
TPP Thiaminpyrophosphat
UMP Uridinmonophosphat
UV ultraviolett
verd verduumlnnt
VIS sichtbarer Wellenlaumlngenbereich des Lichts
W Wirt
Abkuumlrzungsverzeichnis V
Nomenklatur der Aminosaumluren
Aminosaumlure Dreibuchstabencode Einbuchstabencode
Alanin Ala A
Arginin Arg R
Asparagin Asn N
Asparaginsaumlure (Aspartat) Asp D
Cystein Cys C
Glutamin Gln Q
Glutaminsaumlure (Glutamat) Glu E
Glycin Gly G
Histidin His H
Isoleucin Ile I
Leucin Leu L
Lysin Lys K
Methionin Met M
Phenylalanin Phe F
Prolin Pro P
Serin Ser S
Threonin Thr T
Tryptophan Trp W
Tyrosin Tyr Y
Valin Val V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
1 Einleitung und Aufgabenstellung
11 Die Natur als Vorbild
In der Natur werden viele molekularbiologische Vorgaumlnge durch intermolekulare
nichtkovalente Wechselwirkungen vermittelt So beruhen unter anderem die
Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat oder Wirkstoff auf nichtkovalenten
Wechselwirkungen Auch Interaktionen zwischen Proteinen[1] bei Transmembrantransporten
oder bei der Protein- und DNA-Faltung beruhen auf nichtkovalenten Wechselwirkungen[2-4]
Trotz immer umfangreicheren Kenntnissen der biochemischen Systeme bleiben weiterhin
viele Fragen in Hinblick auf die beteiligten intermolekularen Wechselwirkungen offen
Zusaumltzlich werden durch die immer weiter voranschreitenden Genomics- und Proteomics-
Untersuchungen immer mehr Informationen gewonnen aber auch neue Fragen aufgeworfen
Die Kenntnis welche Gene in einem Organismus vorhanden sind und exprimiert werden
koumlnnen (Genomics) reicht nicht um alle biologischen Vorgaumlnge erklaumlren zu koumlnnen Auch die
Kenntnisse daruumlber welche Proteine in einem Organismus vorhanden sind (Proteomics)
helfen nicht weiter Entscheidend ist wie die Proteine miteinander mit kleinen Biomolekuumllen
und mit anderen supramolekularen Verbindungen wechselwirken Molekulare Interaktionen
und chemische Umwandlungen bilden die Grundlage der Biologie[5]
Die supramolekulare Chemie versucht mit einem synthetischen Molekuumll ein anderes Molekuumll
von Interesse uumlber nichtkovalente Wechselwirkungen zu binden und so durch Kombination
von biochemischen und organischen Methoden mehr uumlber die Wechselwirkungen die bei der
Bildung von Komplexen relevant sind zu erfahren[6] Die organische Chemie bietet dabei die
Moumlglichkeit Modellverbindungen mit zu dem Substrat komplementaumlren
Wechselwirkungszentren zu konzipieren und zu synthetisieren[7 8]
Aus der Untersuchung der Wechselwirkungseigenschaften von synthetischen Rezeptoren
ergibt sich neben der verbesserten Syntheseplanung fuumlr neue supramolekulare Komplexe
auch die Moumlglichkeit Wechselwirkungen in biologischen Systemen genauer zu studieren
Diese Erkenntnisse koumlnnen wiederum fuumlr das rationale Wirkstoffdesign benutzt werden[7 9 10]
Zusaumltzlich bieten solche Ergebnisse eine Grundlage fuumlr die Entwicklung von neuen
analytischen und diagnostischen Methoden[7 11]
Mit der Formulierung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips legte Emil Fischer schon fruumlh den
Grundstein der supramolekularen Chemie[12] Das Prinzip erklaumlrt warum Proteine selektiv
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 2
Substrate erkennen koumlnnen Sie nehmen ausschlieszliglich Substrate auf die in ihrer Form und
Anordnung komplementaumlr zur Bindungsstelle im Enzym sind (Abb 11)
Abbildung 11 Schematische Darstellung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips
In den 30rsquoer Jahren des letzten Jahrhunderts war zum ersten Mal die Rede von einem
Uumlbermolekuumll im Zusammenhang mit koordinativ gesaumlttigten Komplexen[13] Werden
Bindungsstellen fuumlr nichtkovalente Wechselwirkungen gezielt in ein Molekuumll eingebaut um
damit ein anderes Molekuumll binden zu koumlnnen und so ein Supermolekuumll zu kreieren so spricht
man von der Supramolekularen Chemie[14] Das Supermolekuumll auch Komplex genannt
besteht aus dem Wirtmolekuumll (meistens der groumlszligere der beiden Komplexpartner oder auch
jenes Molekuumll dessen Bindungsstellen bei der Bindung konvergieren) und dem Gastmolekuumll
(das Substrat oder auch jenes Molekuumll das vom Wirt aufgenommen wird)[15 16]
Um eine moumlglichst effektive Komplexbildung zwischen Wirt und Gast zu erreichen sollte der
Wirt sowohl in Bezug auf die sterischen Eigenschaften als auch in Bezug auf die
Bindungsstellen komplementaumlr auf den Gast abgestimmt dh praumlorganisiert werden[17] Eine
geschickte Praumlorganisation soll verhindern dass bei der Bindung des Gastes eine unguumlnstige
Reorganisation des Wirtes stattfinden muss und damit eine entropisch unguumlnstige Situation
entsteht[8]
12 Molekulare Klammern und Pinzetten
In den letzten Jahren hat es viele Ansaumltze gegeben Wirtmolekuumlle zu schaffen die eine
optimale Praumlorganisation der Bindungsstellen sowie eine guumlnstige sterische Konfiguration zur
Aufnahme von Gaumlsten besitzen[18-21] Whitlock et al stellten als erste einen Wirttyp vor der
als molekulare Pinzette bezeichnet wurde[22] Whitlock definierte eine Pinzette als ein
Molekuumll das zwei Bindungsstellen anbietet die von einem Spacer in einem definierten
1 Einleitung und Aufgabenstellung 3
Abstand gehalten und fixiert werden und so einen Gast sandwich-artig umschlieszligen koumlnnen
(Abb 12) Bei den Bindungsstellen handelt es sich in der Regel um Aromaten Spaumlter wurde
die Definition um eine Eigenschaft erweitert es sollte sich bei den angebotenen
Bindungsstellen um Chromophore handeln[23]
GastSpacer
Abbildung 12 Schematische Darstellung der Wirkungsweise einer molekularen Pinzette
Whitlock verwirklichte dieses Prinzip indem er zwei Koffein-Molekuumlle uumlber einen Spacer
miteinander verknuumlpfte Durch Variation des Spacers konnte die optimale Laumlnge ermittelt
werden (Abb 13) Der Einfluss der Praumlorganisation wird deutlich wenn die
Bindungskonstante der Pinzette 2 fuumlr die Bindung zB von 13-Dihydroxynaphthalin-2-
carbonsaumlure mit der Bindung an das entsprechende Monomer 1 verglichen wird Dabei lag die
Bindungskonstante des Monomers 1 im guumlnstigsten Fall (Ka = 47400 M-1 in einem
Zweiphasensystem aus Wasser und Ethylendichlorid) um zwei Groumlszligenordnungen unter der
der Pinzette
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 4
N
N
N
O
O N
NN
O
O
N
N
N
O
O1
2
Abbildung 13 Die von Whitlock vorgestellte Pinzette 2 und das entsprechende Monomer 1
Eine der allgemeinen Forderungen an Pinzetten hatte Whitlock jedoch nicht mit seiner
Pinzette erfuumlllt die Bindungsstellen sind nicht fixiert Die Koffein-Einheiten befinden sich
nicht immer in der syn-Anordnung sondern koumlnnen unabhaumlngig von einander rotieren
Whitlocks Pinzette wurde zum Ursprung fuumlr viele weitere Pinzetten[24-31] Die Faumlhigkeit den
Gast uumlber π-π-Wechselwirkungen und den hydrophoben Effekt zu binden wird bei vielen
Rezeptoren noch um die Moumlglichkeit erweitert Wasserstoffbruumlcken zum Gastmolekuumll
auszubilden Als Beispiel sei hier die Rezeptorfamilie die von Rebek et al auf Basis der
Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelt wurde genannt (Abb 14)[32]
O
OHO
O
O
O OH
O
3
Abbildung 14 Ein Beispiel aus der von Rebek et al auf Basis der Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelten Pinzetten-Familie mit zusaumltzlichen Bindungsstellen fuumlr Wasserstoff-Bruumlcken Abgebildet ist ein Rezeptor fuumlr Adenin
Das Problem der freien Rotation der beiden Seitenwaumlnde wurde bei den Systemen von
Zimmerman et al durch eine entsprechende Praumlorganisation verhindert Die Seitenwaumlnde die
durch einen Dibenz[ch]acridin-Spacer fixiert werden sind in ihrer Rotation stark eingegrenzt
Aufgrund ihrer Anordnung kann der Abstand zwischen den beiden Seitenwaumlnden zwischen
627 Aring und 724 Aring variieren und somit kann sich der Rezeptor optimal dem Gast anpassen[23]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 5
Spaumltere Rezeptoren verfuumlgten auszligerdem uumlber die Moumlglichkeit gezielt Wasserstoffbruumlcken
zum Gast ausbilden zu koumlnnen[23]
Abbildung 15 Schematische Darstellung der Pinzetten die von Zimmerman et al konzipiert wurden (links) Rechts ein Beispiel fuumlr diese Anordnung
Ein anderer Ansatz wurde von Nolte et al verfolgt Die Gruppe um Nolte synthetisierte eine
Familie von Pinzetten und molekularen bdquoKoumlrbenldquo auf Basis von Glykoluril (Abb 16) Dieses
Molekuumll besitzt eine konkave Geometrie und ist damit eine gute Grundlage fuumlr groumlszligere
Molekuumlle die einen Hohlraum aufweisen Diese Pinzetten dienen als Rezeptoren fuumlr
13-Dihydroxybenzol Die Bindung erfolgt dabei uumlber eine Kombination aus π-π-Stacking
Wasserstoffbruumlckenbindungen und dem sogenannten Kavitaumltseffekt[33-36] Der Kavitaumltseffekt
aumluszligert sich darin dass es entropisch guumlnstig ist die Kavitaumlt des Rezeptors mit einem Gast
auszufuumlllen und somit Loumlsungsmittelmolekuumlle zu verdraumlngen Durch Variation des Aufbaus
des Rezeptors konnte genau untersucht werden wie hoch die Beitraumlge der
π-π-Wechselwirkungen der Wasserstoffbruumlcken und des Kavitaumltseffekts sind[37]
Obwohl die Rezeptoren urspruumlnglich als biomimetische Katalysatoren gedacht waren stellte
sich bald heraus dass die Rezeptoren in waumlssriger Loumlsung definierte Nanopartikel bilden[35
36]
N
N
O OH
4
724 Aring 627 Aring
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 6
H
NHHN
H
HN NH
OO
N
N
N
NR R
OMe
OMe
OMe
OMe
O
O
N+Br-
R =
5
6
Abbildung 16 Beispiel einer Pinzette (unten) auf Glycoluril-Basis (oben)[35]
Ein aumlhnliches Prinzip wird in den von Harmata et al beschriebenen chiralen Pinzetten
benutzt Als Grundlage dient Kaganrsquos Ether 7 (Abb 17)[38] Da die erste Pinzette dieser
Familie keinen Einschluss von Gaumlsten sondern lediglich eine Selbstassoziation zeigte folgten
bald Derivate mit groumlszligeren Kavitaumlten Diese binden Gaumlste uumlber π-π-Wechselwirkungen[39 40]
Abbildung 17 Kagans Ether 7 (links) und eine chirale Pinzette auf Basis von Kagans Ether (mitte) sowie eine Abbildung der Kristallstruktur des Komplexes mit Maleinsaumlureanhydrid zur Verdeutlichung der raumlumlichen Anordnung[40]
Ebenfalls auf einem cyclischen Ether basieren die Pinzetten von Fukazawa et al (Abb 18)
Obwohl diese Pinzetten nicht in ihrer bdquoU-Formldquo fixiert sind sind sie doch in der Lage
elektronenarme aromatische Gaumlste zu binden Aufgrund ihrer Flexibilitaumlt bilden die Pinzetten
anstatt 11 meist Komplexe 21- oder 12-Komplexe mit dem Gast[41]
O O
8
O
7
1 Einleitung und Aufgabenstellung 7
O
OO
O9
Abbildung 18 Beispiel einer flexiblen Pinzette nach Fukazawa et al (links) und ein Beispiel fuumlr die Struktur eines 21-Komplexes (rechts)[41]
In polar aprotischen Loumlsungsmitteln sind die Beitraumlge der π-π-Wechselwirkungen und
π-Kation-Wechselwirkungen relativ gering[10 42] In protischen Loumlsungsmitteln jedoch sind
die π-Wechselwirkungen viel effektiver vor allem weil sie hier haumlufig mit dem hydrophoben
Effekt gepaart sind wodurch die Bindung von Gaumlsten meist noch effektiver wird Gleichzeitig
birgt dies den Vorteil mehr uumlber biologische Vorgaumlnge lernen zu koumlnnen und eine bessere
Vergleichbarkeit von kuumlnstlichen Systemen mit biologischen Systemen erreichen zu koumlnnen
Aus diesem Grund sind wasserloumlsliche Rezeptoren zusaumltzlich von besonderem Interesse
Daher liegen die Bemuumlhungen vieler Supramolekular arbeitender Gruppen in letzter Zeit auf
der Entwicklung von wasserloumlslichen Rezeptoren[43 44]
13 Vorarbeiten
Vor etwa 10 Jahren stellten Klaumlrner et al eine neue Klasse von Pinzetten vor (Abb 19)[45]
Im Vergleich mit analogen Makrozyklen die bereits zwei Jahre vorher beschrieben wurden
(Abb 19)[46 47] erlauben die Pinzetten ein ausfuumlhrlicheres Gast-Portfolio weil sie nach unten
offen sind Zusaumltzlich koumlnnen sie sich aufgrund einer erstaunlichen Flexibilitaumlt ihrer
Seitenwaumlnde besser an die Geometrie ihrer Gaumlste anpassen[45] Spaumlter wurden auf Basis der
gleichen Spacer-Einheit noch molekulare Klammern entwickelt[48 49] Entgegen der sonst
uumlblichen Bezeichnungsweise bevorzugt Klaumlrner die Bezeichnung Pinzette fuumlr ein Molekuumll
das die Faumlhigkeit besitzt (wie eine Pinzette) um den Gast herum zu greifen Dieser Effekt wird
durch die relativ geringe Energie die zur Veraumlnderung der Winkel zwischen Seitenwand und
Spacer benoumltigt wird verstaumlrkt[50] Molekuumlle mit geraden Seitenwaumlnden werden hingegen als
Klammer bezeichnet Diese Nomenklatur wird im Folgenden beibehalten Die Klammer
besitzt im Gegensatz zu den meisten Makrozyklen eine ausgepraumlgte Selektivitaumlt bezuumlglich der
Substrattopologie da sie zwischen planaren (zyklischen) Gaumlsten und kugelfoumlrmigen Gaumlsten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 8
unterscheiden kann Letztere werden in der schlanken Klammer aus sterischen Gruumlnden nicht
eingeschlossen
Weil viele Pinzetten und Klammern aus ein und demselben Spacer aufgebaut werden kann
man ihre Synthese auch als molekulares bdquoLegoldquo bezeichnen[50] Durch Variation des Spacers
oder der Seitenwaumlnde kann dadurch die Geometrie des Rezeptors optimal auf den Gast
angepasst werden Damit bieten die Pinzetten und Klammern vielfaumlltige und einzigartige
Moumlglichkeiten Vor kurzem wurden von Chen Iptycenchinone vorgestellt die eine aumlhnliche
Geometrie besitzen aber aufgrund ihrer Synthese eine andere Modularitaumlt aufweisen[51]
Pinzette Klammer
OP
O
H3CO
P OCH3
OLi+Li+
OP
OH3CO P
OCH3
O
Abbildung 19 Von Klaumlrner entwickelte Pinzetten und Klammern
Die Pinzetten der Klaumlrner-Gruppe (mit Benzol- oder Naphthalin-Spacer Abb 110) stellten
sich in apolaren Loumlsungsmitteln schon bald als gute Rezeptoren fuumlr Kationen und
elektronenarme Aromaten heraus wie zB fuumlr Terephthalsaumlure-dinitril oder
p-Benzochinon[45 52 53] Das Gastprofil wurde inzwischen um eine Vielzahl von
elektronenarmen Aromaten erweitert Die Bindung erfolgt dabei uumlber dispersive
Wechselwirkungen wie zB π-π- CH-π- und Kation-π-Wechselwirkungen[50 54] Kuumlrzlich
konnte gezeigt werden dass bei der Bindung von 1245-Tetracyanobenzol eine
komplexinduzierte Lumineszenz auftritt Dabei handelt es sich hauptsaumlchlich um eine
Charge-Transfer-Wechselwirkung[55]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 9
O
H3CO
CH3
O
Abbildung 110 Pinzette mit Benzol-Spacer (links) und Naphthalin-Spacer (rechts im Komplex mit Tetracyanobenzol)[50]
Durch Variation der Seitenketten Rrsquo wurde der Einfluss der Substituenten auf die Bindung
von Gaumlsten in Chloroform untersucht Dabei wurde festgestellt dass Reste wie -OH -OAc
und -OCONHPh den Gasteinschluss beguumlnstigen waumlhrend -OMe-Reste die Bindung negativ
beeinflussen Die Erklaumlrung folgt aus einer genauen Betrachtung der elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentiale[56 57] und der Roumlntgenstrukturen von solchen Wirt-Gast-Komplexen[57
58] Sie beruht interessanterweise weniger auf einer Aumlnderung des elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentials sondern vielmehr auf den unterschiedlichen Groumlszligen und
Konformationen der Substituenten Die -OMe-Reste bevorzugen eine syn-Anordnung zu dem
Grundgeruumlst der Pinzette und blockieren damit die Kavitaumlt Im Falle der Pinzette mit Benzol-
Spacer wird der laumlngere -OCH2COOCH2CH3-Rest sogar in die Kavitaumlt hinein gezogen und
gibt damit einen Hinweis auf einen zusaumltzlichen Einschluss von Gaumlsten mit Alkylketten[57]
Die Pinzette mit Naphthalin-Spacer eignet sich aufgrund ihres breiten Gastprofils sehr gut fuumlr
vertiefende Untersuchungen des Bindungsmodus So konnte im Festkoumlrper-NMR-Spektrum
gezeigt werden dass die Aumlnderung der chemischen Verschiebung der Gast-Protonen (bis zu
3 ppm) noch groumlszliger ist als in Loumlsung Auszligerdem ist im Festkoumlrper-NMR-Spektrum eine
Aufspaltung von in Loumlsung chemisch-aumlquivalenten Protonen sichtbar was den nach
Betrachtung der Experimenten in Loumlsung vorgeschlagenen Bindungsmodus unterstuumltzt[59 60]
Zusaumltzlich wurde gezeigt dass es moumlglich ist einen Wert fuumlr die chemische Verschiebung der
Komplexpartner mit quantenchemischen Methoden vorherzusagen[59-61] Auszligerdem wurde der
Einfluss von Druck und Temperatur auf die Komplexbildung untersucht Dabei wurde
festgestellt dass bei der Komplexbildung teilweise eine groszlige Zunahme der Entropie
stattfindet Dies ist vermutlich auf das Freisetzen von Loumlsungsmittelmolekuumllen bei der
Komplexbildung zuruumlckzufuumlhren[62] Durch kovalente Immobilisierung der Pinzette an einer
stationaumlren HPLC-Phase konnte eine fuumlr elektronenarme Aromaten selektive stationaumlre
HPLC-Phase geschaffen werden Die Retentionszeiten der Gaumlste auf der stationaumlren Phase
korrelieren mit den in Bindungsexperimenten bestimmten Bindungskonstanten[63]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 10
Bis vor kurzem waren jedoch alle Pinzetten und Klammern nur in organischen
Loumlsungsmitteln loumlslich Durch die Einfuumlhrung von Bisphosphonat-Substituenten an die
Klammer mit Benzol-Spacer (Abb 111) wurde es zum ersten Mal moumlglich mit diesem
wertvollen System Studien in Wasser durchzufuumlhren[64 65] Die Klammer kombiniert die
Bindungseigenschaften der Kavitaumlt mit denen der Bisphosphonate Die Erkennung von
Ammonium-[66-68] und Guanidinium-Kationen[69 70] durch p-Xylylenbisphosphonate wurde
bereits von Schrader et al gezeigt Mit dieser wasserloumlslichen Klammer wurde es nun
moumlglich N-Alkylpyridinium-Salze unter anderem auch NAD+ in Wasser zu binden Da in
Wasser die π-π- und π-Kation-Wechselwirkung mit dem hydrophoben Effekt gepaart
werden[71] sind sie viel ausgepraumlgter als in aprotischen Loumlsungsmitteln und es werden houmlhere
Bindungskonstanten erreicht So konnte zum Beispiel fuumlr die Bindung des Kosower Salzes an
der Acetat-Klammer in Chlorform eine Bindungskonstante von 137 M-1 beobachtet
werden[57] Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung desselben Gastes an der Bisphosphonat-
Klammer 10 in Wasser ist uumlber 30 mal houmlher (Ka = 4500 M-1)[64]
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
10
Abbildung 111 Die Bisphosphonat-Klammer 10
14 Aufgabenstellung
Die vorliegende Dissertation beschaumlftigt sich mit der Synthese von kleinen wasserloumlsslichen
molekularen Klammern und Pinzetten deren Eigenschaften und moumlglichen Anwendungen
Im ersten Teil der Arbeit soll die von Christian Jasper aus der Arbeitsgruppe Schrader
erstmals synthetisierte Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb 111) weiter erforscht werden In
ersten von Christian Jasper durchgefuumlhrten Bindungsexperimenten konnten bereits
elektronenarme Aromaten als geeignete Gaumlste identifiziert werden[64 65]
Mit ihrem stark negativen elektronischen Oberflaumlchenpotential in der konkaven Kavitaumlt ist
die Klammer somit optimal fuumlr die Bindung von Gaumlsten mit positivem elektronischem
Oberflaumlchenpotential geeignet (Abb 112)
1 Einleitung und Aufgabenstellung 11
Abbildung 112 Links berechnete Struktur der molekularen Klammer 10 (Monte Carlo Simulation MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Die Elemente sind mit folgenden standardisierten Farben gekennzeichnet Kohlenstoff (blau) Wasserstoff (weiszlig) Sauerstoff (rot) Phosphor (orange) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1[72]
Zusaumltzlich zur Kavitaumlt besitzt die Bisphosphonat-Klammer die Moumlglichkeit ionische
Wasserstoffbruumlcken zum Gast ausbilden zu koumlnnen Die Phosphonate sind aufgrund ihres
pKs-Wertes von 18 in neutraler waumlssriger Loumlsung vollstaumlndig deprotoniert[66] Sie koumlnnen bei
der Einlagerung des Gastes wie eine Zange zugreifen Wasserstoffbruumlcken zum Gast
ausbilden und so die Bindung zusaumltzlich unterstuumltzen (Abb 113) Auszligerdem fuumlhren die
Bisphosphonat-Einheiten zur gewuumlnschten Loumlslichkeit in polaren protischen Loumlsungsmitteln
wie Methanol und Wasser
Abbildung 113 Komplexierung eines Gastes in der Klammer durch Wechselwirkung mit der Kavitaumlt und den Phosphonaten
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Komplexierungsverhalten der Bisphosphonat-Klammer 10
mit verschiedenen physikalischen Methoden naumlher untersucht und beschrieben werden
bull Die Bindung von NAD+ soll genauer untersucht werden insbesondere die Beitraumlge
von Teilstrukturen von NAD+ wie zB von Nicotinamidmononukleotid (NMN) und
Adenosin
-
+
-P
P
G
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 12
bull Falls eine Komplexierung von Adenosin festgestellt wird sollen die anderen
Nukleoside ebenfalls untersucht werden und mit Nukleotiden verglichen werden
bull Das Bindungsverhalten von anderen kationischen biologisch relevanten
Verbindungen insbesondere Aminosaumluren soll uumlberpruumlft werden
bull Das Gastprofil soll um weitere elektronenarme biologisch relevante Aromaten
erweitert werden und auf eventuelle Anwendungen uumlberpruumlft werden
Im zweiten Teil der Arbeit soll die von Markus Kamieth aus der Arbeitsgruppe Klaumlrner
erstmals synthetisierte molekulare Pinzette mit Benzolspacer (Abb 110)[45 73] als
Bisphosphonat-Pinzette 11 synthetisiert werden (Abb 114)
Abbildung 114 Die Bisphosphonat-Pinzette 11
Anschlieszligend sollen die Komplexierungseigenschaften der neuen Pinzette untersucht werden
Die Pinzette besitzt genau wie die Klammer eine extrem elektronenreiche Kavitaumlt (Abb 115)
Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu geschlossen und kann dadurch nur
schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser nicht sehr anspruchsvoll sind
Experimente in organischen Loumlsungsmitteln haben gezeigt dass sekundaumlre Amine ebenfalls
von der (Acetat)-Pinzette komplexiert werden[50] und sogar die Methyl-Gruppe der Methoxy-
substituierten Pinzette in die Kavitaumlt gezogen wird[57] Dies sind Hinweise darauf dass die
Pinzette im Gegensatz zur Klammer ein neuer kuumlnstlicher Rezeptor fuumlr Ammonium-Kationen
in Wasser sein koumlnnte Die Phosphonat-Gruppen koumlnnen dabei wie bei der Klammer den Gast
wie eine Zange umklammern
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
11
1 Einleitung und Aufgabenstellung 13
Abbildung 115 Links berechnete Struktur der molekularen Pinzette 11 (Monte Carlo MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von -1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 An der Markierung betraumlgt das molekulare elektronische Potential ndash1301 kJmol[72]
Die Untersuchung der Komplexierungseigenschaften der Pinzette soll sich neben der
allgemeinen Charakterisierung des Gastprofils vor allem auf die Komplexierungsmoumlglichkeit
von biologisch relevanten Verbindungen in waumlssriger Loumlsung konzentrieren mit einer
Betonung auf Amoniumkationen wie Adrenalin und Noradrenalin oder basischen
Aminosaumluren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21 Synthesen
Sowohl die Acetat-Klammer 12 als auch die Acetat-Pinzette 13 besitzen die gleiche Spacer-
Einheit und lassen sich modular aus dem Acetat-Spacer 14 uumlber Diels-Alder-Reaktionen
aufbauen (Abb 21)[50]
O
O
O
O
1
2 DDQ
Br
Br
Br
BrO
O O
O
H3CO
CH3
O
1213
14
20 29
Abbildung 21 Schematischer Aufbau der Acetat-Klammer 12 und der Acetat-Pinzette 13 aus dem Acetat-Spacer
Anschlieszligend kann die Hydrochinon-Funktionalitaumlt entschuumltzt und dann phosphoryliert
werden Der Spacer wird parallel dazu ebenfalls entschuumltzt und phosphoryliert und soll in
Bindungsstudien als Vergleichssubstanz dienen um nachzuweisen dass eine eventuelle
Bindung in die Rezeptoren durch Einschluss in der Kavitaumlt stattfindet
Synthese des Spacers
Das Grundgeruumlst des Spacers 14 wird mit Hilfe von Diels-Alder-Reaktionen aufgebaut
Zunaumlchst wird Cyclopentadien 15 mit p-Benzochinon 16 umgesetzt (Abb 21)[47] Das
Produkt 17 wird mit Triethylamin umgesetzt und das in situ hergestellte Hydrochinon mit
p-Benzochinon 16 oxidiert Die darauf folgende Umsetzung mit Cyclopentadien 15 liefert das
syn-Addukt 19a als Hauptprodukt[47] Das syn- und das anti-Addukt koumlnnen im 1H-NMR
voneinander unterschieden und durch Umkristallisation voneinander getrennt werden[48 74]
Anschlieszligend wird das syn-Addukt 19a basisch aromatisiert und die entstehenden Hydroxy-
Funktionen als Acetate geschuumltzt[46 47]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 15
O
O
0 degC RT80
O
O
1 Et3N MeOH RT
2 OO
CHCl3 50 degC
O
O
83
Toluol-78 degC RT40 (syn)
O
O
O
O
syn-19a anti-19b
Ac2O DMAPPyridin 40 degC
96
O
O
O
O
15
16
16
1517
18
14
Abbildung 22 Synthese des Benzol-Spacers 14
Synthese der Klammer
In einer weiteren Diels-Alder-Reaktion wird der Spacer 14 mit αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol umgesetzt (Abb 22) Bei dieser Reaktion wird aus dem αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol 20 durch Eliminierung von zwei Bromatomen in situ ein Dien erzeugt das anschlieszligend
mit dem Spacer 14 reagiert Das dabei entstehende Intermediat wird durch eine weitere
Eliminierung von zwei Molekuumllen Bromwasserstoff aromatisiert[48 74] Die Acetat-Klammer
12 wird danach basisch verseift[48 74] Die entstandene Hydroxy-Klammer 21 wird
anschlieszligend mit Methylphosphonsaumluredichlorid phosphoryliert Nach saurer Hydrolyse der
intermediaumlr entstandenen Methylphosphonsaumlurechlorid-Klammer wird die
Methylphosphonsaumlure-Klammer 22 erhalten[64 65] Da die Phosphonsaumlure 22 nur in sehr
geringem Maszlige in Methanol oder Wasser loumlslich ist wird durch Deprotonierung mit
Tetrabutylammoniumhydroxid das in nahezu allen Loumlsungsmitteln gut loumlsliche
Tetrabutylammoniumsalz 10 hergestellt[64 65] Alternativ zu Tetrabutylammoniumhydroxid
wurde von der Arbeitsgruppe Klaumlrner auch Lithiumhydroxid eingesetzt da in
Bindungsexperimenten festgestellt wurde dass das Tetrabutylammonium-Ion ebenfalls in der
Kavitaumlt eingeschlossen wird und daher eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste darstellt[75]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 16
Aufgrund der sehr aufwendigen Aufreinigung der Phosphonsaumlure-Klammer 22 wurde ein
alternativer Weg zur Darstellung des Phosphonatsalzes 24 entwickelt (Abb 24) Dabei wird
nach der Phosphorylierung mit Methylphosphonsaumluredichlorid nicht waumlssrig sondern mit
wasserfreiem Methanol hydrolysiert Der dabei erhaltene Methylphosphonsaumluremethylester
23 ist leichter uumlber Kieselgel zu reinigen und kann abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten
werden Dieser Reaktionsweg hat auszligerdem den Vorteil dass das Endprodukt nicht mehr mit
sonst unvermeidlichen geringen Mengen Kieselgel verunreinigt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 17
O
O
O
O
Br
Br
Br
Br
2
NaI CaCO3 DMF100 mbar 55 degC
O
O
O
O
68
NaOHH2O EtOH RT97
OH
OH
O
O
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT66
P
P
O
HO
O
OH
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Bu4NOHH2O CH2Cl2 RTquantitativ
20
1412
21
22
10
Abbildung 23 Synthese der Tetrabutylammonium-bisphosphonat-Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 18
OH
OH
O
O
P
P
O
O
O
O
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT55
LiBr 2-Hexanon 120 degC81
21
23
24
Abbildung 24 Alternative Synthese des Bisphosphonat-Salzes 24
Parallel zur Synthese der Klammer wurde nach demselben Protokoll auch der Spacer 14
phosphoryliert (Abb 25) Der phosphorylierte Spacer soll in Bindungsexperimenten als
Vergleichssubstanz dienen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 19
O
O
O
O
LAH THF ∆
98
OH
OH
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT 50
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT 65
O
O
P
P
O
HO
OH
O
O
O
P
P
O
O
O
O
Bu4NOHH2OCH2Cl2 RTquantitativ
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
LiBr Acetonitril 85 degC73
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
14 25
26
27
27
28
Abbildung 25 Phosphorylierung des Spacers
Synthese der Pinzette
Analog zur Synthese der Klammer 12 kann auch die Pinzette 13 aus dem Spacer 14 durch
Diels-Alder-Reaktionen und einem Baustein fuumlr die Seitenwand aufgebaut werden Alternativ
zur bereits bekannten Synthese des Diens 29[76 77] wird eine von der Gruppe Klaumlrner
entwickelte Synthese benutzt welche bessere Ausbeuten liefert Die erste Stufe besteht aus
einer Diels-Alder-Reaktion von Maleinsaumlureanhydrid 30 mit Inden 31 welches aufgrund der
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 20
hohen Reaktionstemperatur in situ zum Dien umlagert (Abb 26)[73] Anschlieszligend wird das
Anhydrid 32 geoumlffnet und der entstandene Diester 33 basisch epimerisiert da die
nachfolgenden Reaktionen wegen der sterischen Naumlhe der beiden Gruppen eine erheblich
geringere Ausbeute erbringen wenn sie mit dem reinen Endo-Produkt 33 durchgefuumlhrt
werden[73] Der epimerisierte Diester 34 wird danach mit Lithiumaluminiumhydrid zum
Dialkohol 35 reduziert[73] und anschlieszligend in einer Appel-aumlhnlichen Reaktion chloriert[73 78]
Nach doppelter basischer Eliminierung wird das Dien 29 erhalten[73]
O
O
O
p-HydrochinonTetralin 200degC
O
O
O
O
O
O
O
AcCl MeOH40 degC
20 93
NaOMeMeOH ∆quantitativ
O
O
O
O
LAH THF70degCOH
OH
KOH 18-Krone-6THF 40 degC90
ClCl
PPh3Cl2PyridinCH3CN CH2Cl255 degC
74 94
3031
32 33
343536
29
Abbildung 26 Synthese der Seitenwand 29 der Pinzette
Das Grundgeruumlst der Pinzette wird in zwei Schluumlsselschritten aufgebaut Zuerst werden in
einer Diels-Alder-Reaktion die Seitenwaumlnde 29 mit dem Spacer 14 verknuumlpft Es hat sich
herausgestellt dass die Bedingungen fuumlr diese Reaktion aumluszligerst sorgfaumlltig eingestellt werden
muumlssen Die Loumlsung in der Ampulle soll bevor sie zugeschmolzen wird gruumlndlich entgast
werden und unter Vakuum abgeschmolzen werden Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Anschlieszligend werden mit 23-Dichlor-56-dicyano-
benzochinon (DDQ) die in der letzten Reaktion gebildeten Sechsringe aromatisiert[53 73]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21
2
O
O
O
O
O
O
O
O
Toluol Acetonitril Et3NAmpulle 170 degC41
DDQ Toluol 120 degC82
O
O
O
O
29
14
37
13
Abbildung 27 Darstellung des Pinzetten-Grundgeruumlstes
Die Acetoxyfunkionen werden mit Lithiumaluminiumhydrid entschuumltzt (Abb 27)[53 73] Die
darauffolgende Reaktion mit Methylphosphonsaumluredichlorid und die anschlieszligende Hydrolyse
mit SalzsaumlureWasser ergab laut DC-Kontrolle zwar das Produkt dieses konnte jedoch trotz
aufwendiger Saumlulenchromatographie nur in sehr geringer Ausbeute und wegen des polaren
Elutionsmittels immer noch stark verunreinigt isoliert werden Deswegen wurde die Reaktion
mit Methylphosphonsaumluredichlorid hier mit Methanol abgebrochen (Abb 28) Das Produkt
39 kann einfach uumlber Kieselgel saumlulenchromatographisch gereinigt werden und der als
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 22
Nebenprodukt entstandene Methylphosphonsaumluredimethylester durch Trocknen im
Hochvakuum bei etwa 50 degC entfernt werden Der Methylphosphonsaumluremethylester 39 wird
abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten Das erhaltene Bisphosphonat-Salz 11 ist gut in
polar aprotischen und protischen Loumlsungsmitteln wie DMSO Acetonitril Methanol oder
Wasser loumlslich
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 23
Abbildung 28 Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11
O
O
O
O
OH
OH
O
O
P
P
OO
O
O
O
O
P
P
OO-
O
O-
2 Li+
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT56
LAH THF ∆98
LiBr Acetonitril ∆80
13
38
39
11
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 24
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Die Komplexierungseigenschaften der Klammer wurden hauptsaumlchlich mit 1H-NMR-
Methoden untersucht Um festzustellen ob eine Komplexierung des Gastes stattfindet
wurden die chemischen Verschiebungen der Gastprotonen und der Wirtprotonen in einer
11-Mischung mit den chemischen Verschiebungen der reinen Wirt- und der reinen
Gastprotonen verglichen Eine markante Hochfeld-Verschiebung im Komplex im Vergleich
zu den chemischen Verschiebungen der reinen Verbindungen weist auf eine Veraumlnderung der
chemischen Umgebung hin und hier spezifisch auf einen Einschluss in der Kavitaumlt Dabei ist
darauf zu achten dass alle Loumlsungen die gleiche Konzentration haben um eventuelle
konzentrationsabhaumlngige Aumlnderungen auszuschlieszligen
Falls die gewuumlnschte Aumlnderung der chemischen Verschiebung beobachtet wird wird die
Loumlsung anschlieszligend schrittweise verduumlnnt Aus dieser Verduumlnnungstitration kann die
Bindungskonstante ermittelt werden[79] Dabei muss allerdings beachtet werden dass Signale
die waumlhrend der Verduumlnnungstitration beobachtet werden keinen konzentrationsabhaumlngigen
Shift aufweisen Um dies sicherzustellen wurde immer parallel zur Titration eine Probe des
Gastes bei der entsprechenden Anfang- und Endkonzentration vermessen Zeigten die
beobachteten Gast-Signale einen konzentrationsabhaumlngigen Shift dann wurde eine
konventionelle NMR-Titration durchgefuumlhrt bei der die Konzentration der beobachteten
Komponente konstant gehalten wurde waumlhrend die andere Komponente sukzessive
hinzutitriert wurde
Vor der Durchfuumlhrung der Bindungsexperimente wurde die Bisphosphonat-Klammer 10 auch
auf Veraumlnderungen ihrer chemischen Verschiebungen bei Verduumlnnung hin uumlberpruumlft Bei
einer Verduumlnnung um einen Faktor von uumlber 30 wurde festgestellt dass die aromatischen
Signale der Bisphosphonat-Klammer 10 in waumlssriger Loumlsung lediglich einen
nichtsignifikanten Shift von etwa 003 ppm zeigten Die aliphatischen Signale des
Tetrabutylammoniums jedoch zeigten einen deutlichen Hochfeld-Shift von 011 bis 014 ppm
Dies weist auf einen Einschluss des Tetrabutylammoniums in der Kavitaumlt der Klammer hin
Weiterfuumlhrende Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner zeigten dass dieser Effekt
geringer wird wenn das Loumlsungsmittel unpolarer wird und anstatt von reinem Wasser ein
MethanolWasser-Gemisch (11) oder reines Methanol verwendet wird Auszligerdem ergaben
direkte Vergleiche zwischen Assoziationskonstanten von Komplexen des
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 25
Tetrabutylammoniumsalzes 10 und des Lithiumsalzes 24 mit NAD+ dass das
Tetrabutylammonium eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste bei der Komplexierung darstellt[75] Aus
diesem Grund und wegen der einfacheren Aufreinigung des Bisphosphonsaumlureesters 23
wurden ab diesem Zeitpunkt alle weiteren Bindungsexperimente mit dem Lithiumsalz 24
durchgefuumlhrt
Zur quantitativen Auswertung der Bindungsexperimente wurden in der Regel die stark
shiftenden Signale der Gast-Molekuumlle benutzt Bei den Bindungsexperimenten mit
N-Alkylpyridiniumsalzen und der Bisphosphonat-Klammer 10 wurden in der Regel die
Signale des Wirtes zur Auswertung benutzt um eine bessere Vergleichbarkeit mit den
fruumlheren Ergebnissen von Christian Jasper zu erhalten
In ersten Bindungsexperimenten mit der Bisphosphosphonat-Klammer 10 konnte Christian
Jasper beobachten dass die Klammer in waumlssriger Loumlsung keine Wechselwirkung mit
Ammonium-Verbindungen eingeht In DMSO findet eine Bindung statt jedoch ist diese
hauptsaumlchlich auf eine Wechselwirkung zwischen den Bisphosphonat-Einheiten und dem
Ammonium-Kation zuruumlckzufuumlhren wie Vergleiche zwischen der Bisphosphonat-Klammer
10 und dem Bisphosphonat-Spacer 27 zeigten Sowohl die Bisphosphonat-Klammer 10 als
auch der Bisphosphonat-Spacer 27 binden in DMSO Ammoniumkationen mit einer
Bindungskonstante von etwa 103 M-1 Auszligerdem wurde im 1H-NMR-Spektrum kein
Hochfeldshift der Bisphosphonat-Klammer-Signale beobachtet Daraus laumlsst sich schlieszligen
dass die Kavitaumlt hier nicht an der Bindung beteiligt ist welche daher vor allem auf Coulomb-
Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem positiv geladenen
Ammoniumkation beruht[64]
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Inklusion weiterer potentieller kationischer Gaumlste
uumlberpruumlft werden Von besonderem Interesse waren dabei zunaumlchst die basischen
Aminosaumluren Arginin und Histidin da diese bei spaumlteren Versuchen in biologischer
Umgebung eine Konkurrenz zur Bindung von NAD+ in der Klammer darstellen wuumlrden
Sowohl Arginin als auch Histidin erscheinen mit ihrer planaren kationischen Struktur
praumldestiniert fuumlr die Komplexierung im elektronenreichen schlanken Innenraum der Klammer
Weder Guanidinumhydrochlorid 40 noch C- und N-terminal geschuumltztes Arginin 41 zeigten in
waumlssriger Loumlsung jedoch eine Wechselwirkung mit der Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 26
NH2+ Cl-
NH
H2N
NH2+ Cl-
NH
H2NNHBz
CO2Et40 keine Shifts 41 keine Shifts
Abbildung 29 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete guanidiniumhaltige Gaumlste
Im Falle von Histidin wurde der Nachweis einer moumlglichen Komplexierung dadurch
erschwert dass der Imidazolium-Ring einen relativ niedrigen pKs-Wert von ca 6 hat
Aufgrund dieses niedrigen pKs-Wertes zeigen alle Imidazolium-Derivate (Abb 210) eine
signifikante konzentrationsabhaumlngige Aumlnderung der chemischen Verschiebung ihrer
aromatischen Signale Aus diesem Grund wurde stets bei gleichbleibender Konzentration
titriert Sowohl Imidazoliumhydrochlorid 42 als auch Histaminhydrochlorid 43 zeigten
waumlhrend der Titration zwar deutliche Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber die
Auftragung der Shifts ergab keine Saumlttigungskurve Im Vergleich dazu wurden beim C-
terminal geschuumltzten Histidin nur sehr geringe Shifts beobachtet Das C- und N-terminal
geschuumltzte Histidin 45 zeigte zwar auch Shifts aber es war nicht moumlglich hierzu eine
Bindungskonstante zu bestimmen Da die Shifts in fast allen Faumlllen auf eine
Protonenuumlbertragung schlieszligen lieszligen weil der Endwert der chemischen Verschiebung in der
Naumlhe der deprotonierten Spezies lag wurde das C- und N-terminal geschuumltzte Histidin 45
ebenfalls in Natriumphosphatpuffer (pH 7 65-facher Puffer-Uumlberschuss) titriert Auch hier
waren Shifts im Histidin zu beobachten nicht allerdings in der Bisphosphonat-Klammer 10
Insgesamt erscheint es unwahrscheinlich dass die beobachteten Shifts auf einen Einschluss in
der Kavitaumlt zuruumlckzufuumlhren sind da bei einer Komplexierung immer auch signifikante
Hochfeld-Shifts der aromatischen Protonen der Bisphosphonat-Klammer auftreten
Das NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 ist im Gegensatz zu den anderen getesteten
Imidazolium-Derivaten ein permanentes Kation ndash die Hydrochloride liegen immer im
Gleichgewicht mit ihrer deprotonierten Form vor 46 wird daher auch mit einer
Bindungskonstante von 7940 M-1 in der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Hier treten
wieder alle gewohnten Effekte auf
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 27
N+
N
H
H
Cl- N+
N
H
H
NH3+
2 Cl-N+
N
H
H
NH3+
CO2Me
2 Cl-
N+
N
H
H
NH
CO2Me
OOCl-
42 Shifts keineSaumlttigung
43 Shifts keineSaumlttigung
44 kleine Shifts 45 Shifts
N+
N
I-
46 Ka = 7940 M-1
081
Abbildung 210 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete imidazoliumhaltige Gaumlste Die angegebene Bindungskonstante sowie der ∆δsat-Wert gelten fuumlr die Bindung in Wasser
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+
Im Gegensatz zu den in Wasser abgewiesenen Ammoniumkationen zeigt die Bisphosphonat-
Klammer 10 eine starke Komplexierung von N-Alkylpyridiniumkationen und verwandten
Verbindungen in ihrer Kavitaumlt In ersten Untersuchungen die von Christian Jasper
durchgefuumlhrt wurden stellte sich heraus dass die Bisphosphonat-Klammer 10
N-Alkylpyridiniumkationen in Wasser mit einer Affinitaumlt von mindestens 103 bis 104 M-1
bindet (Abb 211 und 212)[64 65] Auffaumllligerweise werden in protischer Loumlsung nur
permanente Kationen komplexiert Hydrochloride wie zB Pyridinhydrochlorid werden nicht
eingeschlossen Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass keine permanente Ladung
vorhanden ist oder eine groszlige Solvatationshuumllle vorhanden ist welche nicht von der
Bisphosphonat-Klammer 10 entfernt werden kann Von besonderem Interesse sind neben den
N-Alkylpyridinium-Farbstoffen (Abb 211) der Cofaktor NAD+ 52 und dessen
Modellverbindung N-Methyl-Nikotinamid 51 (Abb 212)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 28
H H
H
H
H HN+
N(n-Bu)2
I-
N+ N+ OH
2 BF4-
094
256 243
085
074
-010 -009 H H H049049060
085
47 48
Abbildung 211 Getestete Farbstoffe auf N-Alkylpyridinium-Basis Die ∆δsat-Werte fuumlr die Bindung in Wasser sind an den Protonen vermerkt
OHOH
N+O
ON+ N
I- I-
N+
NH2
O
I-
N
NN
N
NH2
O
OHOH
OPOO-
OPO
OOHO
N+
NH2
O
50 Ka = 9400 M-149 Ka = 4800 M-1 51 Ka = 12700 M-1
52 Ka = 6500 M-1
HH
HH
H
HH
020
018016
028036
048
049
H
HH
H175
228262
124076
Abbildung 212 Getestete N-Alkylpyridiniumsalze und N-Alkylpyraziniumiodid 50 Die angegebenen Bindungskonstanten gelten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser Beim Nikotinamid 51 und NAD+ 52 sind die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen in ppm angegeben
Im Gegensatz zu den bereits bekannten Pinzetten von Nolte et al ndash die aufgrund ihrer
Praumlorganisation ebenfalls flache Pyridiniumkationen binden koumlnnen ndash erlaubt die
Bisphosphonat-Klammer 10 die Untersuchung dieser Komplexierung in Wasser Auszligerdem
besitzt die Bisphosphonat-Klammer 10 ein selektiveres Gastprofil das sich auf
elektronenarme Aromaten zu begrenzen scheint wohingegen Noltersquos Klammer einen Vielzahl
an aromatischen Gaumlsten wie zB verschiedene Phenole einschlieszligt[34 80]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 29
Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Farbstoffen
Bei der Bindung der Farbstoffe aus Abb 211 in der Bisphosphonat-Klammer 10 konnten
trotz eindeutiger Shifts im 1H-NMR-Spektrum keine Farbaumlnderung oder eine Aumlnderung des
UVVis Spektrums beobachtet werden[64] Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein weiterer
N-Alkylpyridinium-Polymethin-Farbstoff 53 untersucht (Abb 213) Aufgrund seiner
geringen Loumlslichkeit wurde lediglich ein 21-Gemisch aus Bisphosphonat-Klammer 10 und
Farbstoff betrachtet Das Gemisch zeigt auch hier im 1H-NMR-Spektrum aufgrund der stark
verschobenen aromatischen Signale eindeutige Hinweise auf eine Komplexierung (Abb
213) jedoch trat auch in diesem Fall keine Farbaumlnderung bei der Komplexierung auf
Moumlglicherweise ist der HOMO-LUMO-Abstand zwischen dem Naphthalin-Donor und dem
Pyridinium-Akzeptor zu groszlig
NN+
Br
BF4-
025
025
050-065
53 WirtGast = 21-Gemisch
00
Abbildung 213 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung von Polymethin-Farbstoff 53 im 21-Gemisch mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Bindungsexperimente mit NAD+ und NAD+-Modellverbindungen
NAD+ 52 und NADP 57 gehoumlren zu den wichtigsten Cofaktoren die in der Natur
vorkommen Bei nahezu einem Viertel aller bekannten enzymatischen Reaktionen handelt es
sich um Redox-Reaktionen Ein Groszligteil der beteiligten Enzyme braucht NAD+ 52 oder
NADP 57 als Cofaktor[81] Dehydrogenasen katalysieren zB mit Hilfe dieser Cofaktoren die
Oxidation von Alkoholen zu den entsprechenden Carbonyl-Verbindungen[82-84] Auszligerdem
spielt NAD+ 52 eine wichtige Rolle bei der Replikation und Reparatur der DNA die DNA-
Ligase die sowohl an der Replikation als auch an der Reparatur der DNA beteiligt ist braucht
NAD+ 52 als Cofaktor zur Uumlbertragung eines Adenosyl-Restes auf das 5rsquo-Ende eines DNA-
Einzelstrangbruchs[82 85 86] Im Enzym befindet sich NAD+ haumlufig in der sogenannten
Rossmann-Falte[87-89] Sowohl das Adenin als auch das Nikotinamid befinden sich in einer
hydrophoben Tasche und werden dort von hydrophoben Wechselwirkungen und dispersiven
Kraumlfte gehalten[90]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 30
Die bislang bekannten kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr NAD+ 52 nutzen fuumlr ihre Komplexierung
die Wechselwirkung zwischen den negativ geladenen Phosphaten des NAD+ 52 und einem
makrozyklischen Anionen-Rezeptor[91] einem acridiniumfunktionalisierten
Azakronenether[92] oder protonierten Azakronenether[93] Der Nikotinamidring an dem die
Katalyse stattfindet wurde bislang jedoch nicht gezielt komplexiert
Wegen der groszligen Bedeutung von NAD+ 52 waren die anfangs noch von Christian Jasper
durchgefuumlhrten Untersuchungen von besonderem Interesse Bereits in den ersten
Bindungsexperimenten mit NAD+ 52 waren nicht nur Shifts bei den Protonen des
Nikotinamids zu sehen sondern auch bei denen des Adenins (Abb 212) Diese Befunde
werden von Molecular Modelling Untersuchungen unterstuumltzt (Abb 214)[64 65] Waumlhrend das
Nikotinamid sich in der Kavitaumlt befindet orientiert sich das Adenin-Ringsystem parallel zur
Naphthalin-Seitenwand der Bisphosphonat-Klammer 10 Denkbar waumlre jedoch auch eine
Struktur bei der sich das Adenosin in der Kavitaumlt befindet und das Nikotinamid auszligen an der
Naphthalin-Seitenwand andockt Von der Seite betrachtet befinden sich in beiden Faumlllen die
vier Ringssysteme uumlbereinander und koumlnnen so π-π-Stapelwechselwirkungen ausbilden Um
mehr Informationen uumlber die tatsaumlchliche Struktur des Komplexes zu gewinnen wurde im
Rahmen dieser Arbeit die Komplexierung von Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54 und
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 in der Bisphosphonat-Klammer 10 getrennt untersucht
um die einzelnen Beitraumlge der beiden Bestandteile von NAD+ zu quantifizieren Die
verhaumlltnismaumlszligig niedrigen ∆δsat-Werte des Komplexes von NAD+ und der Bisphosphonat-
Klammer 10 deuten daraufhin dass der Nikotinamid-Ring sich nicht permanent in der Kavitaumlt
befindet Bei einer dauerhaften Komplexierung muumlssten die beobachtete Werte deutlich houmlher
liegen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 31
Abbildung 214 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Zwischen den Strukturen gibt es lediglich eine Energiedifferenz von etwa 1 kJmol
Wie bereits nach der Betrachtung der Molecular Modelling Ergebnisse vermutet wurde bildet
die Bisphosphonat-Klammer 10 auch Komplexe mit dem natuumlrlichen Nucleosid
2rsquo-Desoxyadenosin 55 oder AMP 56 aus (Abb 215) 2rsquo-Desoxyadenosin 55 wird mit einer
auffaumlllig hohen Bindungskonstante gebunden (Ka = 5151 M-1) waumlhrend AMP 56 mit einer
deutlich geringeren Bindungskonstante gebunden wird (Ka = 1126 M-1) Dieser Unterschied
deutet darauf hin dass sich das negativ geladene Phosphat des AMP 56 und die ebenfalls
negativ geladenen Phosphonate des Wirtes 10 gegenseitig abstoszligen und so die Bindung
schwaumlchen Die im Vergleich zu NAD+ 52 etwas schwaumlchere Bindung von NADP 57
unterstuumltzt diese Uumlberlegung Dies spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen
der beiden Komplexe wieder (Abb 216) Im Gegensatz zum 2rsquo-Desoxyadenosin 55 ist AMP
56 unter Verzicht auf eine Ribose-OH-Phosphat-Wasserstoffbruumlcke so in der Kavitaumlt
angeordnet dass sein Phosphat moumlglichst weit von den Phosphonaten des Wirtes entfernt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 32
H
O
OH
HO
H
N
NN
N
NH2
HH
O
OH
O
N
NN
N
NH2
HPO
NaOONa
025
044
020
018
O
OHOH
OPO-
OHO
H
N+
NH2
O
H
HH
H020
025
044046
009
N
N N
N
NH2
O
O OH
O POH
OHH
H
O
OHOH
OPO-
OO
H
N+
NH2
O
H
HH
H
049
036
028
016018
020
048
P OHOO-
NMN 54 Ka = 6760 M-1 plusmn 23
55 Ka = 5151 M-1 plusmn 6 AMP 56 Ka = 1126 M-1 plusmn 19
NADP 57 Ka = 1444 M-1 plusmn 14
Abbildung 215 Bindungsexperimente mit NADP 57 und NAD+-Teilstrukturen Die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen sind in ppm angegeben
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 33
Abbildung 216 Berechnete Strukturen der Komplexe von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 (links) und AMP 56 (rechts) in der Bisphosphonat-Klammer 10 (links) in der Bisphosphonat-Klammer 56 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Da AMP 56 immerhin von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden wird kann davon
ausgegangen werden dass auch der Adenin-Teil des NAD+ 52 in der Kavitaumlt der Klammer 10
gebunden wird Es ist also anzunehmen dass ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt in dem
ein Teil der Nikotinamid-Reste und ein Teil der Adenin-Reste eingeschlossen ist Allerdings
deutet die erheblich staumlrkere Bindung des NMN 54 im Vergleich zum AMP 56 daraufhin
dass mehr Nikotinamid als Adenin gebunden vorliegt Dieses Gleichgewicht muss auf der
NMR-Zeitskala schnell sein da nur gemittelte ∆δsat-Werte ermittelt werden koumlnnen und keine
Aufspaltung der entsprechenden Signale beobachtet wird
Ein Vergleich der beiden elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale unterstuumltzt diese Annahme
erheblich der Nikotinamid-Ring ist insgesamt viel positiver geladen als der Adenin-Ring
(Abb 217) Es sollte allerdings beruumlcksichtigt werden dass die elektronischen
Oberflaumlchenpotentiale in der Gasphase berechnet werden und die elektrostatische
Wechselwirkung zwischen den polarisierten Aromaten in waumlssriger Loumlsung nicht allein an der
Komplexierung beteiligt ist Wenn die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Gast- und
Wirtaromat in waumlssriger Loumlsung ausschlaggebend waumlre dann wuumlrde im Falle des NAD+ 52
gar keine Komplexierung des Adenins stattfinden Dies deutet daraufhin dass andere Effekte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 34
wie zB der hydrophobe Effekt und dispersive Kraumlfte auch eine wichtige Rolle bei der
Komplexierung spielen
Abbildung 217 Die Struktur (links) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (rechts) von NAD+ 52 Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 aus der Struktur von NAD+ im Komplex welche aus einer Monte Carlo-Berechnung erhalten wurde[72]
Der Komplex von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 konnte trotz
seiner relativ geringen freien Bindungsenergie zusaumltzlich in ESI-MS-Spektren nachgewiesen
werden (Abb 218)
Abbildung 218 ESI-MS-Spektrum des Komplexes von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Das Spektrum wurde im negativen Bereich aufgenommen Die berechnete Massen sind [10+55]2- 421 [10-OPOMe]- 515 [10+H+]- 593 [10+Na+]- 615 [10+Bu4N+]- 834 [10+Bu4N++Na+] 866 [10+Bu4N++55]- 1085 Uumlber mz = 1100 wurden keine Peaks gefunden
Neuere Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner haben gezeigt dass die Komplexierung
von NAD+ 52 stark pH-Wert abhaumlngig ist Bei Betrachtung des Komplexes aus NAD+ 52 und
der Bisphosphonat-Klammer 24 in Puffer wurden wieder die gewohnten starken Hochfeld-
Shifts beobachtet Somit scheint die Komplexierung stark vom Protonierungsgrad der
Phosphate abhaumlngig zu sein[94]
mz400 600 800 1000
Cou
nts
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1085
834
615593
515
421866
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 35
Bindungsexperimente mit A2E
Ein weiterer Naturstoff auf N-Alkylpyridinium-Basis ist N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
(A2E) 58 (Abb 219) A2E 58 spielt eine maszliggebliche Rolle bei der Entstehung der
altersbedingten Makuladegeneration (AMD) AMD ist eine der Hauptursachen fuumlr
altersbedingte Sehstoumlrungen[95 96] Weltweit sind ca 25 der uumlber 75-jaumlhrigen von
unterschiedlichen Stufen dieser Erkrankung betroffen Fuumlr 5 dieser Altersgruppe hat die
Krankheit eine hochgradige Sehbehinderung zur Folge[97] Man unterscheidet zwischen der
feuchten und trockenen Form der AMD Die feuchte Form wird durch abnorme Blutgefaumlszlig-
Bildung in der Makula und unter der Retina verursacht Die trockene Form an der 90 der
Patienten leiden wird durch Ablagerungen auf der Makula verursacht Dadurch kommt es zu
einer Makula-Atrophie und die Funktion der Lichtrezeptoren ist stark eingeschraumlnkt
Hauptsaumlchlich der retinale Pigmentepithel ist von der AMD betroffen Genaue Ursachen
dieser Krankheit sind bislang weitgehend unbekannt Therapiemoumlglichkeiten gibt es bis zum
heutigen Tage noch nicht aber es gibt Moumlglichkeiten das Fortschreiten der Krankheit mit
negativ geladenen Phospholipiden wie zB Phosphatidylglycerol[98] blaues Licht filternden
Molekuumllen wie Lutein[98] oder durch das Implantieren von einer blaues Licht filternden Linse
zu bremsen[99] Diese Methoden haben bislang jedoch noch keine klinische Anwendung
A2E 58 und seine Isoform mit einer cis-Doppelbindung in Nachbarstellung zum Pyridinring
iso-A2E kommen gehaumluft in den Lysosomen und Mitochondrien der Zellen der Retina
vor[100-103] Mit steigendem Alter nimmt die Konzentration an A2E 58 in den Epithelialzellen
zu[104] Die Uumlberlastung der Epithelialzellen mit diesem Kation ist vermutlich die Ursache fuumlr
die pathogenen Schritte Zwar initiiert A2E 58 die Freisetzung der pro-apoptotischen Proteine
Cytochrom c und dem Apoptose-induzierenden Faktor aber A2E 58 ist kein generelles
mitochondriales Gift A2E 58 verhindert die kardiolipinvermittelte Bindung von Cytochrom c
an die Cytochrom c Oxidase (COX) Vermutlich konkurriert A2E 58 mit Kardiolipin bei der
Bindung an Cytochrom c Dies fuumlhrt zu einer Anhaumlufung an Cytochrom c in der Zelle was
einerseits eine Unterbrechung der Atmungskette der Zelle und damit die Entstehung von
oxidativem Stress und andererseits die Ausloumlsung der Apoptose zur Folge hat[98]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 36
Abbildung 219 A2E 58 mit ∆δmax fuumlr die Bindung in Methanol-d4D2O = 31 (links) und die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von A2E 58 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Diese Struktur entspricht der mit einer Wasserbox berechneten (Sybyl 67 Tripos Kraftfeld)[105]
Aufgrund der geringen Loumlslichkeit von A2E 58 in Wasser wurde die NMR-Titration mit der
Bisphosphonat-Klammer 10 in einem Methanol-d4D2O-Gemisch durchgefuumlhrt Das
Bindungsexperiment zeigte deutliche Hochfeld-Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber
aufgrund der Komplexitaumlt des Spektrums war es nur moumlglich fuumlr ein Proton ∆δmax zu
bestimmen Die resultierende Bindungskonstante ist vergleichbar mit denen anderer
N-Alkylpyridiniumsalze Im Molecular Modelling-Bild zeigt sich warum die
Bindungskonstante von etwa 2000 M-1 trotz sterisch relativ anspruchsvollen Substituenten am
Pyridiniumring nur unwesentlich niedriger ist als bei den anderen Pyridinium-Derivate Trotz
der sperrigen Substituenten ist es immer noch moumlglich den Pyridinium-Ring zu komplexieren
ohne dass die Substituenten dabei stoumlren Um den Einfluss diskreter Wassermolekuumlle auf die
Struktur bestimmen zu koumlnnen wurde die energetisch guumlnstigste Struktur einer Monte Carlo
Simulation in einer Wasserbox minimiert Die Wasserbox zeigte dabei keinerlei Einfluss auf
die Struktur des Komplexes
A2E 58 zeigt aufgrund seiner hydrophoben Terpen-Seitenketten eine deutliche Einlagerung in
Modellmembranen[102 106] Damit ist A2E 58 gut geeignet fuumlr Langmuir-Blodgett
Experimente an Modellmembranen[107] Mit der Acetat-Pinzette 12 wurden bereits erste
Versuche in Modellmembranen gemacht[108] Die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt selbst
N+
H
HO
092
Ka = 2125 M-1 plusmn 19
58
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 37
jedoch nur relativ geringe zusaumltzliche pA-Shifts bei der Einlagerung in eine monomolekulare
Schicht aus Stearinsaumlure (Abb 220) Erst beim Auftropfen von 2 Aumlquivalenten der
Bisphosphonat-Klammer 10 auf die gespreizte Lipidschicht ist ein Zuwachs der Monoschicht
um ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Wird dagegen eine reine Strearinsaumlure-Monoschicht uumlber
eine 10-7 M Loumlsung aus A2E 58 in Wasser erzeugt so ist auch in diesem Fall ein pA-Shift
von ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Dies ist einen bemerkenswerter Anstieg da Langmuir-
Blodgett Experimente uumlblicherweise bei Konzentrationen durchgefuumlhrt werden die um drei
Groumlszligenordnungen uumlber der hier gewaumlhlten Konzentration liegen Die zeigt die effektive A2E-
Einlagerung in der Stearinsaumlure-Monoschicht an Bei der kombinierten Einlagerung der
Bisphosphonat-Klammer 10 in die Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber eine Loumlsung von A2E 58
in Wasser wurde jedoch wieder lediglich ein Anstieg von 2 AringMolekuumll beobachtet Somit
erfolgte also kein zusaumltzlicher Anstieg der Monoschicht der auf die Bildung eines Komplexes
hindeuten wuumlrde welche die Monoschicht zusaumltzlich aufweitet (Abb 220)
-1
4
9
14
19
24
29
34
20 22 24 26 28 30 32 34 36
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
S H2OS + 2eq 10 H2OS A2ES + 2eq 10 A2E
Abbildung 220 DruckFlaumlche-Diagramm der Filmwaage-Untersuchung zur Bindung von A2E 58 an die immobilisierte Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Diese Beobachtung koumlnnte auf folgende Ursache zuruumlckzufuumlhren sein Gemaumlszlig ihrer
Amphiphilie sollte sich die Bisphosphonat-Klammer 10 in der Monoschicht mit ihrer Oumlffnung
nach oben ausrichten also von der Subphase abgewandt (Abb 221) Daher kann sie kein
zusaumltzliches A2E 58 aus der Subphase aufnehmen Obwohl dieser Zustand natuumlrlich
a a
b b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 38
dynamisch ist und in der fluiden Membran sicherlich auch Molekuumlle mit ihrer Kavitaumlt nach
unten ausgerichtet sind koumlnnte die Umorientierung zuviel Energie kosten und so die
effiziente Komplexierung von A2E 58 verhindern
P-
P-
P-
P-
P-
P-
Abbildung 221 Schematische Darstellung der vermuteten Anordnung der Bisphosphonat-Klammer 10 in der Stearinsaumlure-Monoschicht
In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit Epithelzellen die von der Firma Lynkeus
Biotech durchgefuumlhrt wurden konnte beobachtet werden dass die Bisphosphonat-Klammer
10 die Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das
Potential der Bisphosphonat-Klammer 10 sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen
Bei den Untersuchungen zur NAD+ Bindung wurde uumlberraschend festgestellt dass nicht nur
kationische Aromaten in der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert werden sondern dass
auch das elektronenarme neutrale Adenosin relativ stark gebunden wird Dieser Befund wirft
die Frage auf wie das Komplexierungsverhalten der Bisphosponat-Klammer in Hinblick auf
die anderen Nukleinbasen und verwandte Verbindungen aussieht
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung der Nukleinbasen[82] standen sie schon fruumlh
im Mittelpunkt des Interesses supramolekularer Chemiker[109] Dementsprechend gibt es eine
groszlige Vielfalt an kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr Nukleinbasen[24 110-117] insbesondere fuumlr
Adenin[118-120] Diese Rezeptoren benutzen meist eine Kombination aus Wasserstoff-Bruumlcken
und π-π-Wechselwirkungen zur Komplexierung des Gastes Die historisch ersten Rezeptoren
arbeiteten noch in organischer Loumlsung aber spaumltere Generationen wie zB Rezeptoren auf
Cyclophan-Basis erkennen Nukleotide in Wasser[118] Mit Rezeptoren auf Phenanthridinium-
Basis werden in gepufferter Loumlsung sogar Bindungskonstanten bis zu 106 M-1 erreicht[121]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 39
Nukleoside
Bei unseren Bindungsexperimenten wurde der Schwerpunkt auf die Untersuchung der
Komplexierung von Nukleosiden und Nukleotiden gelegt da die unsubstituierten
Nukleinbasen sich als sehr schwer wasserloumlslich herausstellten und kaum biologische
Bedeutung haben Ein Vergleich der Ka-Werte fuumlr die Bindung von Nukleosiden in der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt auf den ersten Blick dass die Bindungskonstanten alle in
gleichen Groumlszligenordnung liegen (Abb 222) Dabei werden die beiden Nukleotide
2rsquo-Deoxyadenosin 55 und 2rsquo-Deoxycytidin 62 relativ stark gebunden waumlhrend
2rsquo-Deoxyguanosin 59 2rsquo-Deoxythymidin 60 und 2rsquo-Deoxuridin 61 um dem Faktor zwei bis
drei schwaumlcher gebunden werden
O
OH H
HON
NH
O
O
H3C
H
H
O
OH
N
NN
N
NH2
H
025
044
020
2-Deoxyadenosin 55Ka = 5151 M-1 plusmn 6
HO
NH
N
N
O
NH2N
O
OH H
HO
H
NH
O
ON
O
OH H
HOH
O
OH H
HON
N
NH2
O
H
H
2-Deoxyguanosin 59Ka = 1859 M-1 plusmn 11
2-Deoxythymidin 60Ka = 2364 M-1 plusmn 12
2-Deoxyuridin 61Ka = 2467 M-1 plusmn 14
2-Deoxycytidin 62Ka = 7358 M-1 plusmn 6
030
025H
035
062
024
147
024
047
085
016
Abbildung 222 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleosiden Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser sind an den jeweiligen Nukleosiden vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei der Analyse der Aumlnderungen in den chemischen Verschiebungen im Komplex faumlllt auf
dass die Protonen an den aromatischen Ringsystem ausnahmslos starke Hochfeldshifts
aufweisen die Fuumlnfringe zeigen jedoch etwas geringere Shifts als die Sechsringe Das
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 40
anomere Wasserstoffatom an der 1rsquo-Position zeigt auszligerdem in allen Faumlllen immer noch einen
deutlichen Hochfeldshift waumlhrend die anderen Protonen der Ribose nur verschwindend
geringe Aumlnderungen ihrer chemischen Verschiebung aufweisen Dies deutet daraufhin dass
sich das elektronenarme Ringsystem der Nukleinbasen wie erwartet in der Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Klammer befindet Besonders deutlich wird dies bei der Betrachtung der
chemischen Verschiebungen des 2rsquo-Deoxythymidins 60 und 2rsquo-Deoxuridins 61 Waumlhrend das
Thymidin eine sterisch relativ anspruchsvolle Methylgruppe besitzt welche die
Komplexierung erschwert hat das Uridin an der gleichen Position ein Wasserstoffatom
Dadurch wird die Komplexierung erleichtert was sich zwar nicht auf die Bindungskonstante
niederschlaumlgt aber wohl auf den ∆δsat-Wert Dies bedeutet vermutlich dass die Ringsysteme
unterschiedlich in der Kavitaumlt angeordnet sind Eine quantenchemische Berechnung der
chemische Verschiebungen im Komplex koumlnnte diesbezuumlglich bei der Aufklaumlrung helfen[61]
Ein Vergleich der Bindungskonstanten mit dem elektrostatischen Oberflaumlchenpotential der
Nukleinbasen zeigt eine verhaumlltnismaumlszligig gute Korrelation (Abb 223) Adenosin hat deutlich
groumlszligere elektronenarme Flaumlchen als Guanosin Bei den Pyrimidin-Basen sind nur kleine
Unterschiede sichtbar welche den Selektivitaumltsunterschied nicht erklaumlren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 41
Abbildung 223 Die Struktur (rechts) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (links) der Nukleosiden Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau)[72] Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung der entsprechenden Nukleoside an die Bisphosphonat-Klammer 10 ist bei den Nukleinbasen vermerkt
Nukleotide
Nach den Nucleoside wurden auch die entsprechenden Nukleotide auf ihre
Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Bis auf das AMP 56 werden jedoch keine anderen
Nukleotide von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Alle Aumlnderungen in Ihren
chemischen Verschiebungen sind so gering (lt 003 ppm) dass eine Komplexierung
ausgeschlossen werden kann Auch Adenosintriphosphat 67 (ATP) wird nicht gebunden
wahrscheinlich generell wegen der starken Phosphonat-Phosphat-Abstoszligung bei der
Annaumlherung der Komplexpartner
Adenosin Ka = 5151 M-1 Guanosin Ka = 1859 M-1
Thymidin Ka = 2364 M-1 Uridin Ka = 2467 M-1
Citidin Ka = 7358 M-1
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 42
OO
N
NH
O
O
OH
PO
ONaNaO
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
NaOONa
NH
N
N
O
NH2N
OO
H
PO
NaOONa
OHOH
NH
O
ON
OO
OH OH
PO
NaOONa O
ON
N
NH2
O
OH OH
PO
NaOONa
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
OONa
PO
OOH
PO
HOONa
018
AMP 56Ka = 1126 M-1 plusmn 19
GMP 63 Ka lt 10 M-1
TMP 64Ka lt 10 M-1
UMP 65Ka lt 10 M-1
CMP 66Ka lt 10 M-1
ATP 67Ka lt 10 M-1
Abbildung 224 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleotiden Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsa-Werte der beobachteten Signale
Auffaumllligerweise bindet auch Cytidinmonophosphat 66 (CMP) nicht in der Bisphosphonat-
Klammer 10 obwohl 2rsquo-Deoxycytidin 59 sogar die groumlszligte Bindungskonstante unter den
Nukleosiden aufweist Die Bindung von AMP 56 ist deshalb wahrscheinlich auf die groumlszligere
aromatische Flaumlche des Adenins im Vergleich zum Cytidin zuruumlckzufuumlhren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 43
Wirkstoffe auf Nukleosid-Basis
Da die Bisphosphonat-Klammer 10 eine starke Bindung der Nukleoside zeigt wurde das
Komplexierungsverhalten von weiteren Verbindungen auf Nukleosid-Basis uumlberpruumlft
Zunaumlchst wurden zwei Nukleosid-Analoga getestet die (potentielle) Therapeutika sind Das
3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 und 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69
sind beide sehr effiziente Inhibitoren fuumlr das menschliche (human) Immunodefizienz-Virus
(HIV)[122] Diese besitzen jedoch eine geringe Permeabilitaumlt fuumlr die Blut-Hirn-Schranke[123]
Aus diesem Grund ist ein synthetischer Rezeptor von besonderem Interesse da dieser als
Transportmolekuumll dienen koumlnnte Sowohl AZT 68 als auch 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-
dideoxythymidin 69 werden von der Bisphosphonat-Klammer 24 gebunden (Abb 225)
O
N3H
HON
NH
O
O
H3C
H
O
H
HON
NH
O
O
H3C
H
HH
140
311
125
140
165
060061083
AZT 68Ka = 711 M-1 plusmn 15
23-Didehydro-23-dideoxythymidin 69Ka = 172 M-1 plusmn 19
Abbildung 225 Ergebnisse der Bindungsstudien mit 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 sowie 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69 mit der Bisphosponat-Klammer 24 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Die geringere Bindungskonstante des AZT 68 im Vergleich zum 2rsquo-Deoxythymidin 60 ist
wahrscheinlich auf die Azido-Gruppe zuruumlckzufuumlhren Eine Monte Carlo Untersuchung zeigt
dass diese im Komplex relativ weit entfernt von den Phosphonaten der Klammer angeordnet
ist (Abb 226) Die Ribose des 2rsquo3rsquo-Deoxythymidins 68 ist jedoch viel naumlher an den
Phosphonaten angeordnet und somit liefert die Monte Carlo Simulation keine
zufriedenstellende Begruumlndung warum 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 relativ schwach gebunden
wird
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 44
Abbildung 226 Links die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von AZT 68 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte) Rechts die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Koffein und FAD
Eine weitere Purinbasen-analoge Verbindung ist Koffein 70 Aufgrund seiner Bekanntheit
war Koffein schon vielfach Mittelpunkt von Untersuchungen zur Wirt-Gast-Wechselwirkung
Neben ausschlieszliglich in organischen Loumlsungsmitteln loumlslichen Systemen[124-126] wurde in
letzter Zeit auch ein wasserloumlslicher Rezeptor fuumlr Koffein beschrieben[127]
Die Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Koffein 70 mit einer fuumlr Nukleinbasen erstaunlich
hohen Bindungskonstante von 29340 M-1 Damit ist die Bindungskonstante um einen
Groumlszligenordnung houmlher als die bislang in Wasser bekannten Bindungskonstanten[127] Von
daher wuumlrde sich dieses Gast-Wirt-System gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen eignen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 45
N
N N
N
O CH3H3C
OCH3
136058
027
70 Ka = 29340 M-1 plusmn 12
Abbildung 227 Ergebnis der Bindungsstudien von Koffein 70 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Ein weiterer wichtiger Cofaktor der genauso wie NAD+ 52 eine Adenosin-Einheit enthaumllt ist
Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) 71 (Abb 228) Wie NAD+ 52 ist FAD 71 an vielen
enzymatischen Redox-Reaktionen beteiligt[82] Aumlhnlich wie beim NAD+ 52 besitzt das FAD
71 zwei elektronenarme Ringsysteme und somit zwei moumlgliche Komplexierungsstellen fuumlr die
Bisphosphonat-Klammer 10 Das Bindungsexperiment zeigt jedoch nur minimale
Aumlnderungen der chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem und eine deutliche
Aumlnderung fuumlr das Adenin Die Auswertung ergibt eine Bindungskonstante von 908 M-1
Werden jedoch die Signale des Wirtes ausgewertet ergibt sich eine Bindungskonstante von
4900 M-1 Die Ursache dieser groszligen Diskrepanz ist jedoch unklar Die geringe Aumlnderung der
chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem deutet daraufhin dass dieses nicht von
der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert wird oder dass die beoachteten Signale sich zu
weit von der Kavitaumlt entfernt sind um einen Shift aufzuweisen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 46
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
H021
71 Ka = 908 M-1 plusmn 14
Abbildung 228 Ergebnis der Bindungsstudien von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei Monte Carlo Rechnungen wird deutlich dass die Methyl-Protonen des Flavins die als
einzige seine Komplexierung anzeigen koumlnnten sich bei einer Komplexierung wahrscheinlich
nicht in der Kavitaumlt befinden (Abb 229 links) Analog zum Komplex mit NAD+ 52 ist auch
hier eine Struktur denkbar bei der sich das Adenin in der Kavitaumlt befindet (Abb 229 rechts)
In diesem Fall orientiert sich das Flavin-Ringsystem an die Seitenwand der Bisphosphonat-
Klammer In dieser Anordnung muumlssten deutliche Shifts in Adenin und nur geringe in Flavin
auftreten Diese Anordnung erklaumlrt die experimentellen Beobachtungen am besten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 47
Abbildung 229 Die berechnete Strukturen fuumlr den Komplex von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Links befindet sich das Flavin in der Kavitaumlt rechts das Adenin
Folsaumlure
Eine weitere elektronenarme Verbindung deren moumlgliche Komplexierung in der
Bisphosphonat-Klammer 10 untersucht wurde ist Folsaumlure 72 (Abb 230) Das
Bindungsexperiment zeigt eine hohe Bindungskonstante von 20230 M-1 Die Folsaumlure besitzt
nur ein nichtacides Proton am aromatischen Ring das als Sensor fuumlr den
Komplexierungsmodus dienen kann Die Methylenbruumlcke zeigt zwar eine Aumlnderung der
chemischen Verschiebung bei der Komplexierung aber diese ist in der Titration zu
unregelmaumlszligig um sie auswerten zu koumlnnen Die anderen Protonen zeigen dagegen keine
Aumlnderung Es wurde versucht diese Bindungskonstante mittels mikrokalorimetrische
Messungen zu bestaumltigen aber es stellte sich heraus dass Folsaumlure in Wasser zu schlecht
loumlslich ist um mikrokalorimetrische Messung durchfuumlhren zu koumlnnen Eine Molecular
Modelling Studie des Komplexes zeigt jedoch dass das beobachtete Proton bereits nicht mehr
in der Kavitaumlt liegt ist genauso wie die Methylenbruumlcke wodurch die Beobachtungen im
Bindungsexperiment unterstuumltzt werden (Abb 231)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 48
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
H069
72 Ka = 20230 M-1 plusmn 12
Abbildung 230 Ergebnis der Bindungsstudien von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Abbildung 231 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
224 Bindungsexperimente mit Thiamin
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 ist ein wichtiger Cofaktor der im Koumlrper aus Thiamin
(Vitamin B1) 75 aufgebaut wird[82] TPP 76 ist an vielen enzymatischen Reaktionen
beteiligt[128 129] Neben Decarboxylierungen[130] und Oxidationen[131] katalysiert TPP 76
Ligations-Reaktionen In diesem Fall bildet das TPP 76 ein nukleophiles Enamin als
Intermediat welches somit als umgepoltes Acyl-Anion dient[132] Im Enzym ist TPP 76 in
einer typischen V-Form gebunden Diese relativ energiereiche Konformation wird von
hydrophoben Wechselwirkungen mit unpolaren Aminosaumluren stabilisiert Beide Ringsysteme
des Thiamins werden so stabilisiert (Abb 232) [133]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 49
Abbildung 232 Ausschnitt aus der Struktur der Transketolase aus Hefe Die V-Konformation des TPPs 76 wird an der konvexen Seite von einem Leucin stabilisiert Zusammen mit Phenylalanin Histidin und Isoleucin wird eine hydrophobe Tasche gebildet[134]
In einem ersten Bindungsexperiment mit einem Thiazolium-Salz 73 konnte Christian Jasper
starke Hochfeld-Shifts der Gast-Signale beobachten (Abb 233)[64]
N+
S
HH
HHBF4
-
140
034042081
021
021
057
73
Abbildung 233 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung im 11 Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10[64]
Daraufhin wurde im Rahmen dieser Arbeit das Komplexierungsverhalten von
N-Methylthiazoliumiodid 74 Thiamin 75 und TPP 76 in der Bisposphonat-Klammer
untersucht (Abb 234) Dabei wurde festgestellt dass das N-Methylthiazoliumiodid 74 eine
starke Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt Im Vergleich dazu zeigen Thiamin
75 und TPP 76 eine deutlich houmlhere Bindungskonstante In beiden Faumlllen werden die houmlchsten
komplexinduzierten Shifts an der Methylenbruumlcke welche die beiden Aromaten verbindet
sowie am Proton am Pyrimidinium-Ring beobachtet Beide liegen nahe am Mittelpunkt des
Molekuumlls Auch die anderen Protonen zeigen einen deutlichen Hochfeld-Shift Lediglich die
Protonen an der Alkyl-Kette zeigen einen relativ kleinen Shift Dies deutet darauf hin dass
beide Ring-Systeme an der Bindung beteiligt sind
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 50
N+
S
176
74 Ka = 1267 M-1 plusmn 29
N
N
N+S
OH
NH3+
032
013044 022
013
010
75 Ka = 18563 M-1 plusmn 11
N
N
N+S
O
NH3+
024
004044 009
001
001
PO
OHO P
O
OHOH
76 Ka = 14075 M-1 plusmn 20
Abbildung 234 Ergebnisse der Bindungsstudien von Thiazolium-Salzen mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werte mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
Interessanterweise zeigt eine Monte Carlo Untersuchung eine Struktur in der beide Ring-
Systeme sich teilweise in der Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer 10 befinden (Abb 235)
Diese Struktur erklaumlrt die in den Bindungsstudien gefundenen komplexinduzierten Shifts sehr
gut Allerdings ist die Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer in diesem Fall extrem aufgeweitet
Der Abstand der beiden Seitenwaumlnde betraumlgt in dieser Struktur etwa 12 Aring waumlhrend in
Roumlntgenstrukturanalyse Abstaumlnde von etwa 8 bis 11 Aring beobachtet wurden[48] Aus
Untersuchungen von weiteren Molecular Modelling Strukturen sowie den Kristallstrukturen
zeigte sich jedoch dass die Aufweitung der Kavitaumlt nur eine geringe Aktivierungsenergie
benoumltigt Diese sollte maximal etwa 4 kJmol betragen[50]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 51
Abbildung 235 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte Schwefel ist in gelb dargestellt)
Diese Struktur wird von einem NOESY-Experiment unterstuumltzt Im NOESY-Experiment mit
einem 11-Komplex aus Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 sind neben starken
intermolekularen NOE Crosspeaks auch schwaumlchere intramolekulare NOE Crosspeaks
sichtbar Diese sind in Abb 236 dargestellt
P
O
CH3
O
PO
CH3
O
O
N
N
N+H
H
H N
H
+
Abbildung 236 Beobachtete intramolekulare NOE-Crosspeaks
Das CH-Signal des Thiazolium-Rings war bislang in den Bindungsexperimenten aufgrund
seiner Aciditaumlt nicht sichtbar Bei einer Messung des 11-Komplexes mit Watergate-
Unterdruumlckung in nichtdeuteriertem Wasser wird das Proton bei etwa 10 ppm sichtbar[135]
Damit ist es um ca 1 ppm tieffeldverschoben im Vergleich zum reinen Thiamin Auch dieser
Befund deutet daraufhin dass die aus Molecular Modelling erhaltene Struktur ein gutes
Modell fuumlr den Bindungsmodus ist da sich dieses Proton im Modell in der Kavitaumlt befindet
und damit einen starken Shift zeigen sollte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 52
Eine Molekulardynamik-Simulation des 11-Komplexes aus Thiamin 75 und der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt dass die vorgeschlagene Struktur keinesfalls starr ist (Abb
237) Das Thiamin 75 besitzt eine groszlige Beweglichkeit in der Kavitaumlt Es scheint so als
wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen so
dass immer einer der beiden Aromaten eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingehen kann
Abbildung 237 Eine molekulardynamische Simulation fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Macromodel 71 298K 10 ps mit 1 ps Schnappschuumlsse) Alle Schnappschuumlsse wurden uumlbereinander projiziert und die Protonen wurden aus Gruumlnde der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
Eine 1H-NMR-Untersuchung des Thiamin 75Bisphosphonat-Klammer 10 Komplexes in
Methanol bei verschiedenen Temperaturen zeigt unterhalb von 0 degC eine deutliche
Linienverbreiterung und eine Aumlnderung der chemischen Verschiebungen Bis -100 degC blieb
die Loumlsung klar Ein Auftrag der chemischen Verschiebung gegen die Temperatur zeigt eine
deutliche Temperaturabhaumlngigkeit fuumlr das aromatische Pyrimidin-Proton (Abb 238) Dies
verdeutlicht den verlangsamten Assoziations- Dissoziationsprozess
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 53
6464565
65566
66567
67568
68569
695
290K 280K 270K 260K 250KT (K)
δ (p
pm)
Abbildung 238 Temperaturabhaumlngigkeit der chemischen Verschiebung des aromatischen Pyrimidin-Protons von Thiamin 75 im Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Da die Bisphosponat-Klammer eine Einlagerung in eine monomolekulare Stearinsaumlureschicht
zeigt wurde versucht eine Bindung des Thiamins 75 in der Bisphosphonat-Klammer 10
nachzuweisen[106] Eine Einlagerung von zwei Aumlquivalenten der Bisphosphonat-Klammer 10
in eine Stearinsaumlure-Monoschicht fuumlhrt zu einer Vergroumlszligerung der Oberflaumlche von ca 2
AringMolekuumll waumlhrend eine Stearinsaumlure-Monoschicht die auf einer 10-4 M Loumlsung von
Thiamin 75 hergestellt wird ebenfalls eine Vergroumlszligerung der Oberflaumlche um ca 2 AringMolekuumll
bewirkt Werden nun zu einer Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber einer Thiamin-Subphase zwei
Aumlquivalente der Bisphosphonat-Klammer 10 getropft so vergroumlszligert sich die Oberflaumlche um
ca 3 AringMolekuumll Das bedeutet dass ein zusaumltzlicher komplexbedingter Anstieg der
Oberflaumlche um ca 1 AringMolekuumll beobachtet werden konnte (Abb 239) Dies ist vermutlich
darauf zuruumlckzufuumlhren dass sich Bisphosphonat-Klammer-Molekuumlle in der Subphase
befinden Thiamin 75 binden und dadurch unpolarer werden und deswegen in der
Monoschicht aufgenommen werden (Abb 240)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 54
Abbildung 239 Ergebnisse der Filmwaage-Untersuchung von der Bindung von Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Abbildung 240 Darstellung der Komplexierung von Thiamin 75 in der Subphase wodurch ein unpolarer Komplex gebildet wird Dieser Komplex wird anschlieszligend in der Monoschicht eingelagert
Wegen der hohen freien Bindungsenergie eignet sich das System Thiamin 75Bisphosphonat-
Klammer sehr gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen
0
10
20
30
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
SA H2O
SA H2O - 2eq 10
SA 75
SA 75 - 2eq 10
+ Gast
+
LuftH2O
++
++
++
++
----
--
-- ----
a a b
b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 55
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer)
Es konnte gezeigt werden dass die Bisphosphonat-Klammer eine hohe Affinitaumlt gegenuumlber
N-alkylierten Pyridinium-Salzen hat Von besonderem Interesse ist dabei NAD+ Die
Untersuchung des Bindungsmodus fuumlr die Bindung von NAD+ hat ergeben dass sie
komplizierter ist als es auf dem ersten Blick erscheint Scheinbar liegt ein dynamisches
Gleichgewicht vor bei dem sich abwechselnd mal der Nikotinamid-Ring und der Adenosin-
Ring in der Kavitaumlt befindet Das Gleichgewicht liegt jedoch stark auf der Seite des
Nikotinamids Aus der Untersuchung der NAD+-Fragmente wurde zusaumltzlich die Erkenntnis
gewonnen dass die Bisphosphonat-Klammer nicht nur kationische Aromaten bindet sondern
auch elektronenarme neutrale Aromaten Damit umfasst das Gast-Portfolio der
Bisphosphonat-Klammer elektronenarme neutrale und kationische Aromaten wobei im letzen
Fall jedoch ausschlieszliglich permanente Kationen gebunden werden Nichtpermanente
Kationen wie zB Pyridiniumhydrochlorid oder basische Aminosaumluren werden dagegen nicht
gebunden Entweder weil ein permanentes Kation fuumlr die Bindung gebraucht wird oder weil
diese Kationen so stark solvatisiert sind dass sie nicht von der Klammer desolvatisiert werden
koumlnnen
Die Bisphosphonat-Klammer bindet alle Nukleoside aber bei den entsprechenden
Nukleotiden wird lediglich AMP 56 gebunden Die Bindungskonstante ist dabei deutlich
niedriger Somit scheint die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen Nukleosiden und
Nukleotiden zu unterscheiden Das negativ geladene Phosphat spielt dabei anscheinend eine
entscheidende Rolle Die Abstoszligung durch die Bisphosphonate der Klammer scheint fuumlr die
schlechte Bindung verantwortlich zu sein Die deutliche staumlrkere Bindung von NMN 54 im
Vergleich zum AMP 56 deutet darauf hin dass die π-Kation-Wechselwirkung einen
entscheidenden Beitrag zur staumlrkeren Bindung von kationischen Gaumlsten hat
Die Betrachtung des Komplexes von Thiamin 75 zeigt dass es sich beim Komplex mit der
Bisphosphonat-Klammer trotz seiner hohen Bindungskonstante keinesfalls um einen starren
Komplex handelt Das Thiamin 75 wird von dispersiven Wechselwirkungen
Wasserstoffbruumlcken und hydrophoben Effekten in einer natuumlrlichen V-aumlhnlichen
Konformation gehalten aber der Komplex scheint hochdynamisch zu sein
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 56
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Wie die Bisphosphonat-Klammer besitzt die Bisphosphonat-Pinzette 11 eine extrem
elektronenreiche Kavitaumlt Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu
geschlossen und kann dadurch nur schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser
nicht sehr anspruchsvoll sind wie zB para-substituierte Aromaten oder Ammonium-Salze
Bereits die Methylphosphonsaumluremethylester-Pinzette 39 zeigt dass die Kavitaumlt eine hohe
Tendenz zur Komplexierung von unpolaren Gaumlsten besitzt Die beiden Methylestergruppen
befinden sich naumlmlich in einem schnellen Gleichgewicht bei dem sich immer eine der beiden
Gruppen in der Kavitaumlt der Pinzette befindet Dadurch wird die Pinzette unsymmetrisch Dies
zeigt sich sehr deutlich im 1H-NMR-Spektrum das aufgrund dieser Unsymmetrie eine sehr
komplizierte Aufspaltung der aromatischen Signale zeigt sowie einen starken Hochfeld-Shift
des Methylestersignals um ca 15 ppm Nach der Spaltung der Methylester wird diese
Unsymmetrie aufgehoben und das 1H-NMR-Spektrum zeigt wieder das einfache
Aufspaltungsmuster eines spiegelsymmetrischen Molekuumlls
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt im 1H-NMR bei Verduumlnnung von 10-3 bis 10-5 M-1 einen
signifikanten Shift der chemischen Verschiebung der aromatischen Protonen Da dies auf eine
Selbstassoziation hinweist wurde versucht eine Selbstassoziationskonstante zu bestimmen
aber die Aumlnderungen der chemischen Verschiebung lies sich nicht mit dem Fitprogramm
anpassen Diese Beobachtung bedeutet dass eine Selbstassoziation bzw eine Micellen-
Bildung in waumlssriger Loumlsung wahrscheinlich ist Da diese jedoch nicht quantifiziert werden
konnte koumlnnte dies auf eine houmlhere Assoziations-Stoumlchiometrie hinweisen Weiterhin
bedeutet dies dass die Signale der Bisphosphonat-Pinzette nicht zur Auswertung von
Titrationen genutzt werden koumlnnen
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen
Als erste Gaumlste wurden N-alkylierte Pyridiniumsalze auf ihr Bindungsverhalten in der
Bisphosphonat-Pinzette 11 uumlberpruumlft um einen Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer
ziehen zu koumlnnen
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt mit 1776 M-1 eine deutlich geringere Bindungskonstante
fuumlr die Bindung von N-Methylnikotinamid 51 als die Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 57
241)[75] Dies ist vermutlich auf die deutlich kleinere Kavitaumlt der Pinzette zuruumlckzufuumlhren
Die ∆δsat-Werte scheinen diese Annahme zu unterstuumltzen Im Gegensatz zum Komplex von
N-Methylnikotinamid 51 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 sind die houmlchsten ∆δsat-Werte in
diesem Fall in der Umgebung der N-Methylgruppe zu beobachten Dies laumlsst darauf schlieszligen
dass sich nur dieser Molekuumllteil nahe der Methylgruppe voumlllig in der Kavitaumlt befindet aber
nicht das gesamte Molekuumll Im Gegensatz dazu ist das N-Methylpyraziniumiodid 50 klein
genug um in die Kavitaumlt zu passen Dies zeigt die mit der Bisphosphonat-Klammer 10
uumlbereinstimmende Bindungskonstante[75] Das Kosower-Salz 49 zeigt beim
Bindungsexperiment eine starke Verbreiterung der Signale wodurch die Bestimmung der
Bindungskonstante nicht moumlglich war Die beobachtete Aumlnderung der chemischen
Verschiebung deutet jedoch darauf hin dass auch das Kosower-Salz 49 in der Pinzette
eingeschlossen wird
N+
N
CH3I- 174
127
H N+
O O
I- 095
011
014
HN+
CH3
NH2
O
H
HH
H
258
187266
055100
51Ka = 1776 M-1 plusmn 15
50Ka = 12000 M-1 plusmn 28
I-
49
Abbildung 241 Ergebnisse der Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Salzen und N-Methylpyraziniumiodid 50 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werten mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen
Aufgrund ihrer biologischen Bedeutung wurden bei den Bindungsexperimenten mit der
Pinzette der Schwerpunkt auf die Untersuchung von Ammonium-Salzen gelegt
Erste Experimente mit Benzylaminhydrochlorid 77 und n-Propylaminhydrochlorid 78 zeigten
fuumlr die Komplexierung in der Bisphosphonat-Pinzette 11 zwar sehr groszlige ∆δsat-Werte aber
die korrespondierenden Bindungskonstanten waren geringer als erwartet (Abb 241) Die
Bindung in Methanol scheint dagegen eine houmlhere Bindungskonstante als in Wasser zu
besitzen Dieser Effekt koumlnnte auf den houmlheren Beitrag der Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und dem Gast in dem unpolareren Loumlsungsmittel Methanol sowie auf den
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 58
geringeren Aufwand der betrieben werden muss um das Ammoniumkation zu
desolvatisieren zuruumlckzufuumlhren zu sein Die Bindungskonstanten des Adrenalins 79 und der
Adrenalinvorlaumlufer Noradrenalin 80 und Dopamin 81 sind im Vergleich zu den einfacheren
Aminen Benzylamin 77 und n-Propylamin 78 vermutlich aufgrund des houmlheren sterischen
Anspruchs noch ein wenig niedriger Damit liegen die Bindungskonstanten deutlich unter der
eines bereits bekannten makrozyklischen Adrenalin-Rezeptors auf Bisphosphonat-Basis[136]
Allerdings zeigen diese Experimente dass die Kavitaumlt der Pinzette ausschlaggebend fuumlr die
Bindung ist da einfache aromatische Bisphosphonate Adrenalin zwar in unpolaren
aprotischen Loumlsungsmitteln binden koumlnnen jedoch nicht in Wasser[67 137 138] Dies bedeutet
dass in waumlssriger Loumlsung π-Kation-Wechselwirkungen sowie der hydrophobe Effekt welche
die Kavitaumlt hier besonders auszeichnen zur Komplexierung gebraucht werden
Die Reihe Adrenalin 79 Noradrenalin 80 und Dopamin 81 zeigt anhand der ∆δsat-Werte
deutlich dass ein sterisch weniger anspruchsvoller Gast tiefer in die Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Pinzette 11 hineinragt Waumlhrend beim Dopamin 81 die ∆δsat-Werte deutlich
zeigen dass der Benzol-Ring teilweise noch in die Kavitaumlt hineinragt fungiert beim
Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 die Hydroxy-Gruppe als bdquoStopperldquo Die Protonen des
Benzol-Ringes von Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 zeigen keine Aumlnderung der chemischen
Verschiebung Das Propanolol 82 verhaumllt sich in methanolischer Loumlsung aumlhnlich ndash in
waumlssriger Loumlsung faumlllt der Komplex dagegen als Niederschlag aus
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 59
NH3ClNH3Cl
OHOH
OHNH2Cl
HO
ClH2N
OHOH
OHNH3Cl
OHOH
NH3Cl
H
82Ka = 1361 M-1 plusmn 6
151
265
264
188345201
202
215
055
090057
217 267
77Ka = 115 M-1 plusmn 45
78Ka = 890 M-1 plusmn 11 Ka = 1680 M-1 plusmn 7
79Ka = 390 M-1 plusmn 9
80Ka = 184 M-1 plusmn 22
81Ka = 984 M-1 plusmn 13
Abbildung 242 Ergebnisse der ersten Bindungsuntersuchungen mit Ammonium-Salzen Die Werte mit einem sind fuumlr die Bindung in Methanol
Die deutliche Tendenz bezuumlglich der Groumlszlige von Gaumlsten die von den ∆δsat-Werten angedeutet
wird spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen der Komplexe wieder auch
wenn hier die Unterschiede nicht so eindeutig sind (Abb 243) Im Falle des Dopamin-
Komplexes befindet sich die kurze Alkylkette groumlszligtenteils in der Kavitaumlt und auch der
Benzol-Ring befindet sich nahe an der Kavitaumlt Beim Noradrenalin 80 ist der Benzol-Ring
zwar weiter von der Kavitaumlt entfernt aber die Hydroxy-Gruppe befindet sich groumlszligtenteils
innerhalb der Kavitaumlt In diesem Fall ist es fraglich ob das Ergebnis als zuverlaumlssig betrachtet
werden kann Dieses Ergebnis laumlsst vermuten dass die beiden Wasserstoff-Bruumlcken in
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 60
Wirklichkeit nicht so wichtig fuumlr die Bindung sind wie die berechneten Strukturen vermuten
lassen Die berechnete Struktur fuumlr die Bindung von Adrenalin 79 scheint dem tatsaumlchlichen
Bindungsmodus naumlher zu kommen Der Benzol-Ring ist hierbei noch weiter von der Kavitaumlt
entfernt angeordnet und die Hydroxy-Gruppe befindet sich nicht in der Kavitaumlt Sekundaumlre
Amine wie Adrenalin 79 oder Propanolol 82 werden auch gebunden aber vermutlich wegen
ihres erhoumlhten sterischen Anspruchs weniger schlecht als die primaumlren Aminen
Abbildung 2 43 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Dopamin 81 (Links) Noradrenalin 80 (Mitte) und Adrenalin 79 (Rechts) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 H2O 2000 Schritte)
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren
Biologische Bedeutung von Lysin und Arginin
Lysin und Arginin sind neben ihrer Funktion als Bausteine von Proteinen von fundamentaler
Bedeutung in vielen biologischen Prozessen
bull Proteine die proteosomisch abgebaut werden sollen werden an deren Lysin-Resten
ubiquitinyliert (Kiss of death)[139]
bull Histone werden spezifisch am Lysin-ε-Stickstoffatom acetyliert und deacetyliert um
die Transkription zu aktivieren oder zu unterdruumlcken[140]
bull Lysin ist ein bestimmender Faktor bei der Phosphorylierung von Mannose von
lysomalen Proteinen[141]
bull Der interzellulaumlre Vesikel-Transport wird uumlber Dilysin-Einheiten in Transport-
Proteinen reguliert[142]
bull Das Antibiotikum Vancomycin erkennt die Lys-D-Ala-D-Ala-Sequenz ein wichtiger
Bestandteil der bakteriellen Zellwand[143]
bull Das Signalpeptid KTTKS aktiviert die Regeneration des Kollagens bei beschaumldigten
Zellen Dies ist eine wichtige Erkenntnis fuumlr die anti aging Technologie[144]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 61
bull Die Mitte der Sequenz KKLVFF im Aβ Protein ist die Stelle fuumlr Nukleasen an der die
Aggregation und die darausfolgende Bildung von Plaques anfaumlngt Diese verursachen
wahrscheinlich die Alzheimerrsquosche Krankheit[145]
bull Die RNA-Erkennungsprozesse welche die Transkription kontrollieren beruhen oft
auf einer Komplexbildung mit argininreichen Proteinen wie zB das tat oder Rev
Protein[146]
bull Der RGD-Sequenz ist von essentieller Bedeutung fuumlr die Interaktion von Integrinen
mit Zellen[147 148]
bull Octaarginin-Tags ermoumlglichen es Medikamente die bis zu 100 mal groumlszliger sind als sie
selbst durch die Membran zu transportieren[149]
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung von Arginin und Lysin sind kuumlnstliche
Rezeptoren fuumlr diese Aminosaumluren von besonderem Interesse Bislang sind Lysin-Rezeptoren
auf der Basis von Kronenethern[150 151] dreiarmigen Benzoltrioxazolinen oder auch Calix[4]-
und [5]-arenen bekannt In waumlssriger Loumlsung sind diese Systeme allerdings meist nicht sehr
effektiv[152 153] Mittels einer Anordnung von Carboxylaten uumlber einem aromatischem System
ist die Bindung von Lysin und Arginin uumlber Salzbruumlcken in gepufferter waumlssriger Loumlsung
moumlglich[154]
Die bislang besten Arginin-Rezeptoren sind die von Dougherty et al entwickelten
polyanionischen Cyclophane[155] Die Bindung von Arginin beruht in diesem Fall fast
ausschlieszliglich auf der π-Kation-Wechselwirkung Dagegen basiert die Komplexierung von
Arginin durch die Rezeptoren von Bell et al hauptsaumlchlich auf ionischen Wasserstoffbruumlcken
Diese Rezeptoren werden auch als bdquopolyaromatisches hexagonales Gitterldquo bezeichnet[156 157]
Daneben gibt es einige schwaumlchere Rezeptoren auf Phosphonat- und Sulfonat-Basis[158]
Arginin-Rezeptoren auf Xylylen-Bisphosphonat-Basis sind gute Rezeptoren in polaren
aprotischen Loumlsungsmitteln wo sie das Arginin uumlber eine Kombination aus
Wasserstoffbruumlcken und π-Kation-Wechselwirkungen binden[159] Der erste Rezeptor fuumlr die
RGD-Sequenz nutzt ebenfalls diese Xylyen-Bisphosponat-Einheit zur Erkennung des
Arginin-Restes[160] Eine weitere leistungsfaumlhige Alternative stellt die Bindung von Arginin
mit hochselektiven RNA-Aptamere dar Diese wurde durch in vitro Evolution erhalten[161]
Bindungsexperimente
Ein erstes Bindungsexperiment zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette zeigte eine starke Hochfeldverschiebung sowie eine deutliche
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 62
Verbreiterung der Lysin-Seitenketten-Signale Die Titration in Wasser ergab eine starke
Bindung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Abb 244) Auch bei
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 traten im Bindungsexperiment starke
Hochfeldverschiebungen und Verbreiterungen der Signale auf Das
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 wird ebenfalls stark von der Bisphosphonat-Pinzette
11 gebunden aber schwaumlcher als Lysin In beiden Faumlllen konnten extrem groszlige
Hochfeldshifts an allen Kohlenstoffatomen der Seitenkette beobachtet werden Lediglich die
Protonen der Schutzgruppen zeigten keinen Shift oder wenn dann nur einen geringen
Tieffeldshift
Auch in 25 mM Natriumphosphatpuffer (pH 7 in D2O) bindet die Bisphosphonat-Pinzette
noch Acetyllysinmethylester 83 und Tosylargininmethylester 84 Boc-
Histidinmethylesterhydrochlorid 85 wird deutlich schwaumlcher gebunden (Aufgrund einer
moumlglichen Protonenuumlbertragung vom Imidazoliumion auf die Phosphonate wurden keine
Experimente in reinem Wasser durchgefuumlhrt)
HN
O
O
H2C
NH2
O HCl
057036
157145
HN
O
O
H2C
O
O
NH
N
065079
376
S
HN
O
O
CH2
NH
NHH2NHCl
OO
100068
409329154147
85
Ka = 690 M-1 plusmn 15
84Ka = 7843 M-1 plusmn 25 Ka = 1802 M-1 plusmn 40
83Ka = 23010 M-1 plusmn 18 Ka = 4339 M-1 plusmn 22
Abbildung 244 Ergebnisse der Bindungsstudien mit basischen Aminosaumluren Die Ergebnisse mit einem sind fuumlr Experimente in 25 mM Natriumphosphat-Puffer pH 7 in D2O
Mit anderen nichtbasischen Aminosaumluren zeigte die Bisphosphonat-Pinzette 11 in gepufferter
Loumlsung keine Wechselwirkung (Abb 245)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 63
Abbildung 245 Selektivitaumltsuumlbersicht der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber verschiedenen Aminosaumluren in gepufferten waumlssrigen Loumlsungen (Natriumphosphat pH 7 25 mM) Aufgrund des Fehlens jeglicher Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen der nichtbasischen Aminosaumluren wurde die Bindungskonstante auf 5 M-1 geschaumltzt
Dass die Alkylketten-Protonen des Lysins und des Arginins teilweise ∆δmax-Werte von uumlber
3 ppm zeigten ist ein deutlicher Hinweis darauf dass sie sich bei der Bindung in der Kavitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 befinden muumlssen Im Falle des Lysins zeigten nicht nur die δ-
C- und ε-C-Protonen hohe Shifts sondern auch das α-C-Proton sowie die β-C- und γ-C-
Protonen wenn auch im geringerem Maszlig (Abb 247) Beim Arginin konnte Vergleichbares
beobachtet werden Wahrscheinlich befindet sich nicht das Ammoniumkation bzw
Guanidinumkation in der Kavitaumlt sondern vor allem die Alkylkette (Abb 246) Es wird ein
Pseudorotaxan gebildet wobei die N- und C- Schutzgruppen auf der einen Seite und das
Kation auf der andere Seite als Stopper dienen Vergleichbare Pseudorotaxane entstehen auch
bei der Pinzette mit Naphthalin-Spacer mit (dendritischen) Viologen-Gaumlsten und konnten
beobachtet werden[52 162] Auszligerdem wurde eine vergleichbare Anordnung auch bei der
Bindung von Alkylammoniumsalzen durch Cucurbituril-Rezeptoren beobachtet[163]
Abbildung 246 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte) und Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 (Rechts MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 Die Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
0
1000
2000
3000
4000
5000
Lys Arg His Asp Ser Thr Phe Leu Val Ala Gly
Ka [M-1]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 64
Diese vorgeschlagene Struktur wurde von zusaumltzlichen Experimenten unterstuumltzt In einem
NOESY-Experiment mit einer Loumlsung aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette 11 wurden NOE-Kontakte zwischen den Methylestern sowie der
Acetyl-Gruppe und den Bruumlckenkoumlpfen der Bisphosphonat-Pinzette 11 beobachtet (Abb
247) Diese Kontakte koumlnnen nur auftreten wenn das Lysin wie ein Rotaxan gebunden wird
Die Bindung ist so stark dass sich an den Signalen der aromatischen Protonen der
Bisphosphonat-Pinzette 11 eine Aufspaltung erkennen laumlsst Es findet ein Chiralitaumltstransfer
statt wodurch die beiden Seiten der Pinzette nicht mehr magnetisch aumlquivalent sind
Abbildung 247 Beobachtete NOE-Kontakte zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der Bisphosphonat-Pinzette 11 Am Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 sind die ∆δsat-Werte der Protonen vermerkt
Beim Erwaumlrmen auf 95 degC eines 11-Gemisches aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83
und der Bisphosphonat-Pinzette 11 in Wasser konnte beobachtet werden dass Signale die bei
Raumtemperatur noch breit waren wieder schaumlrfer wurden Dies bedeutet dass bei
Raumtemperatur die Rotation des Gastes in der Kavitaumlt eingeschraumlnkt wird
Diese Beobachtungen deuten daraufhin dass die Inklusion der Seitenketten der Aminosaumluren
in der Kavitaumlt zu starken Van-der-Waals-Wechselwirkungen fuumlhrt unterstuumltzt von
elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem kationischen
Aminosaumlure-Rest Dieser Bindungsmodus bietet eine gute Erklaumlrung fuumlr die erhoumlhte Affinitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber Lysin und Arginin Mit den oben dargelegte
Bindungskonstanten gehoumlrt die Bisphosphonat-Pinzette 11 zu den besten Rezeptoren fuumlr
basische Aminosaumluren die bis heute bekannt sind Lediglich die oben beschriebenen RNA-
Aptamere erreichen in Puffer eine Bindungskonstante von 13000 M-1[161] Bis heute sind keine
Rezeptoren bekannt die eine so hohe Affinitaumlt fuumlr Lysin besitzen wie die Bisphosphonat-
Pinzette Der von Bell et al beschriebene selektive Lysin-Rezeptor mit einer
Bindungskonstante gt 105 M-1 in Methanol zeigt in Wasser eine sehr starke Aggregation[157]
HN NH3+
O
OH3C
OCH3
H
H
H
H
H05
14
14
gt 30
gt 40O
POCH3
-O PO-CH3
O
H
H
H
H
NOESY
HHH
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 65
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
Um das Gastprofil zu erweitern wurden kurze arginin- und lysinhaltige Peptidsequenzen von
biologischer Bedeutung auf ihre Bindungseigenschaften in der Bisphosphonat-Pinzette 11
uumlberpruumlft Die beiden argininhaltigen Peptide RGD 86 und GRGG 87 werden beide in
neutralen gepufferten waumlssrigen Loumlsungen mit hohen Bindungskonstanten an die
Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb 248)
86RGD Ka = 986 M-1 plusmn 10 RGD Ka = 1175 M-1 plusmn 16
H2NNH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
HN
NH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
87GRGG Ka = 861 M-1 plusmn 12
206
746
221458341
088092
202150
Abbildung 248 Bindungsexperimente mit argininhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte gelten fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( reines D2O)
Auch die lysinhaltigen Peptide KAA 88 KTTK 89 KTTKS 90 und KKLVFF 91 werden in
neutraler gepufferter waumlssriger Loumlsung an die Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb
249) Die Bindungskonstanten liegen wie schon bei den einzelnen Aminosaumluren uumlber denen
der argininhaltigen Derivate Peptide die zwei Lysine enthalten werden sogar deutlich besser
gebunden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 66
H2NNH
O
NH2
HN
OOH
OH
CH3COOH
KAA 88 Ka = 1179 M-1 plusmn 11
103
029
H2NNH
O
NH2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
KKLVFF 91 Ka = 37800 M-1 plusmn 33
014
014 012
012
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
NH2
H
H
KTTK 89 Ka = 5512 M-1 plusmn 32 (21)
041
041
042
042
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
NH2
H
H
OH
O
OH
039
039
262
262
KTTKS 90 Ka = 4152 M-1 plusmn 29 (21)
Abbildung 249 Bindungsexperimente mit lysinhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte sind fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11) Die ∆δsat-Werte sind an den Protonen vermerkt
Die Werte fuumlr ∆δsat sowie das Fehlen von Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen in den
anderen Aminosaumluren deuten daraufhin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen
Aminosaumluren vergleichbar ist Die fuumlr RGD 86 im Molecular Modelling erhaltene Struktur
zeigt jedoch dass sich die Guanidinium-Einheit in der Mitte der Kavitaumlt befindet (Abb 250)
Allerdings wird vom N-Terminus zum Phosphonat eine Wasserstoffbruumlcke ausgebildet die
diese Anordnung zumindestens im Modelling energetisch guumlnstiger erscheinen laumlsst Die
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 67
chemischen Verschiebungen im Komplex deuten dagegen darauf hin dass eine Rotaxan-
aumlhnliche Anordnung wahrscheinlicher ist
Abbildung 250 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von RGD 86 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte)
Im Fall von KTTK 89 und KTTKS 90 liegen die Bindungskonstanten uumlber denen der Peptide
die ein Lysin oder ein Arginin enthalten Dies duumlrfte darauf zuruumlckzufuumlhren sein dass in
diesen Peptiden zwei Bindungsstellen angeboten werden Der Job-Plot bestaumltigt dass es sich
in diesem Fall um einen 21 Komplex handelt Die chemischen Verschiebungen deuten auch
hier darauf hin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen Aminosaumluren vergleichbar
ist Diese Annahme wird von einer Molecular Modelling Untersuchung unterstuumltzt
(Abb 251) Diese Untersuchung zeigt zusaumltzlich dass wenn sich zwei Lysin-Reste nicht
direkt nebeneinander befinden ein 21 Komplex moumlglich ist ohne dass sich zwei
Bisphosphonat-Pinzetten dabei gegenseitig behindern Zusaumltzlich zu den Van-der-Waals-
Wechselwirkungen koumlnnen in diesem Komplex einige Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und Amonium-Kationen des Peptids ausgebildet werden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 68
Abbildung 251 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KTTKS 90 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 OPLS-AA H2O 10000 Schritte)
KKLVFF 91 konnte aufgrund der geringen Loumlslichkeit nicht in waumlssrigem Puffer untersucht
werden In 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11 zeigt sich eine
sehr groszlige Bindungskonstante gepaart mit geringen Aumlnderungen der chemischen
Verschiebung Zwei N-terminale Lysin-Reste bevorzugen in D2O Methanol-d4 = 11
anscheinend eine Art Cluster mit dem Bisphosphonat der durch Coulomb-Wechselwirkungen
zusammengehalten wird
Abbildung 252 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KKLVFF 91 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 10000 Schritte)
236 Einfluss von dipolaren aprotischen Kosolventien
Durch Zugabe von 1000 Aumlquivalenten eines dipolar aprotischen Loumlsungsmittels wie DMSO
oder Acetonitril kann die Bindung von Gaumlsten ruumlckgaumlngig gemacht werden Die chemischen
Verschiebungen des Gastes kehren nach der Zugabe des Loumlsungsmittels komplett zu ihren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 69
Ausgangswerten zuruumlck Diese Loumlsungsmittel konkurrieren offensichtlich mit dem Gast bei
der Komplexierung und verdraumlngen den Gast aus der apolaren Kavitaumlt Ein aumlhnlicher Effekt
konnte bereits an der festen Phase mit immobilizierten Pinzetten beobachtet werden[63]
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette)
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt ein breites Gastprofil N-Alkylierte Pyridinium-Salze
werden stark in der Pinzette gebunden Allerdings werden nur para-substituierte
Verbindungen stark gebunden Wird das Substitutionsmuster geaumlndert findet kein effektiver
Einschluss in der Kavitaumlt mehr statt Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass die
Kavitaumlt der Pinzette im Gegensatz zur Kavitaumlt der Klammer nach unten abgeschirmt ist
Im Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer bindet die Bisphosphonat-Pinzette 11 auch
Ammonium-Kationen Die Bindungskonstante korreliert mit dem sterischen Anspruch der
Substituenten Je sperriger die Substituenten sind desto niedriger wird die
Bindungskonstante Die bestimmten ∆δsat-Werte bestaumltigen diese Vermutung da in der Naumlhe
der Substituenten in der Regel keine oder nur sehr kleine Shifts beobachtet wurden Es
werden sowohl primaumlre als auch sekundaumlre Amine gebunden wobei jedoch primaumlre Amine
vermutlich aufgrund ihres geringeren sterischen Anspruch besser gebunden werden
Interessanterweise werden die basischen Aminosaumluren Arginin und Lysin erheblich besser
gebunden (bis zu 20000 M-1 im Vergleich zu 800 M-1 fuumlr einfache Amine) Die
Untersuchungen haben ergeben dass dies vermutlich auf die Ausbildung einer
Pseudorotaxan-aumlhnlichen Struktur zuruumlckzufuumlhren ist Die Aminosaumlure-Seitenkette wird
durch die Kavitaumlt gefaumldelt das Ammonium-Kation und die N- und C-terminalen
Schutzgruppen dienen als Stopper Das Ammonium-Kation wird zusaumltzlich von einer
Wasserstoff-Bruumlcke zum Phosphonat fixiert waumlhrend die Alkylkette starke Coulomb-
Wechselwirkungen eingehen kann Die Bindung bleibt auch in gepufferter Loumlsung erhalten
Durch Versuche mit Modellpeptiden konnte gezeigt werden dass die basischen Aminosaumluren
auch in peptidischer Umgebung gebunden werden und vor allem dass andere Aminosaumluren
nicht gebunden werden Zwei weitere interessante Beobachtungen wurden dabei gemacht
Wenn zwei Lysin-Reste im Peptid vorhanden sind die durch weitere Aminosaumluren
voneinander getrennt sind koumlnnen beide einzeln von Bisphosphonat-Pinzetten gebunden
werden (21-Komplex) Bei der Betrachtung von KKLVFF 91 in einem Wasser Methanol-
Gemisch fiel jedoch auf dass in diesem Fall die Ausbildung eines Clusters mit den
Bisphosphonaten bevorzugt wird In diesem Fall ist es anscheinend guumlnstiger
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 70
Wasserstoffbruumlcken von den Ammonium-Kationen zu den Bisphosphonaten auszubilden
anstatt die Lysin-Seitenketten in der Kavitaumlt einzuschlieszligen
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 241 Einleitung
Als einzige physikalische Messmethode bietet die isothermale Titrationskalorimetrie (ITC)
die Moumlglichkeit die globalen thermodynamischen Groumlszligen ∆Hdeg ∆Gdeg ∆Sdeg sowie die
Bindungskonstante Ka und die Stoumlchiometrie n eines Komplexes in einem einzigen
Experiment zu bestimmen Wenn bei verschiedenen Temperaturen gemessen wird kann sogar
die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt bestimmt werden[164-167]
In einem ITC-Experiment wird die Energetik einer Komplexierung bei konstanter Temperatur
gemessen Das Ziel dabei ist es eine Kurve zu erhalten die die Saumlttigung des Wirtes in Bezug
auf die Konzentration des zu bindenden Gastes wiedergibt die sogenannte
Bindungsisotherme[168 169]
Fuumlr eine Messung werden kleine Mengen des Gastes mit Hilfe einer computergesteuerten
Spritze in eine Loumlsung des Wirtes welche in der Messzelle vorgelegt wird titriert Bei der
Injektion wird vom System Waumlrme aufgenommen (endotherme Reaktion) oder abgegeben
(exotherme Reaktion) Diese Waumlrme wird im Vergleich zu der nur mit Loumlsungsmittel
gefuumlllten Referenzzelle gemessen Beide Zellen befinden sich in einer adiabatischen Huumllle
und werden unabhaumlngig voneinander mit Heizelementen geheizt Thermoelemente messen die
Temperaturdifferenz zwischen den beiden Zellen einerseits und den Zellen und dem
adiabatischen Schild andererseits Sie sorgen dafuumlr dass die Temperaturdifferenz zwischen
den beiden Zellen moumlglichst gering ist (Abb 253)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 71
Abbildung 253 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
Gemessen wird letztendlich der Unterschied der Heizleistung die gebraucht wird um beide
Zellen auf der gleichen (voreingestellten) Temperatur zu halten Das Detektionslimit des
Geraumltes liegt bei ca 05 microcal (ca 2 microJ) und entspricht etwa einer Temperaturaumlnderung in der
Messzelle von 10-6 K Eine Messung kann dann als ausreichend aufgeloumlst betrachtet werden
wenn die gemessene Signalhoumlhe mindestens 01 microcals (ca 04 microJs) betraumlgt[170]
242 Theoretische Grundlagen
Fuumlr die Bildung eines Komplexes (WG) aus Gast (G) und Wirt (W) gilt das
Massenwirkungsgesetz
[ ][ ][ ]GW
WGKa = (Gleichung 21)
Die Gesamtkonzentration des Wirtes [W]tot und des Gastes [G]tot sind wie folgt definiert
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
Spritzenstempel
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 72
[ ] [ ] [ ]WGGG tot += (Gleichung 22)
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ]GK
WGWGWWGWa
tot +=+= (Gleichung 23)
Nach Aufloumlsen der Gleichung 22 nach [G] und einsetzen in Gleichung 23 wird die folgende
quadratische Gleichung erhalten
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 012 =+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minusminusminus+ tottot
Atottot GW
KGWWGWG (Gleichung 24)
Durch ziehen der Wurzel ergibt sich aus Gleichung 24 folgende Loumlsung fuumlr die
Konzentration des Wirt-Gast-Komplexes
[ ]2
42 abbWG
minusminusminus= (Gleichung 25)
mit
[ ] [ ]A
tottot KGWb 1
minusminusminus= (Gleichung 26)
und
[ ] [ ] tottot GWa = (Gleichung 27)
Nach Ableitung von Gleichung 25 nach der Gesamtkonzentration des Gastes [G]tot ergibt sich
nach Umformen der erhaltenen Gleichung folgender Ausdruck
[ ][ ] ( ) ( ) 22 112
2211
21
rrXX
Xr
GdWGd
rr
r
tot ++minusminus
minus+
minus+= (Gleichung 28)
mit
[ ] totA WKr 1
= (Gleichung 29)
und
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 73
[ ][ ] tot
totr W
GX = (Gleichung 210)
In einem Titrationsexperiment werden kleine Volumina der Gastloumlsung in die Messzelle mit
der Wirtloumlsung eingespritzt Bei der Einspritzung wird eine bestimmte Waumlrme Q freigesetzt
oder absorbiert Ziel ist es einen Ausdruck fuumlr die Waumlrmemenge Q im Zusammenhang mit
den Konzentrationen der vorliegenden Reaktionspartner in der Messzelle zu finden Dabei
haumlngt Q ab von
1) dem Zellvolumen V
2) den Konzentrationen der Reaktionspartner in der Messzelle
3) der Molaren Bindungsenthalpie ∆Hdeg
4) der Stoumlchiometrie
5) der Menge des eingespritzten Gastes
Wird beruumlcksichtigt dass mit der Abnahme an unkomplexiertem Wirt die freigesetzte
Waumlrmemenge Q verringert wird ergibt sich die nachfolgende Gleichung 211 Die Aumlnderung
d[WG] der Konzentration [WG] ist somit proportional zur Aumlnderung dQ der Waumlrmemenge Q
[ ] VHWGddQ sdotdeg∆sdot= (Gleichung 211)
Der Term d[WG] beruumlcksichtigt somit die Konzentrationen der Reaktionspartner in der
Messzelle die Stoumlchiometrie und die Menge des eingespritzten Gastes von denen die
Waumlrmemenge Q abhaumlngig ist
Durch Einsetzen von Gleichung 28 in Gleichung 211 ergibt sich fuumlr eine Bindungsreaktion
zwischen einem Wirt und einem Gast im Verhaumlltnis 11 folgende Gleichung
[ ] ( ) ( ) ⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
++minusminus
minus+
minus+deg∆=sdot
22 11222
11
211
rrXX
Xr
HGddQ
Vrr
r
tot
(Gleichung 212)
Waumlhrend einer Messung wird die differenzielle Waumlrme [ ] totGddQ bestimmt Dieser Wert
haumlngt nicht von der absoluten Konzentration des Wirtes [W]tot in der Messzelle ab
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 74
In Abb 254 sind Bindungskurven dargestellt die nach Gleichung 212 simuliert wurden Um
die Kurven besser beschreiben zu koumlnnen wird der Parameter c eingefuumlhrt der reziprok zum
Wert r aus der Gleichung 29 ist
[ ] totA WKr
c ==1 (Gleichung 213)
Liegt eine sehr starke Bindung (c = infin) eines Gastes an einem Wirt vor werden alle Molekuumlle
des Gastes sofort gebunden bis die Saumlttigung des Wirtes eintritt dh bis alle Bindungsstellen
besetzt sind Als Bindungskurve ergibt sich dann eine Stufenfunktion mit der Houmlhe ∆Hdeg
∆Hdeg
001
1
5
40500
infin
1 20
05
[ ] [ ] tottot WG
Abbildung 254 Simulierte Bindungsisotherme fuumlr eine endotherme Reaktion nach Gleichung 212 fuumlr verschiedene Parameter c = KA [W]tot Die verschiedenen Werte fuumlr c sind in der Abbildung dargestellt
Fuumlr eine relativ starke Bindung mit c = 10 - 500 wird aus der Stufenkurve eine sigmoidale
Kurve deren Verlauf stark von dem Parameter c abhaumlngt Schwache Bindungen ergeben
dagegen fast horizontale Bindungskurven (c lt 5)
Der c-Wert ist ein hilfreiches Werkzeug um Konzentrationen fuumlr Bindungsexperimente
abschaumltzen zu koumlnnen Ist bereits uumlber eine andere Methode eine Bindungskonstante bekannt
so kann leicht der optimale Konzentrationsbereich fuumlr eine Messung abgeschaumltzt werden Die
Konzentration der Komponente in der Spritze sollte das 12- bis 15-fache der Konzentration in
der Messzelle betragen Ist keine Bindungskonstante bekannt so kann die Konzentration
anhand Abb 254 nachtraumlglich geaumlndert werden falls die Messkurve noch nicht dem
gewuumlnschten sigmoidalen Kurvenverlauf entspricht[171 172]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 75
Wie oben beschrieben wird der Heizstrom der zum Erwaumlrmen der Messzelle gebraucht wird
gemessen Das Messsignal wird angegeben in microcals gegen die Zeit aufgetragen Es resultiert
eine Kurve wie sie in der oberen Haumllfte von Abbildung 255 dargestellt ist Eine Integration
der oberen Kurve uumlber die Zeit ergibt die untere Kurve
Abbildung 255 Eine typische ITC-Messung Die obere Haumllfte zeigt das Messergebnis dabei steht jeder Peak fuumlr eine Injektion Die untere Kurve entsteht durch Integration der oberen Kurve
Die Berechnung der Kurve erfolgt vollautomatisch mit Hilfe eines Rechners und der
entsprechenden Software Anhand einer mathematischen Anpassungsfunktion
(Gleichung 212) die eine Levenberg-Marquardt Iteration verwendet um den sigmoidalen
Kurvenverlauf zu erhalten wird die Kurve an die erhaltenen Messpunkte angepasst Aus dem
Kurvenverlauf berechnet sich der Wert der Bindungskonstante KA die Stoumlchiometrie der
Reaktion und die Enthalpie ∆Hdeg als gesamte Waumlrmetoumlnung der Reaktion Die freie Enthalpie
∆Gdeg und die Entropie ∆Sdeg koumlnnen anschlieszligend daraus uumlber Gleichung 214 und 215
berechnet werden (Abb 256)[170 171 173]
aKRTG lnminus=deg∆ (Gleichung 214)
deg∆minusdeg∆=deg∆ STHG (Gleichung 215
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 76
Abbildung 256 Ein Beispiel fuumlr eine typische ITC Messung Die durchgezogene Kurve repraumlsentiert das Ergebnis der Kurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate Der Achsenabschnitt auf der Ordinate ergibt die Bindungsenthalpie ∆Hdeg aus dem Kurvenverlauf laumlsst sich die Bindungskonstante KA und damit auch die Freie Bindungsenthalpie ∆Gdeg bestimmen[171]
Bei der Bestimmung von ∆Hdeg sollte beruumlcksichtigt werden dass das ∆Hdeg welches aus der
Messung erhalten wird die Waumlrmeentwicklung aller bei der Komplexierung auftretender
Effekte enthaumllt So koumlnnen bei der Komplexierung zB auch Protonenuumlbertragungen
stattfinden die ebenfalls Waumlrmeentwicklung erzeugen Diese Waumlrmeentwicklung sollte bei
der Auswertung beruumlcksichtigt werden[174]
Die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt kann bestimmt werden indem uumlber einen groumlszligeren
Temperaturbereich mehrere Messungen durchgefuumlhrt werden Dabei wird die Aumlnderung der
Waumlrmekapazitaumlt erhalten indem die Bindungsenthalpie bei mehreren Temperaturen bestimmt
wird und gegen die Temperatur aufgetragen wird Aus der Steigung des Graphen kann ∆Cp
nach folgender Gleichung bestimmt werden[166 167 169]
12
1T2Tp TT
HHCminus
deg∆minusdeg∆=∆ (Gleichung 216)
00 05 10 15 20 25-30
-25
-20
-15
-10
-05
00
Molares Verhaumlltnis
kcal
mol
pro
Inje
ktio
n
∆Gdeg
Stoumlchiometrie
∆Hdeg
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 77
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Titration von Thiamin 75 zu einer Loumlsung der Bisphosphonat-Klammer 24 ergab die in
Abb 257 abgebildet Titrationskurve
Titration von 75 zu 24 ∆Hdeg -2312 plusmn 024 kJmol Ka 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 M-1
n 0774 plusmn 0006 -T∆Sdeg -093 kJmol
Abbildung 257 Ergebnisse der ITC Messung von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Messungen zeigen eine gute Uumlbereinstimmung mit dem aus NMR-Titrationen enthaltenen
Ergebnis Die Stoumlchiometrie erreicht annaumlhernd eine 11 Stoumlchiometrie Die Abweichung ist
zum Teil auf die stark hygroskopische Natur des Bisphosphonates 24 zuruumlckzufuumlhren Die
Bindung ist nahezu ausschlieszliglich enthalpisch getrieben der Beitrag der Entropie ist
vernachlaumlssigbar klein Im Gegensatz dazu konnte in Messungen von NAD+ an die
Bisphosphonat-Klammer 10 ein erheblicher entropischer Anteil beobachtet werden[75] Diese
Ergebnisse deuten auf einen starken Beitrag von π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175]
sowie auf den nicht-klassischen hydrophoben Effekt hin[10]
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 78
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Die Titration von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
ergab die in Abb 258 abgebildete Titrationskurve
Titration von 83 zu 11 ∆Hdeg -2641 plusmn 016 kJmol Ka 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 M-1
n 0735 plusmn 0003 -T∆Sdeg -235 kJmol
Abbildung 258 Ergebnis der ITC-Messung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Auch die Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigen eine gute Uumlbereinstimmung
mit den Ergebnissen aus den NMR-Titrationen Wie bei der Bisphosphonat-Klammer 24 ist
auch hier die Abweichung der Stoumlchiometrie vermutlich auf den hohen hygroskopischen
Charakter des Bisphosphonates zuruumlckzufuumlhren Wie bereits bei der Bisphosphonat-Klammer
24 beobachtet wurde ist auch hier der Beitrag der Entropie zur Bindung klein Entsprechend
werden auch in diesem Fall die π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175] sowie der nicht-
klassische Hydrophobe Effekt[10] die entscheidenden Wechselwirkungen bei der
Komplexierung sein Diese Ergebnisse unterstuumltzen den oben beschriebenen Bindungsmodus
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
3 Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthese der Bisphosphonat-Klammer modifiziert so
dass nicht laumlnger das Tetrabutylammonium-Salz aus der Synthese erhalten wird sondern das
Lithium-Salz Dies hat den Vorteil dass das Endprodukt nicht laumlnger mit geringen Mengen
Kieselgel verunreinigt ist Viel wichtiger ist jedoch die Tatsache dass Lithium als Gegenion
im Gegensatz zu Tetrabutylammonium nicht in der Kavitaumlt der Klammer gebunden wird und
so nicht in Konkurrenz zu den Gaumlsten tritt Parallel dazu gelang es erstmals die Pinzette 11
mit Bisphosphonat-Einheiten herzustellen und dadurch wasserloumlslich zu machen Sowohl die
Bisphosphonat-Klammer 24 als auch die Bisphosphonat-Pinzette 11 werden
syntheseoumlkonomisch modular aus der gleichen Spacer-Einheit 14 aufgebaut
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
Abbildung 31 Die in dieser Arbeit synthetisierten Bisphosphonat-Klammern 10 (Gegenion Tetrabutylammonium) und 24 (Gegenion Lithium links) und Bisphosphonat-Pinzette 11 (rechts)
Im Falle der Bisphosphonat-Klammer wurde die bereits bekannte Bindung von NAD+ 52
naumlher untersucht Die Bindung des NAD+ 52 beruht auf Kation-π- und π-π-Wechselwirkungen
in Kombination mit hydrophoben Effekten und elektrostatischen Wechselwirkungen Da
theoretisch zwei Bindungsmoden bei der Bindung von NAD+ 52 moumlglich sind (Abb 32)
wurden in der Mitte durchtrennte NAD+-Fragmente ebenfalls auf ihre Bindungseigenschaften
hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass sowohl Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54
als auch Adenosinmonophosphat (AMP) 56 an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden
Interessanterweise ist die Bindungskonstante von NMN 54 jedoch etwa sechs mal houmlher als
die des AMP 56 Eine genaue Betrachtung des elektrostatischen Oberflaumlchenpotentials von
NAD+ 52 zeigt dass der Nikotinamid-Ring im Vergleich zum Adenin-Ring wesentlich staumlrker
positiv geladen ist Dies erklaumlrt die unterschiedlichen Bindungskonstanten und deutet an dass
die beiden vorgeschlagenen Strukturen im Gleichgewicht vorliegen welches deutlich auf der
Seite der Inklusion des Nikotinamids liegen muss Die Bindung von NAD+ 52 scheint stark
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
3 Zusammenfassung und Ausblick 80
vom pH-Wert abhaumlngig zu sein Die geringen beobachteten ∆δsat-Werte des Komplexes
kehren zu den gewohnten hohen ∆δsat-Werte zuruumlck wenn der Komplex in Puffer betrachtet
wird Die Bindung scheint somit auch vom Protonierungsgrad der Phosphate abhaumlngig zu
sein Die genaueren Zusammenhaumlnge sollen in der Zukunft untersucht werden[94]
Abbildung 32 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Links befindet sich das Nikotinamid in der Kavitaumlt rechts das Adenin
NMR-Messungen bei tiefen Temperaturen sollten mehr Hinweise in Hinblick auf den
Bindungsmodus geben jedoch werden diese Messungen durch die aumluszligerst geringe Loumlslichkeit
erschwert
In Zukunft soll getestet werden ob die Bisphosphonat-Klammer mit einer Erkennungseinheit
fuumlr Ribosen versehen werden kann um so eine selektivere Bindung von NAD+ 52 zu
erreichen[176] Eine weitere interessante Frage ist die ob das elektrochemische Potential von
NAD+ 52 durch Komplexierung an die Bisphosphonat-Klammer 10 geaumlndert werden kann
Das Potential wird vermutlich durch die Komplexierung abgesenkt werden Daran schlieszligt
sich die naumlchste Frage an naumlmlich ob durch Komplexierung des NAD+ das Gleichgewicht
von enzymatischen Reaktionen verschoben werden kann Die Bindungskonstante fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 in der Bisphosphonat-Klammer ist konkurrenzfaumlhig mit der fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 an bestimmte Alkoholdehydrogenasen Manche Dehydrogenasen
binden NAD+ 52 mit einer Bindungskonstante von etwa 103 M-1 waumlhrend NADH meist viel
staumlrker (ca 105 M-1) gebunden wird[177]
3 Zusammenfassung und Ausblick 81
Schlieszliglich koumlnnte man versuchen aus der Bisphosphonat-Klammer einem nichtkovalent
gebundenen Zinkion einem Alkoholat und eingeschlossenem NAD+ 52 ein kuumlnstliches
proteinfreies Enzym zu schaffen
Weiterhin wurde festgestellt dass die basische Aminosaumlure Arginin nicht an die
Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Histidin ist vermutlich fuumlr eine Protonenuumlbertragung auf
die Phosphonate verantwortlich wird aber ebenfalls nicht in der Kavitaumlt gebunden Diese
Erkenntnis ist aumluszligerst wichtig fuumlr zukuumlnftige biologische Experimente mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 Dies bedeutet dass Experimente mit NAD+-abhaumlngigen Proteinen in Gegenwart
der Klammer durchgefuumlhrt werden koumlnnen da nicht zu befuumlrchten ist dass die
Bisphosphonat-Klammer 10 an eine der Aminosaumluren des Proteins bindet und damit ihre
eigene Kavitaumlt blockiert
Die Einlagerung von N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin (A2E) 58 in der Bisphonat-
Klammer 10 eroumlffnet vielleicht eine Moumlglichkeit zur Therapie der altersbedingten
Makuladegeneration (AMD) Fuumlr diese Krankheit die im Wesentlichen von dem in der Retina
gebildeten Naturstoff A2E 58 verursacht wird gibt es bislang keine effektiven Wirkstoffe
Man kann bis heute lediglich den Krankheitsverlauf bremsen Trotz ihrer hohen Ladung
koumlnnte die Bisphosphonat-Klammer also therapeutische Anwendungen finden Dafuumlr spricht
dass bereits eine Zellgaumlngigkeit von anderen hochgeladenen Verbindungen nachgewiesen
wurde[178] Es konnte auszligerdem bereits gezeigt werden dass sich die Bisphosphonat-Klammer
10 in einfache Modellmembranen einlagert In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit
Epithelzellen wurde gezeigt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 die A2E-induzierte
Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das Potential der
Bisphosphonat-Klammer sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist In Zukunft soll die
Bisphosphonat-Klammer mit Resten modifiziert werden welche die Bindung von A2E 58
verbessern sollen wie zB laumlngere Alkylsubstituenten oder auch Dendrimere am
Phosphoratom die Van-der-Waalswechselwirkungen mit den Ketten des A2Es 58 eingehen
koumlnnen
Da bei der naumlheren Untersuchung des Komplexes von NAD+ 52 mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 interessanterweise festgestellt wurde dass sowohl das Adenosin-Nukleosid als
auch das entsprechende -Nukleotid gebunden werden wurde diese Eigenschaft genauer
uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 alle 2rsquo-Deoxy-
3 Zusammenfassung und Ausblick 82
Nukleoside mit hohen Bindungskonstanten bindet (2000 bis 8000 M-1) Die besten
Bindungskonstanten wurden bei der Bindung von 2rsquo-Deoxythymidin 60 und
2rsquo-Deoxyadenosin 55 beobachtet Im Gegensatz dazu wird lediglich das Nukleotid
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 schwach an die Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden
(etwa 1000 M-1) Somit unterscheidet die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen
Nukleosiden und Nukleotiden Die Ursache liegt wahrscheinlich in der Abstoszligung der negativ
geladenen Phosphate der Nukleotide durch die ebenfalls negativ geladenen Phosphonate der
Klammer Eine interessante Frage die in der Zukunft geklaumlrt werden sollte ist die moumlgliche
Erkennung von AMP 56 in biologischer Umgebung mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Wenn dies moumlglich ist koumlnnte es moumlglich sein die Bisphosphonat-Klammer eventuell als
Adenosin-selektiven DNA-Interkalator zu benutzen[179 180]
Da auch Wirkstoffe auf Nukleosidbasis an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden sollte trotz
der relativ geringen Bindungskonstante fuumlr AZT 68 uumlberpruumlft werden ob die Bisphosphonat-
Klammer 10 als Carrier fuumlr Nukleosid-Wirkstoffe benutzt werden kann
Um das Gastprofil der Bisphosphonat-Klammer 10 zu erweitern wurden Thiazioliumsalze
auf ihre Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass Thiamin 75 und
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 mit hohen Bindungskonstanten an die Bisphosphonat-
Klammer 51 binden Die Bisphosphonat-Klammer 10 ist damit der erste in der Literatur
beschriebene kuumlnstliche Rezeptor fuumlr Thiamin 75 Bei der genaueren Untersuchung des
Bindungsmodus deutet vieles auf einen dynamischen Komplex hin Das Molecular
Modelling-Experiment liefert eine Struktur die das zeitliche Mittel eines dynamischen
Prozesses wiederzuspiegeln scheint (Abb 33) Zusaumltzlich zeigt diese statische Struktur
deutliche Uumlbereinstimmungen mit der natuumlrlichen bdquoV-Konformationldquo im Protein Es scheint
so als wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen
so dass immer einer der beiden Aromate eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingeht Isothermale Titrationskalorimetrie-Experimente haben
gezeigt dass die Komplexierung sehr stark enthalpisch getrieben ist Der entropische Beitrag
ist nahezu vernachlaumlssigbar klein Dies koumlnnte auf einen Beitrag von nichtklassischen
hydrophoben Effekten hinweisen
Da TPP 76 im Protein sehr stark (ca 106 M-1) gebunden wird kann die Bisphosphonat-
Klammer 10 hier nicht zur Beeinflussung des enzymatischen Gleichgeweichts genutzt
werden[128] Allerdings koumlnnte im Modellexperiment versucht werden mit Hilfe der
Bisphosphonat-Klammer 10 TPP-vermittelte enzymatischen Reaktionen wie zB
3 Zusammenfassung und Ausblick 83
Umpolungsreaktionen ohne Enzym durchzufuumlhren[181] Die von der Klammer geaumlnderte
Mikroumgebung und das in der Kavitaumlt gebundenen TPP 76 sollten dies ermoumlglichen[182]
Abbildung 33 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte)
Mit der Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11 gelang es erstmals diese in wasserloumlslicher
Form herzustellen (Abb 31) Nur schlanke para-substituierte N-alkylierte Pyridiniumsalze
werden sehr stark in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Wird allerdings das
Substitutionsmuster geaumlndert so wird der Gast sterisch zu anspruchsvoll fuumlr die Kavitaumlt und
die Bindungskonstante wird deutlich kleiner Dies zeigt sich auch bei der Untersuchung von
einfachen Ammoniumsalzen mit unterschiedlichem Substitutionsmuster
Von besonderem Interesse ist das Bindungsverhalten der basischen Aminosaumluren Arginin und
Lysin Sowohl Tosylargininmethylester 84 als auch Acetyllysinmethylester 83 werden mit
hohen Bindungskonstanten in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Das gilt auch noch
fuumlr die gepufferte Loumlsung Eine Untersuchung des Bindungsmodus zeigt dass Wirt und Gast
dabei eine Pseudorotaxan-aumlhnliche Struktur bilden (Abb 34) Dabei fungieren die
Schutzgruppen sowie das Ammoniumkation jeweils als Stopper und tragen so erheblich zur
houmlheren Bindungskonstante bei Eine mikrokalorimetrische Untersuchung zeigte dass genau
wie bei der Bisphosphonat-Klammer 10 der Beitrag der Entropie im Vergleich zum Beitrag
der Enthalpie zur Bindung sehr gering ist Dies spricht ebenfalls fuumlr starke elektrostatische
und dispersive Wechselwirkungen evtl unterstuumltzt vom nichtklassischen hydrophoben
Effekt Die Effektivitaumlt der Bisphosphonat-Pinzette 11 konnte durch Bindungsexperimente
mit verschiedenen Modellpeptiden gezeigt werden Fuumlr alle Modellpeptide wurde eine starke
Bindung in gepufferter waumlssriger Loumlsung gefunden Dabei konnte auch gezeigt werden dass
andere Aminosaumluren als basische nicht von der Bisphosphonat-Pinzette 11 komplexiert
3 Zusammenfassung und Ausblick 84
werden Durch Zugabe von DMSO oder Acetonitril kann die Bindung von Lysin zB wieder
ruumlckgaumlngig gemacht werden Bei der Untersuchung der Modellpeptide gab es auszligerdem
Hinweise auf eine Sequenzspezifizitaumlt in Hinblick auf den Abstand von mehreren Lysin-
Resten Peptide mit zwei Lysin-Resten direkt nebeneinander scheinen sich anders zu
verhalten als Peptide mit zwei Lysin-Resten die durch mehrere Aminosaumluren voneinander
getrennt sind
Abbildung 34 Ergebnis der Monte Carlo-Simulationen des Komplexes von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen)
In Zukunft soll die Bisphosphonat-Pinzette mit einer Erkennungseinheit fuumlr Aspartat versehen
werden um so einen selektiven Rezeptor fuumlr die wichtige Peptidsequenz RGD 86 zu schaffen
Ebenso sollen andere wichtige Modell- und Signalpeptide mit hoher Selektivitaumlt angesteuert
werden so dass neuartige Sensoren oder Wirkstoffe entstehen
4 Experimenteller Teil 85
4 Experimenteller Teil 41 Material und Methoden
Chemikalien
Die eingesetzten Chemikalien wurden bei den Firmen Acros Organics (Geel Belgien)
Aldrich Chemical Co (Taufkirchen) Bachem (Bubendorf Schweiz) Fluka (Taufkirchen)
und Sigma (Taufkirchen) bezogen und falls nicht anders angegeben in der erhaltenen Qualitaumlt
eingesetzt
Loumlsungsmittel
Die verwendeten Loumlsungsmittel wurden vor Gebrauch destilliert und bei Bedarf nach
Standardmethoden absolutiert[183 184] Das benutzte Wasser war entionisiert und wurde im
Bedarfsfall nochmals uumlber eine ELGA Purelab UHQ Anlage entionisiert
Chromatographie
Fuumlr duumlnnschichtchromatographische Analysen kamen mit Kieselgel 60 beschichtete
Aluminiumplatten der Firma Merck (Darmstadt) zum Einsatz
Die Detektion erfolgte mit UV-Licht der Wellenlaumlngen 254 und 366 nm und durch Anfaumlrben
mit dem CAM- und Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz und anschlieszligender Entwicklung im
Heiszligluftstrom
CAM-Reagenz 2 g Cersulfat 50 g Ammoniummolybdat und 50 mL konz Schwefelsaumlure in
400 mL Wasser geloumlst
Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz 10-ige Molybdatophosphorsaumlure-Loumlsung in Ethanol
Die praumlparative Saumlulenchromatographie wurde wenn nicht anders angegeben an Kieselgel 60
der Firma Merck (Darmstadt) durchgefuumlhrt Die Laufmittelgemische und die RF-Werte der
betreffenden Substanzen sind angegeben[185]
NMR-Spektroskopie
Die NMR-Spektren wurden mit folgenden Geraumlten gemessen
Bruker Advance AC-200 (1H und 13C)
Bruker Advance ARX-200 (1H 13C und 31P)
4 Experimenteller Teil 86
Bruker Advance AMX-300 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-400 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-500 (1H und 13C)
Die chemischen Verschiebungen δ beziehen sich in den 1H-Spektren auf das
Restprotonensignal des verwendeten deuterierten Loumlsungsmittels und in den 13C-Spektren auf
das 13C-Signal des Loumlsungsmittels[186 187] Die chemischen Verschiebungen δ sind in parts per
million (ppm) angegeben Die verwendeten Loumlsungsmittel sind bei den jeweiligen Spektren
vermerkt
Die Kopplungskonstanten J sind in Hertz (Hz) angegeben Die Signalmultiplizitaumlten werden
wie folgt abgekuumlrzt s = Singulett d = Dublett dd = Dublett vom Dublett ddd = Dublett vom
Dublett vom Dublett m = Multiplett t = Triplett dt = Dublett vom Triplett q = Quartett br =
breit Zusaumltzlich ist die integrierte Protonenzahl angegeben Die Zuordnung der Signale wird
durch einen kurzen Formelabschnitt gezeigt Alle 13C-NMR-Spektren wurden Breitband-
entkoppelt gemessen
NOESY-Experimente
Eine aumlquimolare Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel wird im Ultraschallbad entgast und anschlieszligend vermessen
Variable Temperatur Experimente
Von einer aumlquimolaren Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel (D2O) wird im Temperaturbereich von 5 degC bis 95 degC in 10 degC Schritten ein 1H-NMR Spektrum aufgenommen Die temperaturabhaumlngige Aumlnderung der chemische
Verschiebung wird anschlieszligend beobachtet wobei aliphatische Protonen die keine
temperaturabhaumlngige Verschiebung zeigen als Referenz dienen
UVVis-Spektroskopie
UVVis-Spektren wurden mit einem Hitachi U-3410 bei 25 degC gemessen
Massenspekroskopie
Die Massenspektren (inkl Hochaufloumlsung) wurden auf einem Finnegan MAT 711 (EI) auf
einem Finnegan MAT95 S (ESI) oder auf einem Applied Biosystems SldquoQstar Pulsar irdquo (ESI)
gemessen Die Messmethode wird in Klammern angegeben Angegeben sind jeweils die
4 Experimenteller Teil 87
mz-Werte der wichtigsten Signale Als Daten sind zusaumltzlich die Summenformel die
berechnete Masse und die gemessene Masse angegeben
Schmelzpunkte
Die Schmelzpunkte wurden mit einer KOFLER-Schmelzpunktmessapparatur Thermoplan der
Firma Reichert gemessen und sind unkorrigiert
Filmwaage-Experimente
Filmwaage-Experimente wurden mit einer Filmwaage NIMA 601BAM durchgefuumlhrt Die
Messung des Oberflaumlchendrucks π als Funktion der Flaumlche A erfolgte mittels eines
WILHELMY-Plaumlttchens[107 188]
Die Messungen wurden bei 25 degC uumlber reinem Wasser (R gt 18 MΩ) oder waumlssrigen
Gastloumlsungen (c = 100 microM) durchgefuumlhrt wobei die Subphase vor jeder Messung auf
fehlende Oberflaumlchenaktivitaumlt uumlberpruumlft wurde Stearinsaumluremonoschichten wurden durch
Aufspreizen von 50 microL einer 35 mM Stearinsaumlure-Loumlsung in Chloroform auf die jeweilige
Subphase erhalten Durch zeitabhaumlngige Messungen der Druck-Flaumlche Diagramme
(Schrankengeschwindigkeit 50 cmsup2min) wurde zunaumlchst der Einfluss der geloumlsten Gaumlste auf
die Stearinsaumluremonoschicht beobachtet Der Rezeptor wurde dann als 35 mM Loumlsung in
Methanol Chloroform = 11 vv bei einem Oberflaumlchendruck von 15 mNm vorsichtig auf
die Oberflaumlche getropft Zeitabhaumlngige π-A-Isothermenzyklen wurden aufgenommen bis
keine Aumlnderung der Effekte mehr beobachtet werden konnten
Molecular Modelling
Kraftfeldrechnungen wurden mit dem Programm MacroModel 71 der Firma Schroedinger
durchgefuumlhrt Verwendet wurden die Kraftfelder Amber und OPLS-AA sowie das
GBSA-Solvatationsmodell fuumlr Wasser[189 190] ndash die verwendeten Kraftfelder sind an der
entsprechenden Struktur vermerkt
Komplex-Strukturen wurden zuerst minimiert und anschlieszligend wurde in einer Monte-Carlo
Simulation die Struktur mit der guumlnstigsten Energie ermittelt Monte-Carlo Simulationen
wurden mit mindestens 3000 Schritte berechnet (Die Anzahl der Schritte ist an der
entsprechenden Struktur vermerkt)
Molekuumlldynamik-Rechnungen wurden anschlieszligend mit der aus der Monte-Carlo Simulation
erhaltenen guumlnstigsten Struktur und dem gleichen Kraftfeld durchgefuumlhrt Die Rechnungen
wurden bei 300 K uumlber einem Zeitraum von 10 ps (wobei jede Picosekunde eine Struktur
4 Experimenteller Teil 88
gespeichert wurde) oder 100 ps (wobei alle 10 ps eine Struktur gespeichert wurde)
durchgefuumlhrt Alle erhaltenen Strukturen wurden uumlbereinander abgebildet wobei die
Wasserstoffatome aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen wurden
Kraftfeldrechnungen mit einer Wasserbox wurden mit dem Programm Sybyl 67 der Firma
Tripos durchgefuumlhrt Berechnungen wurden mit den aus Monte Carlo Simulationen erhaltenen
energieguumlnstigsten Strukturen durchgefuumlhrt Dazu wurden sie aus Marcromodel 72 als PDB-
oder Mol2-Datei exportiert In Sybyl 67 eingeladene Strukturen wurden mit GASTEIGER-
MARSILLI Teilladungen[191] versehen und anschlieszligend wurde eine Wasserbox
(0 Loumlsungsmittelschichten Tripos Radien) berechnet Danach wurde die Struktur so lange mit
dem Tripos Kraftfeld[191] minimiert bis ein Energieminimum gefunden wurde (etwa 10000
Schritte)
Zur grafischen Darstellung der Strukturen wurde das Programm Pymol 097 von DeLano
Scientific LLC verwendet[192]
42 Synthesen 421 Synthese des Spacers 14
Synthese von (1α4α4aβ8aβ)-Tetrahydro-14-methanonaphthalin-58-dion 17
(modifizierte Vorschrift)
O
O1
2
34
65
78
9
4a
8a
Zu einer geruumlhrten auf 0 degC gehaltenen Suspension aus 30 g (028 mol aus Methanol
umkristallisiert) p-Benzochinon 16 in 175 mL Methanol werden mittels eines kuumlhlbaren
Tropftrichters 183 g (028 mol) auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes Cyclopentadien 15
getropft Nach Beendung der Zugabe wird die Reaktionsmischung im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Die Reaktionsmischung wird unter vermindertem Druck auf etwa
40 mL eingeengt Das Produkt kristallisiert dabei in Form gelbgruumlner Nadeln aus
Ausbeute 386 g (022 mol 80 ) gelbgruumlne Nadeln
4 Experimenteller Teil 89
1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 142 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 1 H 9-Hi) 154 (dd 2J(9-Ha 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 321 (d br 3J(1-H 9-Ha) =
17 Hz 2 H 1-H 4-H) 354 (s 2 H 4a-H 8a-H) 606 (s br 2 H 2-H 3-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
Synthese von 14-Dihydro-14-methanonaphthalin-58-dion 18[48 74]
O
O1
2
34
6
79
5
8
Zu einer Loumlsung von 100 g (057 mol) 17 in 600 mL Methanol werden 1 mL Triethylamin
gegeben Dabei wird darauf geachtet dass die Temperatur 25 degC nicht uumlberschreitet Nach
16 h Ruumlhren wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand
mit 200 mL Aceton aufgenommen Das Loumlsungsmittel wird erneut unter vermindertem Druck
entfernt und das Produkt anschlieszligend in 15 L Chloroform geloumlst und nach Zugabe von 63 g
(058) aus Methanol umkristallisiertem p-Benzochinon 16 5 h bei 50 degC geruumlhrt Nach dem
Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung uumlber eine G3-Glasfritte filtriert
Anschlieszligend wird das Filtrat mit 800 mL einer 1-igen waumlssrigen NaOH-Loumlsung und
dreimal mit je 200 mL Wasser gewaschen Nach dem Trocknen uumlber Natriumsulfat wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der erhaltene Ruumlckstand wird
anschlieszligend mit Cyclohexan als Elutionsmittel uumlber ca 30 g Kieselgel filtriert Das Einengen
der orangene Fraktion unter vermindertem Druck ergibt das Produkt als orangen Feststoff
Ausbeute 813 g (047 mol 83 ) orangener Feststoff
RF-Wert 006 in Cyclohexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 226 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 71 Hz 1 H 9-Ha) 232 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 71 Hz 1 H 9-Hi) 409 (t 3J(1-H 2-H) = 2 Hz 2 H 1-H 4-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H) 685 (t 3J(2-H 1-H) = 2 Hz 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 90
Synthese von syn-(1α4α4aβ5α8α9aβ)-144a589a-Hexahydro-1458-
dimethanoanthracen-910-dion 18a[48 74]
O
O1
2
34 5
6
789 8a
10 10a
11 12
Zu einer auf -78 degC gekuumlhlten Loumlsung von 30 g (019 mol) 18 in 200 mL Toluol werden
mittels eines kuumlhlbaren Tropftrichters 15 g auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes
Cyclopentadien 15 zugetropft Die Reaktionsmischung wird im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf 50degC erwaumlrmt und
das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt bis eine Truumlbung erkennbar ist Dann
wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h
auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert getrocknet und
mittels NMR auf das synanti-Verhaumlltnis uumlberpruumlft Der Niederschlag wird anschlieszligend in
Toluol aufgeloumlst und auf 50degC erhitzt Dann wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die
Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Dieser
Vorgang wird so oft wiederholt bis das Verhaumlltnis von synanti besser ist als 201
Ausbeute 162 g (0672 mol 40 ) gelber Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 140 (d br 2J(12-Hi 12-Ha) = 88 Hz 1 H 12-Hi) 148
(d br 2J(12-Ha 12-Hi) = 85 Hz 1 H 12-Ha) 213 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 73 Hz 1 H 11-
Ha) 221 (dt 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 3J(11-Hi 1-H) = 12 Hz 1 H 11-Hi) 323 (dd 3J(8a-
H 8-H) = 24 Hz 2J(8a-H 7-H) = 15 Hz 2 H 8a-H 10a-H) 346 (dd 3J(5-H 6-H) = 20 Hz 3J(5-H 10a-H) = 17 Hz 2 H 5-H 8-H) 396 (ddd 3J(1-H 2-H) = 39 Hz 3J(1-H 11-Ha) =
31 Hz 3J(1-H 11-Hi) = 31 Hz 2 H 1-H 4-H) 577-578 (m 2 H 6-H 7-H) 676-677 (m
2 H 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 91
Synthese von syn-910-Diacetoxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 14[46 47]
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Unter Argon werden 952 g (40 mmol) 19a und 056 g (4 mmol) 4-Dimethylaminopyridin
(DMAP) in 44 mL wasserfreiem Pyridin geloumlst Bei 0 degC werden unter Ruumlhren 24 mL (frisch
destilliertes) Essigsaumlureanhydrid zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und danach 16 h bei 50 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung auf 200 mL einer EisWasser-Mischung
gegeben Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert und viermal mit 25 mL Wasser
gewaschen Danach wird der Feststoff in moumlglichst wenig Chloroform aufgenommen und
uumlber Kieselgel mit Chloroform als Elutionsmittel filtriert Der nach dem Entfernen des
Loumlsungsmittels erhaltene gelbe Feststoff wird aus Ethanol Chloroform = 41 vv
umkristallisiert
Ausbeute 124 g (384 mmol 96 ) farblose Kristalle
RF-Wert 010 in Chloroform 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 71 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha)
226 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 71 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 234 (s 6 H 15-H 16-H) 381 (d 3J(1-H 2-H) = 15 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 675 (d 3J(2-H 1-H) = 15 Hz 4 H 2-H
3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
4 Experimenteller Teil 92
422 Synthese der Modellverbindung
Synthese von syn-910-Dihydroxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 25 (neue Vorschrift)
OH
OH
12
34
4a5 1010a6
78
8a 9 9a
11 12
Zu einer Suspension von 200 mg (54 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 30 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Loumlsung aus 200 mg (061 mmol) 14 in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran zugetropft Danach wird 5 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf 0
degC wird mit 30 mL gesaumlttigter waumlssriger Ammoniumchlorid-Loumlsung hydrolysiert Die
Reaktionsmischung wird mit 2 M waumlssriger Salzsaumlure-Loumlsung auf pH 1 eingestellt und
danach dreimal mit je 100 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen Phasen
werden dreimal mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 143 mg (060 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz DMSO-d6) δ = 196 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 63 Hz 2 H 11-Hi
12-Hi) 203 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 63 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 398 (s br 4 H H-1 H-4
H-5 H-6) 669 (s br 4 H H-2 H-3 H-6 H-7)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 93
Synthese von 1458-Tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonsaumlureester 26[65 75]
O
O
P
P
O
HO
OH
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Zu einer Loumlsung von 100 mg (420 micromol) 25 und 150 mg (113 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 175 microL
(126 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren wird der entstandene Niederschlag
mittels einer Umkehrfritte abfiltriert und mit 3 mL absolutem Tetrahydrofuran gewaschen
Zum Filtrat werden 3 mL 25-ige waumlssrige Salzsaumlure zugesetzt und nach 15 min Ruumlhren
werden 15 mL n-Hexan zugegeben Nach 16 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird der
entstandene Feststoff abfiltriert mit 3 mL 25-iger waumlssriger Salzsaumlure gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 110 mg (212 micromol 50 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) 155 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H) 218
(d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 411 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 680 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 94
Synthese von Bistetrabutylammonium-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-
910-bismethylphosphonat $$026[65 75]
+N4
2
O
O
P
P
O
-O
O-
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
17
18
Zu einer Suspension aus 50 mg (127 micromol) 26 in 10 mL Dichlormethan werden 253 microL (253
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung gegeben Anschlieszligend
wird die Reaktionsmischung 2 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel
unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 111 mg (127 mmol quantitativ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 092 (t 3J(18-H 17-H) = 73 Hz 24 H 18-H) 128-137 (m
16 H 17-H) 134 (d 2J(13-H P) = 159 Hz 6 H 13-H 14-H) 155-170 (m 16 H 16-H)
213 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 220 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) =
73 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 313-320 (m 16 H 15-H) 408 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H)
682 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 95
Synthese von 910-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-(1α4α5α8α)-1458-
tetrahydro-1458-dimethanoanthracen 27
O
O
P
P
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Zu einer Loumlsung aus 200 mg (085 mmol) 25 und 297 mg (227 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 15 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 350 microL
(250 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach 1 h ruumlhren bei 0 degC und anschlieszligend
eine weitere Stunde bei Raumtemperatur werden 10 mL absolutem Methanol zugegeben und
weitere 16 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter
vermindertem Druck entfernt und der erhaltene Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit
Chloroform Aceton = 21 vv gereinigt
Ausbeute 234 mg (056 mmol 65 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 025 in Chloroform Aceton = 21 vv
Schmelzpunkt 139 degC 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 168 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H)
219 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 225 (d 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 375 (d 3J(15-H P) = 113 Hz 6 H 15-H 16-H) 411 (d br 3J(1-H 2-H)
= 17 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 683 (d br 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 4 H 2-H 3-H 6-H
7-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2933 (s) 13C-NMR (503 MHz CDCl3) δ = 108 (d 1J(C P) = 1443 Hz C-13 C-14) 481 (d C-1
C-4 C-5 C-8) 527 (d 2J(C P) = 54 Hz C-15 C-16) 700 (s C-11 C-12) 1362 (d C-4a
C-8a C-9a C-10a) 1423-1428 (m C-2 C-3 C-6 C-7 C-9 C-10)
MS (ESI MeOH) mz 423 [M + H+]+ 445 [M + Na+]+
HR-MS ber fuumlr C20H24O6NaP2 4450946 gef 4450940
4 Experimenteller Teil 96
CHN ber fuumlr C20H24Li2O6P2frac12H2O [] C 5569 H 584 gef [] C 5515 H 555 Der
Wassergehalt kann variieren
Synthese von Bis(lithium)-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonat 28
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Eine Loumlsung aus 500 mg (118 mmol) 27 und 205 mg (236 mmol) trockenem
Lithiumbromid in 10 mL absolutem Acetonitril wird 16 h bei 85 degC geruumlhrt Der entstandene
Niederschlag wird abzentrifugiert dreimal mit 3 mL absolutem Acetonitril gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 mg (086 mmol 73) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (500 MHz Methanol-d4) δ = 127 (d 2J(13-H P) = 165 Hz 6 H 13-H 14-H)
215 (s br 4 H 11-H 12-H) 416 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 678 (s br 4 H 2-H 3-H
6-H 7-H) 31P-NMR (810 MHz Methanol-d4) δ = 253 (s) 13C-NMR (1258 MHz Methanol-d4) δ = 133 (d 1J(C P) = 1383 Hz C-13 C-14)
706 Hz (s C-11 C-12) 1396 (d 2J(C P) = 61 Hz C-9 C-10) 1433 (s C-4a C-8a C-9a
C-10a) 1441 (s C-2 C-3 C-6 C-7)
MS (ESI MeOH) mz 196 [M ndash 2Li+]2- 393 [M ndash 2Li+ + H+]- 399 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C18H18O6LiP2 3990733 gef 3990709
CHN ber fuumlr C18H18Li2O6P22H2O [] C 4889 H 501 gef [] C 4910 H 500
4 Experimenteller Teil 97
423 Synthese der Hydroxyklammer 21
Synthese von 716-Diacetoxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen 12[48 74]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
O
O
21
22
23
24
Eine Mischung aus 20 g (62 mmol) 14 200 g (478 mmol) αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-xylol
20 460 g (326 mmol) wasserfreiem Natriumiodid und 100 g (100 mmol) wasserfreiem
Calciumcarbonat in 150 mL wasserfreiem NN-Dimethylformamid (DMF) wird 30 min unter
Argon bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 5 h bei 55 degC
und 100 mbar (Membranpumpe mit vorgeschalteter KOH-Saumlule) geruumlhrt Danach wird die
noch warme Reaktionsmischung auf 600 g Eis gegossen Zum entstandenen Gemisch wird
gesaumlttigte waumlssrige NaHSO3-Loumlsung gegeben bis die Farbe von braunrot nach gelb umschlaumlgt
Nach Zugabe von 300 mL Wasser und 400 mL Dichlormethan wird das Gemisch kraumlftig
durchmischt und anschlieszligend filtriert Danach wird die waumlssrige Phase dreimal mit je
200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit 200 mL
gesaumlttigter waumlssriger NaHCO3-Loumlsung und viermal mit je 400 mL Wasser gewaschen und
anschlieszligend uumlber Natriumsulfat getrocknet Nach dem Entfernen des Loumlsungsmittels unter
vermindertem Druck wird der verbleibende Feststoff chromatographisch uumlber Kieselgel
gereinigt (Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv)
Ausbeute 22 g (42 mmol 68 ) hellbrauner Feststoff
RF-Wert 027 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 242 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
248 (s 6 H 23-H 24-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 429
(s br 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 723-727 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 752 (s 4 H
5-H 9-H 14-H 18-H) 756-759 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
4 Experimenteller Teil 98
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
Synthese von 716-Dihydroxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacen 21[48 74]
OH
OH
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
Zu einer entgasten Suspension von 200 mg (038 mmol) 12 und 50 microL Phenylhydrazin in 15
mL Ethanol wird unter Argon 500 microL einer 15igen waumlssrigen entgasten Natriumhydroxid-
Loumlsung gegeben Nach 1 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird 10 mL einer 15igen
waumlssrigen HCl-Loumlsung zugegeben Nach Zugabe von 50 mL Eiswasser wird der entstandene
Feststoff abfiltriert mit 10 mL Wasser gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 160 mg (037 mmol 97 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 251 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
256 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 446 (s br 4 H 6-H 8-H 15-H
17-H) 723-729 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 753 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 754-
758 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 99
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10
Synthese von 681517-Tetrahydro-617815-dimethanoheptacen-716-
bismethylphosphonsaumlureester 22[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
HO
O
OH
21
22
Zu einer Loumlsung aus 100 mg (228 micromol) 21 und 80 mg (600 micromol)
Dichlormethylphosphonsaumlure in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 80 microL
(058 micromol) Triethylamin zugetropft Anschlieszligend wird zuerst 1 h bei 0 degC und dann eine
weitere Stunde bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach werden 3 mL 25-ige waumlssrige HCl-
Loumlsung zugegeben Nach 20 min ruumlhren werden 5 mL n-Hexan zugegeben und weitere 16 h
geruumlhrt Die organische Phase wird mit 3 mL 25-iger waumlssriger HCl-Loumlsung gewaschen
und ohne vorheriges Trocknen unter vermindertem Druck bis zum Trockenen eingeengt Das
Rohprodukt wird anschlieszligend saumlulenchromatographisch uumlber Florisil (60-100 mesh) mit
Dichlormethan Methanol = 31 rarr 21 vv gereinigt
Ausbeute 90 mg (150 micromol 66 ) leicht braumlunlicher Feststoff (mit Kieselgel verunreinigt)
RF-Wert 002 in Dichlormethan Methanol = 21 vv 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 148 (d 2J(21-H P) = 166 Hz 6 H 21-H 22-H) 237 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 80 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 263 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 80 Hz 2 H
19-Ha 20-Ha) 465 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 693-697 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H)
721-724 (m 4 H 1-H 4-H 11-H 12-H) 742 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 100
Synthese von Bistetrabutylammonium-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen-716-bismethylphosphonat 10[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
-O
O
O-
21
22
+N4
2
23
24
2526
Eine Suspension aus 518 mg (871 micromol) 22 in 10 mL Dichlormethan werden 135 microL (135
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt Nach 2 h
Ruumlhren bei Raumtemperatur wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und
der Ruumlckstand in Methanol aufgenommen Die Loumlsung wird uumlber einen Membranfilter
(Porengroumlszlige 02 microm) filtriert und unter vermindertem Druck wieder eingeengt Nach
Uumlberpruumlfung der Stoumlchiometrie mittels der Signalintensitaumlten im 1H-NMR wird ndash falls das
Verhaumlltnis Phosphonat Tetrabutylammonium nicht 11 ist ndash entweder mehr 22 oder
Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt und anschlieszligend wieder membranfiltriert
Ausbeute 59 mg (673 micromol quantitativ bezogen auf Tetrabutylammoniumhydroxid)
hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 081 (t 3J(26-H 25-H) = 66 Hz 24 H 26-H) 105-125 (m
32 H 24-H 25-H) 152 (d 2J(21-H P) = 163 Hz 6 H 21-H 22-H) 241 (d br 2J(19-Hi
19-Ha) = 89 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 255-270 (s br 16 H 23-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi)
= 89 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 469 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 726-730 (m 4 H 2-H
3-H 11-H 12-H) 763-766 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 765 (s 4 H 5-H 9-H 14-H
18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 101
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24
Synthese von 716-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-681517-tetrahydro-
617815-dimethanoheptacen 23
O
O
P
P
O
O
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
23
24
Zu einer Loumlsung aus 330 mg (075 mmol) 21 und 264 mg (198 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 33 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 264 microL
(191 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach einigen Sekunden faumlllt ein Niederschlag
aus Die Suspension wird 1 h bei 0 degC und 1 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend
werden 15 mL absolutes Methanol zugegeben und die Loumlsung wird 16 h bei Raumtemperatur
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der
Ruumlckstand saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit Chloroform Aceton = 101 vv als
Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 260 mg (041 mmol 55 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 041 in Chloroform Aceton = 31 vv
Schmelzpunkt 110 degC 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 165 (d 2J(P-CH3) = 173 Hz 6 H P-CH3) 247 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 260-270 (m 2 H 19-Ha 20-Ha) 355 356
(2 d 3J(P-OCH3) = 1123 Hz 6 H P-OCH3) 466 470 (2 s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H)
720-735 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 759 (dd 3J(H-2 H-1) = 95 Hz 4J(H-2 H-4) =
24 Hz 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 762 766 (2 s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
(diastereomere) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2948 (s) 13C-NMR (7547 MHz CDCl3) δ = 113 (d 1J(C P) = 1441 Hz C-21 C-22) 485 (s C-6
C-8 C-15 C17) 531 (d 2J(PC) = 68 Hz) 652 (s C-19 C-20) 1206 (d C-aromatisch)
4 Experimenteller Teil 102
1255 (s C-aromatisch) 1277 1278 (2 d C-aromatisch) 1322 1415 1463 (3 s
C-aromatisch)
MS (ESI MeOH) mz 623 [M + H+]+ 645 [M + Na+]+ 661 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C36H32O6P2 6221674 gef 6221590
Synthese von Bis(lithium)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacenyl-716-
bismethylphosphonat 24
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
Eine Loumlsung aus 20 mg (32 micromol) 23 und 61 mg (71 micromol) wasserfreiem Lithiumbromid in 3
mL 2-Hexanon wird 16 h bei 120 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird der
entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL wasserfreiem Acetonitril
gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 16 mg (26 micromol 81 ) hellbrauner Feststoff
Schmelzpunkt gt 230 degC 1H-NMR (300 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 2J(P-CH3) = 163 Hz 6 H P-CH3) 236 (d 2J(19-Hi 19-Ha) = 76 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 264 (d 2J(19-Ha 19-Hi) = 79 Hz 2 H 19-Ha
20-Ha) 479 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 719 (dd 3J(H-1 H-2) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) =
27 Hz 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 755 (dd 3J(H-2 H-1) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) = 30 Hz
4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 761 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 31P-NMR (81 MHz MeOH-d4) δ = 2604 (s)
13C-NMR (7547 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 1J(PC) = 1379 Hz C-21 C-22) 657 (s
C-19 C-20) 1208 (s C-aromatisch) 1259 (s C-2 C-3 C-11 C-12) 1286 (s
C-aromatisch) 1335 (2 s C-aromatisch) 1421 (s C-aromatisch) 1488 (s C-aromatisch)
C-6 C-8 C-15 C17 erwartet unter dem MeOH-d4-Signal
4 Experimenteller Teil 103
UVVis (H2O) λ = 2186 nm (log ε = 993) MS (ESI MeOH) mz 296 [M ndash 2Li+]2- 593 [M ndash 2Li+ + H+]- 599 [M ndash Li+]- 615 [M ndash
2Li+ + Na+]-
HR-MS ber fuumlr C34H26O6LiP2 5991359 gef 5991330
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29
Synthese von 14-Dimethano-1234-tetrahydronaphthalin-23-dicarbonsaumlureanhydrid
32 (modifizierte Vorschrift)
O
O
O
12
345
6
78
9
Eine Loumlsung von 80 g (069 mol) Inden 31 (techn) 69 g (070 mol) Maleinsaumlureanhydrid 30
und 10 g 14-Hydrochinon in 100 mL 1234-Tetrahydronaphthalin wird unter Argon 35 h
mit einem auf 200 degC vorgeheiztem Oumllbad zum Sieden erhitzt Nach Abkuumlhlen auf 80-90 degC
wird die Reaktionsmischung unter kraumlftigem Ruumlhren in 500 mL 60 degC warmes Toluol
gegossen Der entstandene Niederschlag wird warm abdekantiert und bei Bedarf warm
abfiltriert Die Loumlsung wird 16 h bei -18 degC ruhen gelassen und der entstandenen Feststoff
abfiltriert Falls notwendig wird das Produkt aus Ethylacetat Ether umkristallisiert
Ausbeute 30 g (014 mol 20 ) farblose Kristalle
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 214 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 95 Hz 1 H 9-Ha) 378 (s br 2 H 2-H 3-H) 391 (s 2 H 1-H 4-H) 719-730 (m
4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 104
Synthese von 5-endo6-endo-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 33[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension von 30 g (014 mol) 32 in 400 mL absolutem Methanol werden bei 0 degC
2 mL Acetylchlorid zugegeben Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 20 h bei 40 degC
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und das Produkt
im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 g (013 mol 93 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 174 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 89 Hz 1 H 9-Hi) 188 (dd 2J(9-Ha 9-Hi) = 89 Hz) 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 347 (s 6 H 10-H 11-H) 348
(d 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 2 H 2-H 3-H) 363 (s br 2 H 2-H 3-H) 710-714 (m 2 H 6-H
7-H) 724-728 (m 2 H 5-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-56-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 34[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 35 g (013 mol) 33 in 500 mL absolutem Methanol werden 15 g
(028 mol) Natriummethylat gegeben und anschlieszligend 5 h unter Ruumlckfluss erhitzt Danach
wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck eingeengt Der Ruumlckstand wird mit
500 mL Diethylether aufgenommen und zweimal mit je 150 mL 2 M HCl-Loumlsung zweimal
4 Experimenteller Teil 105
mit je 150 mL gesaumlttigter NaHCO3-Loumlsung und einmal mit 150 mL gesaumlttigter NaCl-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen mit Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 345 g (013 mol quantitativ) brauner Feststoff
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 184 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 196 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 93 Hz 1 H 9-Ha) 285-286 (m 1 H 2-H) 353 (s 3 H 11-H) 361-365 (m 2 H
1-H 2-H) 370 (s br 1 H 4-H) 375 (s 3 H 10-H) 705-714 (m 3 H 5-H 6-H 7-H)
724-726 (m 1 H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(hydroxymethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin
35[73]
OHOH
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension aus 12 g (315 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 800 mL absolutem
Tetrahydrofuran werden bei 0 degC unter Absolutbedingungen 34 g (130 mmol) 34 in 200 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 16 h unter
Ruumlckfluss geruumlhrt Danach werden bei 0 degC 60 mL gesaumlttigte waumlssrige Magnesiumsulfat-
Loumlsung zugetropft Der entstandene Niederschlag wird anschlieszligend abfiltriert und dreimal
mit je 300 mL Diethylether fuumlr 30 min unter Ruumlhren zum Sieden erhitzt Die vereinten
etherischen Phasen werden uumlber Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck
eingeengt
Ausbeute 25 g (122 mmol 94 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 134-142 (m 1 H 3-H) 181 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) =
96 Hz 1 H 9-Hi) 184 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 96 Hz 1 H 9-Ha) 212-220 (m 3 H 2-H
11-H) 268 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H 2-H) = 93 Hz 1 H 10-H) 311 (s 1 H
OH) 331 (s 1 H -OH) 345-351 (m 1 H 4-H) 356 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H
2-H) = 99 Hz 1 H 10-H) 386-391 (m 1 H 1-H) 705-716 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
4 Experimenteller Teil 106
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(chlormethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 36[78]
ClCl
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung von 265 g (390 mmol) Imidazol in 75 mL Acetonitril und 75 mL Pyridin
wird bei 0degC eine Loumlsung aus 610 g (189 mmol) Triphenylphosphindichlorid in 150 mL
Dichlormethan zugetropft Nach 20 min ruumlhren werden bei Raumtemperatur 10 g (49 mmol)
35 zugegeben und anschlieszligend 5 h bei 55degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur
werden 200 mL eines 11 vv Gemisches aus halbkonzentrierter Salzsaumlure und Eis zugegeben
Nach Zugabe von 200 mL Dichlormethan wird die organische Phase abgetrennt und die
waumlssrige Phase dreimal mit je 200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 200 mL 2 M waumlssriger Salzsaumlure Wasser und gesaumlttigter waumlssriger
NaHCO3-Loumlsung gewaschen und uumlber Natriumsulfat getrocknet Danach wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der Ruumlckstand wird in 50 mL Diethylether
suspendiert und 5 min im Ultraschallbad behandelt Danach wird der Niederschlag abfiltriert
und noch zweimal mit Diethylether aufgenommen und im Ultraschallbad behandelt Die
vereinten Etherphasen werden unter vermindertem Druck auf 50 mL eingeengt und
anschlieszligend uumlber 60 g Kieselgel chromatographisch mit Diethylether als Elutionsmittel
gereinigt Einengen der ersten hellgelben Phase unter vermindertem Druck ergibt das
Produkt
Ausbeute 86 g (36 mmol 74) gelbes Oumll
RF-Wert 090 in Diethylether 1H-NMR (200 MHz CDCl3) δ = 136-142 (m 1 H 3-H) 180-197 (m 2 H 9-H)
220-235 (m 1 H 2-H) 266 (t 1 H 10-H) 321-330 (m 2 H 4-H 10-H) 349-352 (m
1 H 11-H) 364-370 (m 2 H 1-H 11-H) 710-731 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 107
Synthese von 23-Bisexomethylen-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 29[53 73]
1
2
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 10 g (42 mmol) $$015 und 24 g (9 mmol) 18-Krone-6 in 100 mL
absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 40 g (710 mmol) gepulvertes Kaliumhydroxid
portionsweise zugegeben Anschlieszligend wird 24 h bei 40 degC geruumlhrt Danach wird die
Reaktionsmischung in 100 mL Eiswasser gegeben Nach Zugabe von 100 mL n-Hexan wird
die organische Phase abgetrennt und die waumlssrige Phase 3 mal mit je 100 mL n-Hexan
extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter
waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die
Loumlsung unter vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der gelbe Ruumlckstand wird mit
50 mL n-Hexan aufgenommen und uumlber Kieselgel mit n-Hexan als Elutionsmittel filtriert
Ausbeute 63 g (37 mmol 90 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 029 in n-Hexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (dd 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Hi 1-H) = 17 Hz
1 H 9-Hi) 211 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 86 Hz 1 H 9-Ha) 383 (s br 2 H 1-H 4-H) 506 (s
br 2 H 10-Hi 11-Hi) 519 (s br 2 H 10-Ha 11-Ha) 705-708 (m 2 H 5-H 8-H) 720-723
(m 2 H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 108
427 Synthese der Hydoxypinzette 38
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α6aα7α9α9aα11α16α17aα18α20α20aα22α)-
566a799a1011161717a182020a2122-hexadecahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 37[53 73]
O
O
O
O
12
34567
6a8910
9a1112
13
1415 16 17
17a18 19 20 2120a
22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 750 mg (233 mmol) 14 150 g (893 mmol) 29 und 300 microL Triethylamin in
15 mL absolutem Toluol und 75 mL absolutem Acetonitril wird in einer Glasampulle dreimal
unter Argon auf -78 degC gekuumlhlt unter Hochvakuum entgast und geschlossen auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und anschlieszligend abgeschmolzen Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Die Ampulle wird 4 Tage bei 170 degC in einem
Roumlhrenofen erhitzt Danach wird die Reaktionsmischung unter vermindertem Druck auf etwa
5 mL eingeengt Der entstandene Feststoff wird abfiltriert und zweimal mit je 5 mL kaltem
Cyclohexan gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 630 mg (094 mmol 41 ) weiszliger Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 155 (d br 2J(24-Hi 24-Ha) = 63 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi)
167 (d br 2J(24-Ha 24-Hi) = 63 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 190-235 (m 16 H 6-H 6a-H
9a-H 10-H 12a-H 17-H 20a-H 21-H 26-H) 229 (s 6 H 28-H 30-H) 285 (s 4 H 7-H
9-H 18-H 20-H) 354 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 680-684 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 709-712 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 109
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 13[53 73]
O
O
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 04 g (06 mmol) 37 und 10 g (44 mmol) 23-Dichlor-56-dicyano-p-
Benzochinon (DDQ) in 15 mL absolutem Toluol werden unter Argon in einem auf 120 degC
vorgeheiztem Oumllbad 2 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf etwa 60 degC werden
03 mL 14-Cyclohexadien zugegeben und 5 min bei 60 degC geruumlhrt Das entstandene DDQH2
wird abfiltriert und zweimal mit 2 mL Methylenchlorid gewaschen Das Filtrat wird unter
vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der Ruumlckstand wird in 3 mL
Methylenchlorid aufgenommen und saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit
Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv als Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 032 g (05 mmol 82 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 038 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-253 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 235 (s 6 H
28-H 30-H) 399 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 406 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H)
668-678 (m 4 H 2-H 3-H 13-H 14-H) 705-710 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 714 (s
4 H 28-H 30-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 110
Synthese von 819-Dihydroxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 38[53 73]
OH
OH
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
Zu einer Suspension aus 100 mg (27 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Suspension aus 210 mg (032 mmol) 13 in 15 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Die Reaktionsmischung wird 5 h unter Ruumlckfluss
geruumlhrt Danach werden unter Argon bei 0 degC 15 mL gesaumlttigte waumlssrige Ammoniumchlorid-
Loumlsung zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung mit 1 M waumlssrigen Salzsaumlure
auf pH 1 eingestellt und dreimal mit 50 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 50 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen mit Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck bis zur Trockene
eingeengt
Ausbeute 180 mg (032 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-244 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 406 (s 4 H
5-H 11-H 16-H 22-H) 417 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 670-678 (m 4 H 2-H 3-H
13-H 14-H) 704-708 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 713 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 111
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11
Synthese von 819-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-
(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-octahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 39
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
P
P
OO
OO
27
28
29
30
Zu einer Loumlsung aus 82 mg (0144 mmol) 38 und 48 mg (036 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC
060 mL (043 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren bei 0 degC und 1 h Ruumlhren bei
Raumtemperatur werden 3 mL absolutes Methanol zugegeben und danach 16 h bei
Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit Chloroform Aceton =
201 vv an Kieselgel gereinigt Eventuell im Produkt verbleibende Reste an
Methylphosphonsaumluredimethylester werden durch Trocknen unter Hochvakuum bei 50 degC
entfernt
Ausbeute 60 mg (0080 mmol 56 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 062 in Chloroform Aceton = 31 vv 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 162 (d 2J(27-H P) = 179 Hz 6 H 27-H 28-H)
230-240 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 252 254 (2 d 3J(29-H P) = 113 Hz 6 H
29-H 30-H) 404 407 (2 d 3J(5-H 26-H) = 70 Hz 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 426 436
(2 d 3J(7-H 25-H) = 43 Hz 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 666-682 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 695-708 (m 4-H 1-H 4-H 12-H 15-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) 2907 (s) 13C-NMR (755 MHz CDCl3) δ = 115 (2 d 1J(C P) = 1481 Hz C-27 C-28) 487 489
(2 d C-7 C-9 C-18 C-20) 512 (s br C-29 C-30) 521 522 (2 s C-5 C-11 C-16 C-22)
4 Experimenteller Teil 112
678 (m C-24 C-25) 689 (m C-23 C-26) 1167 1176 (2 d C-6 C-10 C-17 C-21) 1210
1211 (2 d C-1 C-4 C-12 C-15) 1246 1248 (2 d C-2 C-3 C-13 C-14) 1363 (s C-8
C-19) 1422 1424 (2 d 3J(C P) = 170 Hz C-7a C-8a C-18a C-19a)
MS (ESI MeOH) mz 752 [M + H+]+ 773 [M + Na+]+ 789 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C46H41O6P2 7512373 gef 7512374
Synthese von Bis(Lithium)-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen-819-bismethylphosphonat 11
O
O
P
P
OOLi
OLiO
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
27
28
Eine Loumlsung aus 300 mg (399 micromol) 39 und 10 mg (115 micromol) trockenem Lithiumbromid in
100 mL absolutem Acetonitril wird 16 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird der entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL
absolutem Acetonitril gewaschen und im Hochvakuum getrocknet Sollte die Spaltung der
Methylester noch nicht vollstaumlndig sein wird das Produkt erneut 16 h mit 10 mg (115 micromol)
trockenem Lithiumbromid umgesetzt
Ausbeute 234 mg (319 micromol 80 ) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 130 (d 2J(27-H P) = 162 Hz 6 H 27-H 28-H) 231 (d 2J(24-Ha 24-Hi) = 80 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 233-236 (m 4 H 23-H 26-H) 247 (d 2J(24-Hi 24-Ha) = 76 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi) 416 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 438 (s
4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 629 (s br 2-H 3-H 13-H 14-H) 701-704 (m 4 H 1-H 4-H
12-H 15-H) 729 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H) 31P-NMR (810 MHz D2O) δ = 2599 (s) 13C-NMR (1256 MHz Methanol-d4) δ = 134 (d 1J(C P) = 1384 Hz C-27 C-28) 500 (s
C-7 C-9 C-18 C-20) 524 (s C-5 C-11 C-16 C-22) 689 (s C-24 C-25) 694 (s C-23
4 Experimenteller Teil 113
C-26) 1173 (s C-6 C-10 C-17 C-21) 1220 (s C-1 C-4 C-12 C-15) 1258 (s C-2 C-3
C-13 C-14) 1389 (d 2J(C P) = 81 Hz C-8 C-19) 1428 (s C-7a C-8a C-18a C-19a)
1486 (s C-6a C-9a C-17a C-20a) 1493 (s C-5a C-10a C-16a C-21a) 1520 (s C-4a
C-11a C-15a C-22a)
MS (ESI MeOH) mz 360 [M ndash 2Li+]2- 727 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C44H34O6LiP2 7271985 gef 7271985
43 NMR-Titrationen
431 Durchfuumlhrung
NMR-Titrationen mit gleichbleibender Gast-Konzentration
Zehn NMR-Roumlhrchen werden mit der gleichen Menge einer Loumlsung des Gastes in
deuteriertem Loumlsungsmittel befuumlllt Danach wird die Wirt-Loumlsung (ebenfalls in deuteriertem
Loumlsungsmittel) in Schritten mit steigenden Volumina zu den Roumlhrchen Nr 2-10 zutitriert
Anschlieszligend werden alle Roumlhrchen mit Loumlsungsmittel auf das gleiche Endvolumen
aufgefuumlllt um eventuelle Verduumlnnungseffekte des Gastes auszuschlieszligen Das Roumlhrchen Nr 1
dient als Referenz Die Konzentration des Gastes sollte idealerweise etwa dem Kehrwert der
zu bestimmende Bindungskonstante entsprechen
Zusaumltzlich wurde immer ein Roumlhrchen mit einem 11 Gemisches des Gastes der
Modellverbindung 27 oder 29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel und dem gleichen
Konzentrationsbereich vermessen um eine eventuelle Wechselwirkung ausschlieszligen zu
koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Titration mit gleichbleibender Gast-Konzentration durchgefuumlhrt wurde sind unten
die Konzentrationen der Gast- und der Wirt-Loumlsungs die jeweiligen zutitrierten Volumina
sowie die zusaumltzlich zugegebene Menge Loumlsungsmittel und die beobachteten Signale
aufgelistet Die berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte
bei den beobachtete Signale vermerkt
4 Experimenteller Teil 114
Verduumlnnungstitrationen
Wirt und Gast werden in annaumlhernd 11 Aumlquivalenten in deuteriertem Loumlsungsmittel geloumlst
Von der Loumlsung wird ein NMR-Spektrum aufgenommen Anschlieszligend wird die Loumlsung mit
deuteriertem Loumlsungsmittel mehrmals verduumlnnt Von einer Wirt- sowie einer Gast-Loumlsung mit
gleicher Konzentration wie die Komplex-Loumlsung wird ebenfalls ein NMR-Spektrum
aufgenommen und auf Shifts der Signale auf Grund der Verduumlnnung uumlberpruumlft Es koumlnnen nur
Signale ausgewertet werden die keinen Shift bei der Verduumlnnung zeigen Auch im Falle einer
Verduumlnnungstitration wird eine 11 Mischung vom Gast und der Modellverbindung 27 oder
29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel vermessen um eine eventuelle
Wechselwirkung ausschlieszligen zu koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Verduumlnnungstitration durchgefuumlhrt wurde sind unten die Einwaagen des Gastes
und Wirtes aufgefuumlhrt die Verduumlnnungsschritte der Stammloumlsung (Probe Nr 1) mit der
Menge Loumlsungsmittel mit der verduumlnnt wurde sowie die beobachteten Signale Die
berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte bei den
beobachteten Signale vermerkt
JOB-Plots
Der Molenbruch des Gastes wurde aus den Konzentrationen der entsprechenden
NMR-Titration berechnet und aufgetragen gegen den Molenbruch des Gastes multipliziert mit
∆δ[79 193 194]
4 Experimenteller Teil 115
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxythymidin 60
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0370 mg (1526 micromol) 2rsquo-Deoxythymidin 60 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 500 30510-3 13810-3 76106 62600 18545 76747 73326 1 25 500 15310-4 69010-5 75398 62401 18213 76592 73011 2 50 500 30510-4 13810-4 74923 62246 17929 76503 73000 3 75 500 45810-4 20710-4 74735 62180 17860 76481 72867 4 125 500 76310-4 34510-4 74448 62069 17672 76426 72801 5 250 500 15310-3 69010-4 74072 61914 17451 76339 72679 6 500 500 30510-3 13810-3 73751 61760 17263 76194 72525
∆δsat (ppm) 06184 plusmn 2
02379 plusmn 2
03495 plusmn 3
00617 plusmn 5
00869 plusmn 5
Ka (molL) 2701 plusmn 6
1707 plusmn 7
2184 plusmn 10
2162 plusmn 16
3064 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 116
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminhydrochlorid 75
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 10 und
0078 mg (0818 micromol) Thiaminhydrochlorid 75 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 500 28310-3 13810-3 55294 76747 73326 1 25 500 14210-4 69010-5 52255 76161 72602 2 50 500 28310-4 13810-4 51768 75995 72536 3 75 500 42510-4 20710-4 51746 75973 72414 4 125 500 70810-4 34510-4 51326 75884 72381 5 250 500 14210-3 69010-4 51127 75796 72326 6 500 500 28310-3 13810-3 51039 75741 72292
∆δsat (ppm) 08954 plusmn 2
01048 plusmn 2
01063 plusmn 2
Ka (molL) 23100 plusmn 12
12120 plusmn 9
20470 plusmn 13
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
He
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030 00035
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 117
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
Hc
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
OH
4 Experimenteller Teil 118
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NADP 57
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
1061 mg (1427 micromol) NADP 57 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 600 23810-3 11510-3 94309 92695 82991 76957 76747 733261 30 600 11910-4 57610-5 93447 88223 81535 76741 75990 726532 60 600 23810-4 11510-4 93330 87818 81071 76323 75154 718953 90 600 35710-4 17310-4 93252 87635 80875 76140 74867 715364 150 600 59510-4 28810-4 93238 87511 80653 75801 74129 707725 300 600 11910-4 57610-4 - - - 75311 73255 698576 600 600 23810-3 11510-3 93193 87347 80470 74665 72811 69460
∆δsat (ppm) 02375 plusmn 1
1120 plusmn 0
05602 plusmn 2
04002 plusmn 7
05461plusmn 5
05575plusmn 7
Ka (molL) 41840 plusmn 12
66450 plusmn 2
14750 plusmn 12
769 plusmn 13
1893 plusmn 14
1669 plusmn 16
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OOH
OPOO-
O
P O-HOO
PO
OOHO
N+
NH2
O
Ha
Hb
Hc
OHOH
4 Experimenteller Teil 119
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyguanosin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0416 mg (1459 micromol) 2rsquo-Deoxyguanosin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 24310-3 - 80212 63408 1 30 600 12210-4 57710-5 79910 63203 2 60 600 24310-4 11510-4 79848 63070 3 90 600 36510-4 17310-4 79650 63012 4 150 600 60810-4 28910-4 79511 62896 5 300 600 12210-3 57710-4 79303 62717 6 600 600 24310-3 11210-3 79124 62532
∆δsat (ppm) 03033 plusmn 5
02480 plusmn 4
Ka (molL) 2000 plusmn 13
1718 plusmn 9
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hc
HeHd
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
4 Experimenteller Teil 120
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyadenosin 55
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0239 mg (0922 micromol) 2rsquo-Deoxyadenosin 55 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 500 18410-3 13810-3 82903 82096 64556 76957 76747 733261 25 500 92210-5 69010-5 81599 81355 64059 76514 76238 727012 50 500 18410-4 13810-4 80980 80980 63826 76426 76117 725253 75 500 27710-4 20710-4 80836 80692 63694 76393 76072 724364 125 500 46110-4 34510-4 80615 80261 63517 76316 76017 722925 250 500 92210-4 69010-4 80316 79709 63275 76205 75818 720946 500 500 18410-3 13810-3 80051 79289 62997 76050 75663 72884
∆δsat (ppm) 05955 plusmn 1
03318 plusmn 2
02660 plusmn 3
01308 plusmn 6
01602plusmn 6
01662plusmn 4
Ka (molL) 5771 plusmn 3
6068 plusmn 6
4115 plusmn 8
10300 plusmn 25
9076 plusmn 25
7710 plusmn 14
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
NH
N
N
O
NH2N
O
OH Hb
HO
Ha
4 Experimenteller Teil 121
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OH Hc
HO
Ha
Hb
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
HfHe
4 Experimenteller Teil 122
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminpyrophosphat 76
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0378 mg (0820 micromol) Thiaminpyrophosphat 76 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 13810-3 11510-3 55147 76747 1 30 600 13810-3 55810-5 53874 76293 2 60 600 13810-3 11510-4 53727 76101 3 90 600 13810-3 17310-4 53539 - 4 150 600 13810-3 22910-4 53329 76037 5 300 600 13810-3 65810-4 53031 75963 6 600 600 13810-3 11510-3 52765 75940
∆δsat (ppm) 03144 plusmn 5
01308 plusmn 6
Ka (molL) 17850 plusmn 22
10300 plusmn 25
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
O PO
O
PHO
OH
O
HO
4 Experimenteller Teil 123
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyuridin 61
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0220 mg (0965 micromol) 2rsquo-Deoxyuridin 61 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 16110-3 - 62339 58324 1 30 600 80510-5 57710-5 - 56402 2 60 600 16110-4 11510-4 62005 55505 3 90 600 24110-4 17310-4 61877 54730 4 300 600 80410-4 57710-4 61446 51885 5 600 600 16110-3 11210-3 61286 51079
∆δsat (ppm) 1465 plusmn 5
02384 plusmn 6
Ka (molL) 3012 plusmn 12
1922 plusmn 16
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
4 Experimenteller Teil 124
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxycytidin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0194 mg (0793 micromol) 2rsquo-Deoxycitidin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 13210-3 - 78492 63008 60741 1 30 600 66110-5 57710-5 77209 62665 58807 2 60 600 13210-4 11510-4 - 62481 57873 3 90 600 19810-4 17310-4 76527 62381 57319 4 250 600 33010-4 28910-4 76096 62239 56595 5 300 600 66110-4 57710-4 75615 62074 55775 6 600 600 13210-3 11510-3 75244 61945 55133
∆δsat (ppm) 04738 plusmn 2
01646 plusmn 1
08499 plusmn 1
Ka (molL) 8545 plusmn 8
6332 plusmn 4
7197 plusmn 3
NH
O
ON
O
OH Hb
HOHa
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 125
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit A2E 58
Stammloumlsung 0564 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0350 micromol A2E 58 in 1000 microL Methanol-d4 D2O = 31 vv
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 1000 35010-4 - 865231 100 1000 35010-5 52410-5 856892 150 1000 62910-5 94410-5 850983 250 1000 87410-5 13110-4 848644 500 1000 17510-4 26210-4 835135 1000 1000 35010-4 52410-4 82533
∆δsat (ppm) 09207 plusmn 10
Ka (molL) 2125 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
N
NH2
O
Ha
Hc
4 Experimenteller Teil 126
Titration von Wirt 10 mit Folsaumlure 72
Wirtloumlsung 0768 mg (071410-6 mol) Wirt 10 in 400 microL D2O
Gastloumlsung 0457 mg (103610-6 mol) Folsaumlure 72 in 4200 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 600 0 800 18510-4 0 878401 600 10 800 18510-4 22310-5 871542 600 20 800 18510-4 44610-5 865753 600 40 800 18510-4 89210-5 855644 600 60 800 18510-4 13410-4 845225 600 80 800 18510-4 17810-4 838046 600 170 800 18510-4 37910-4 82195
∆δsat (ppm) 06875 plusmn 2
Ka (molL) 20230 plusmn 12
C(Gast) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
N+
Ha
HO
4 Experimenteller Teil 127
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit FAD 71
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0587 mg (0678 micromol) FAD 71 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 96810-4 10210-3 78393 76957 73326 1 35 700 48410-5 50910-5 78303 76711 72957 2 70 700 96810-5 10210-4 78202 76663 72885 3 105 700 14510-4 15310-4 78184 76645 72879 4 175 700 24210-4 25210-4 78045 76548 72758 5 700 700 96810-4 10210-3 77604 76271 72269
∆δsat (ppm) 02112 plusmn 8
01048 plusmn 11
01672 plusmn 15
Ka (molL) 908 plusmn 14
5378 plusmn 30
4435 plusmn 38
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
Ha
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 128
C(Klammer) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa - berechnet
P
O
O
PO
LiO
O
OLi
Hb
Hc
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
Ha
4 Experimenteller Teil 129
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit AMP $G026
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) AMP $G026 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 14410-3 - 823171 25 500 71810-5 71310-5 821842 50 500 14410-4 14310-4 820963 75 500 21510-4 21410-4 820524 100 500 28710-4 28510-4 819195 125 500 35910-4 35610-4 818756 250 500 71810-4 71310-4 816157 500 500 14410-3 14310-4 81477
∆δsat (ppm) 01881 plusmn 10
Ka (molL) 1126 plusmn 19
N
NN
N
NH2
O
OH
OPNaOONa
OHa
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb - berechnet∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 130
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 384721 30 600 60210-5 59410-5 363392 60 600 12010-4 11910-4 352453 90 600 18010-4 17810-4 348364 300 600 60210-4 59410-4 324935 600 600 12010-3 11910-3 32548
∆δsat (ppm) 08087 plusmn 7
Ka (molL) 7940 plusmn 22
N+
NCHa
3
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 131
Titration von Wirt 10 mit N-Methylthiazoliumiodid 74
Wirtloumlsung 1535 mg (142510-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0524 mg (230710-6 mol) N-Methylthiazoliumiodid 74 in 250 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 25 0 700 33010-4 0 429601 25 10 700 33010-4 31310-5 425562 25 20 700 33010-4 62710-5 421283 25 30 700 33010-4 94010-5 416674 25 40 700 33010-4 12510-4 413025 25 50 700 33010-4 15710-4 407526 25 60 700 33010-4 18810-4 403817 25 80 700 33010-4 25110-4 392228 25 120 700 33010-4 37610-4 383269 25 200 700 33010-4 62710-4 35176
∆δsat (ppm) 1758 plusmn 17
Ka (molL) 1267 plusmn 29
N+
S
Ha3C
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 132
N+
O
OHOH He
OP-OOH
O
NH2
O
Ha
Hc
Hd
Hb
Titration von Wirt 10 mit NMN 54
Wirtloumlsung 1512 mg (140410-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0314 mg (093910-6 mol) NMN 54 in 1000 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 700 13410-4 0 95766 93565 90371 83429 62418 1 100 10 700 13410-4 30910-5 95714 93330 89823 82782 62242 2 100 20 700 13410-4 61710-5 95492 93082 89372 82266 62151 3 100 30 700 13410-4 92610-5 95407 92951 89130 82012 62092 4 100 40 700 13410-4 12310-4 95341 92860 88948 81783 62046 5 100 50 700 13410-4 15410-4 95165 92677 88654 81424 62001 6 100 80 700 13410-4 24710-4 95034 92455 88157 80856 61916 7 100 120 700 13410-4 37010-4 94754 92128 87504 80203 61756 8 100 200 700 13410-4 61710-4 94525 91743 86884 - 61648
∆δsat (ppm) 01970 plusmn 10
02494 plusmn 6
04572 plusmn 6
04442 plusmn 10
00890 plusmn 9
Ka (molL) 3277 plusmn 22
4882 plusmn 16
5912 plusmn 17
9043 plusmn 29
10690 plusmn 33
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 133
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Koffein 70
Stammloumlsung 0390 mg (0362 micromol) Wirt 10 und
0143 mg (0736 micromol) Koffein 70 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 39895 35712 33889 1 35 700 52610-5 25710-5 35940 34134 33231 2 70 700 10510-4 51710-5 35160 33783 33073 3 105 700 15810-4 77110-5 34730 33608 32994 4 140 700 21010-4 10310-4 34415 33468 32924 5 175 700 26310-4 12910-4 34309 33415 32898 6 350 700 52610-4 25710-4 33573 33029 32661 7 700 700 10510-3 51710-4 33590 33038 32670
∆δsat (ppm) 1364 plusmn 2
05839 plusmn 2
02717 plusmn 3
Ka (molL) 36800 plusmn 9
29730 plusmn 11
21490 plusmn 15
N
N N
N
O CHa3
Hb3C
OCHc
3
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 134
Verduumlnnungstitration von Wirt 24 mit AZT 68
Stammloumlsung 0433 mg (0714 micromol) Wirt 24 und
0190 mg (0717 micromol) AZT 68 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 76200 61936 16839 1 30 600 59810-5 59510-5 75022 61461 18059 2 60 600 12010-4 11910-4 74050 61096 17650 3 90 600 17910-4 17910-5 73011 60688 17219 4 120 600 23910-4 23810-4 72259 60389 16865 5 150 600 29810-4 29810-4 71696 60179 16622 6 300 600 59810-4 59510-4 68269 58752 14842 7 600 600 12010-3 11910-3 62464 57659 13759
∆δsat (ppm) 3116 plusmn 6
1245 plusmn 8
1400 plusmn 11
Ka (molL) 707 plusmn 11
696 plusmn 14
730 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
N3Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 135
Titration von Wirt 24 mit 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69
Wirtloumlsung 1593 mg (262910-6 mol) Wirt 24 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0435 mg (194410-6 mol) 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 in 750 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δf (ppm)
0 75 0 600 32410-4 0 76417 69692 64877 59824 18810 1 75 10 600 32410-4 67410-5 76312 69632 64790 59765 18719 2 75 20 600 32410-4 13510-4 76110 69536 64758 59693 18545 3 75 30 600 32410-4 20210-4 75973 69454 64699 59623 18426 4 75 40 600 32410-4 27010-4 75798 99376 64634 59559 18274 5 75 50 600 32410-4 33710-4 75611 99280 64538 59453 18114 6 75 60 600 32410-4 40410-4 75450 69211 64492 59389 17977 7 75 80 600 32410-4 53910-4 75133 69078 64383 59275 17720 8 75 120 600 32410-4 80910-4 74589 68799 64140 59000 - 9 75 200 600 32410-4 13510-3 73618 68350 63764 58565 16415
∆δsat (ppm) 1645 plusmn 17
06014 plusmn 9
06108 plusmn 18
08318 plusmn 19
1399 plusmn 20
Ka (molL) 160 plusmn 20
226 plusmn 12
174 plusmn 21
138 plusmn 23
160 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
Hb
HON
NH
O
O
He3C
Ha
HcHd
4 Experimenteller Teil 136
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylpyraziniumiodid 50
Stammloumlsung 0713 mg (0971 micromol) Wirt 11 und
0234 mg (1052 micromol) N-Methylpyraziniumiodid 50 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 17510-3 - 44827 93911 1 60 600 17510-4 16210-4 39025 - 2 90 600 26310-4 24310-4 37953 84130 3 120 600 35010-4 32410-4 37246 83400 4 300 600 87510-4 80910-4 36494 82295 5 600 600 17510-3 16310-3 34936 80029
∆δsat (ppm) 1270 plusmn 5
1737 plusmn 6
Ka (molL) 11070 plusmn 22
12930 plusmn 34
N+
N
CHa3
I-Hb
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 137
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Benzylaminhydrochlorid 77
Stammloumlsung 0531 mg (0640 micromol) Wirt 11 und
0083 mg (0640 micromol) Benzylaminhydrochlorid 77 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 12810-3 - 416111 25 500 64010-5 64010-5 414122 50 500 12810-4 12810-4 414013 75 500 19210-4 19210-4 413024 100 500 25610-4 25610-4 412245 125 500 32010-4 32010-4 411696 250 500 64010-4 64010-4 405397 500 500 12810-3 12810-3 39898
∆δsat (ppm) 1510 plusmn 38
Ka (molL) 115 plusmn 45
Ha2C
NH3Cl
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 138
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 11 und
0078 mg (0818 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29908 17049 10022 1 35 700 58410-5 58410-5 28628 15761 09136 2 70 700 11710-4 11710-4 27646 14771 08444 3 105 700 17510-4 17510-4 26725 13878 07803 4 140 700 23410-4 23410-4 25989 - 07295 5 350 700 58410-4 58410-4 22508 09566 04857 6 700 700 11710-3 11710-3 19649 06734 02814
∆δsat (ppm) 2651 plusmn 2
2642 plusmn 3
1884 plusmn 2
Ka (molL) 891 plusmn 4
912 plusmn 6
867 plusmn 22
C(Wirt) [molL]00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
018
020
δ∆aδ∆a (berechnet)
Hc3C
Hb2
CCHa
2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 139
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0539 mg (0734 micromol) Wirt 11 und
0070 mg (0734 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 28821 10199 1 35 700 52610-5 52610-5 25940 08779 2 70 700 10510-4 10510-4 24066 07771 3 105 700 15810-4 15810-4 22215 06787 4 140 700 21010-4 21010-4 20947 06104 5 175 700 26310-4 26310-4 19788 05481
∆δsat (ppm) 3451 plusmn 6
2006 plusmn 5
Ka (molL) 1826 plusmn 8
1534 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
Hb3C C
Ha2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 140
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Adrenalinhydrochlorid 79
Stammloumlsung 0689 mg (0938 micromol) Wirt 11 und
0206 mg (0938 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 79 in 750 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (mol_)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 750 12510-3 - 33029 27961 1 375 750 62510-5 62510-5 32538 27462 2 75 750 12510-4 12510-4 32126 27041 3 1125 750 18810-4 18810-4 31767 26611 4 150 750 25010-4 25010-4 31451 26260 5 1875 750 31310-4 31310-4 31074 25875 6 375 750 62510-4 62510-4 29417 24305 7 750 750 11710-3 11710-3 27628 22472
∆δsat (ppm) 2149 plusmn 8
2017 plusmn 4
Ka (moll) 364 plusmn 11
416 plusmn 6
OH
OHOH
Ha2CNH2Cl
Hb3C
C(Wirt) [molL]
000000 000005 000010 000015 000020 000025 000030
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
10
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 141
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Propanololhydrochlorid 82
Stammloumlsung 0633 mg (0862 micromol) Wirt 11 und
0255 mg (0862 micromol) Propanololhydrochlorid 82 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12310-3 - 137191 60 600 12310-4 12310-4 129682 90 600 18510-4 18510-4 127693 120 600 24610-4 24610-4 125924 150 600 30810-4 30810-4 124265 600 600 12310-3 12310-3 11133
∆δsat (ppm) 05482 plusmn 3
Ka (molL) 1361 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
HO
ClH2N
Ha3C CHa
3
4 Experimenteller Teil 142
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Noradrenalinhydrochlorid 80
Stammloumlsung 0612 mg (0833 micromol) Wirt 11 und
0171 mg (0833 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 80 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 320841 70 700 11910-5 11910-5 319182 105 700 17910-4 17910-4 317973 140 700 23810-4 23810-4 317414 175 700 29810-4 29810-4 316645 350 700 59510-4 59510-4 312256 700 700 11910-4 11910-4 30692
∆δsat (ppm) 09012 plusmn 17
Ka (molL) 184 plusmn 22
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
OH
OHOH
Ha2CNH3Cl
4 Experimenteller Teil 143
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Dopaminhydrochlorid 81
Stammloumlsung 0603 mg (0821 micromol) Wirt 11 und
0156 mg (0821 micromol) Dopaminhydrochlorid 81 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29058 32562 68726 1 35 700 58610-5 58410-5 28010 31257 68433 2 70 700 11710-4 11710-4 27051 29988 68217 3 105 700 17610-4 17510-4 26308 29169 68012 4 140 700 23510-4 23410-4 25618 28262 67897 5 175 700 29310-4 29310-4 25109 27484 67655 6 350 700 58610-4 58410-4 22161 - 66889 7 700 700 11710-3 11710-3 20464 21757 66503
∆δsat (ppm) 2169 plusmn 9
2670 plusmn 2
05658 plusmn 12
Ka (molL) 989 plusmn 16
975 plusmn 3
988 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δa∆δa (berechnet)
CHb2
OHOH
Ha2CNH3Cl
Hc
4 Experimenteller Teil 144
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylnicotinamidiodid 51
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0231 mg (0875 micromol) N-Methylnicotinamidiodid 51 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 92629 89567 88860 81565 44540 1 70 700 12510-4 12510-4 90363 88119 86638 80140 41545 2 105 700 18810-4 18810-4 89435 87799 85456 79598 40550 3 140 700 25010-4 25010-4 88749 87589 84450 79200 39721 4 175 700 31310-4 31310-4 88208 87412 83809 78891 39069 5 350 700 62510-4 62510-4 85378 86495 79996 77332 35124 6 700 700 12510-3 12510-3 84063 86163 78261 76658 33278
∆δsat (ppm) 1870 plusmn 9
05524 plusmn 5
2657 plusmn 13
1001 plusmn 8
2576 plusmn 10
Ka (molL) 1364 plusmn 18
3685 plusmn 15
969 plusmn 5
1667 plusmn 18
1195 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N+
NH2
O
CHe3
Ha
Hb
Hd
HcI-
4 Experimenteller Teil 145
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1940 mg (264210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0632 mg (166710-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
700 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 70 0 600 23810-4 0 39983 18159 16721 1 70 10 600 23810-4 58110-5 39228 16510 13134 2 70 20 600 23810-4 11610-4 38290 14500 13177 3 70 30 600 23810-4 17410-4 37685 13099 13099 4 70 40 600 23810-4 23210-4 36738 11170 09724 5 70 60 600 23810-4 34810-4 35484 08549 07000 6 70 80 600 23810-4 46510-4 34871 07216 05734 7 70 120 600 23810-4 69710-4 34485 06024 04638 8 70 180 600 23810-4 10510-3 34257 05366 04042
∆δsat (ppm) 06808 plusmn 7
1547 plusmn 6
1472 plusmn 5
Ka (molL) 7988 plusmn 29
6778 plusmn 23
8762 plusmn 24
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 146
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1074 mg (146310-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0379 mg (100010-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
400 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 16710-4 0 39943 18119 16900 1 40 10 600 16710-4 37510-5 39251 16726 15453 2 40 20 600 16710-4 75010-5 38797 15819 14362 3 40 30 600 16710-4 11310-4 38087 14060 13093 4 40 40 600 16710-4 15010-4 37629 13121 11641 5 40 50 600 16710-4 18810-4 37011 11953 10363 6 40 60 600 16710-4 22510-4 36516 10913 09332 7 40 160 600 16710-4 30010-4 36086 09144 07958
∆δsat (ppm) 1002 plusmn 25
4093 plusmn 26
3292 plusmn 27
Ka (molL) 2811 plusmn 44
1077 plusmn 36
1519 plusmn 40
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 147
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1084 mg (147710-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0419 mg (104810-6 mol) RGD 86 in 400 microL D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 17510-4 0 32772 19855 17361 1 40 10 600 17510-4 37910-5 31561 19719 16872 2 40 20 600 17510-4 75710-5 30376 19236 16124 3 40 30 600 17510-4 11410-4 29229 19056 15528 4 40 40 600 17510-4 15210-4 28204 18734 15010 5 40 50 600 17510-4 18910-4 27083 18547 14488 6 40 60 600 17510-4 22710-4 - 18289 14017 7 40 80 600 17510-4 30310-4 - 17793 13077 8 40 120 600 17510-4 45410-4 21092 17071 11357 9 40 180 600 17510-4 68210-3 - 16330 07692
∆δsat (ppm) 4578 plusmn 3
08838 plusmn 11
2022 plusmn 6
Ka (molL) 836 plusmn 4
1109 plusmn 17
1012 plusmn 9
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 148
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1006 mg (137010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0400 mg (100010-6 mol) RGD 86 in 1000 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 16710-4 0 32682 19320 17291 1 100 10 600 16710-4 35110-5 31562 19134 16600 2 100 20 600 16710-4 70310-5 30608 18904 16113 3 100 30 600 16710-4 10510-4 29693 18680 15595 4 100 40 600 16710-4 14110-4 28637 18430 15000 5 100 50 600 16710-4 17610-4 27773 18206 14648 6 100 60 600 16710-4 21110-4 27037 17969 14091 7 100 80 600 16710-4 28110-4 - 17566 13394 8 100 120 600 16710-4 42210-4 - 16894 11736 9 100 200 600 16710-4 70310-3 - 15979 10034
∆δsat (ppm) 3413 plusmn 22
09234 plusmn 10
1502 plusmn 5
Ka (molL) 1092 plusmn 28
901 plusmn 15
1532 plusmn 5
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 149
Titration von Wirt 11 mit (S)-Glycinyl-(S)-argininyl-(S)-glycinyl-(S)-glycin (GRGG) 87
Wirtloumlsung 1135 mg (154610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0673 mg (117510-6 mol) GRGG2TFA 87 in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 19610-4 0 32543 19241 18525 1 100 10 600 19610-4 39610-5 30751 18770 17914 2 100 20 600 19610-4 79310-5 28394 18150 17279 3 100 30 600 19610-4 11910-4 26627 17663 16724 4 100 40 600 19610-4 15910-4 24618 17121 16101 5 100 50 600 19610-4 19810-4 - 16590 15521 6 100 60 600 19610-4 23810-4 21114 16187 15015 7 100 80 600 19610-4 31710-4 18265 15377 - 8 100 120 600 19610-4 47610-4 - - 12746 9 100 180 600 19610-4 71310-3 - 11964 10569
∆δsat (ppm) 7461 plusmn 15
2213 plusmn 4
2058 plusmn 7
Ka (molL) 857 plusmn 20
755 plusmn 5
972 plusmn 10
HN
NH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 150
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-alaninyl-(S)-alanin (KAA) 88
Wirtloumlsung 0878 mg (119610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0406 mg (100010-6 mol) KAACH3COOH 88 in 200 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (KAA 71)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 20 0 600 16410-4 0 39096 18894 1 20 10 600 16410-4 36910-5 38994 18557 2 20 20 600 16410-4 79310-5 38924 18302 3 20 30 600 16410-4 11910-4 38841 18112 4 20 40 600 16410-4 15910-4 38765 17807 5 20 50 600 16410-4 19810-4 38702 17622 6 20 60 600 16410-4 23810-4 38619 17298 7 20 80 600 16410-4 31710-4 38466 16910 8 20 120 600 16410-4 47610-4 38282 16166 9 20 200 600 16410-4 71310-3 37913 -
∆δsat (ppm) 02920 plusmn 6
1030 plusmn 14
Ka (molL) 1242 plusmn 9
1116 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hb2C
NH2
HN
OOH
OHa
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 151
Titration von Wirt 11 mit tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
Wirtloumlsung 1022 mg (139210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0295 mg (109410-6 mol) tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
in 500 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δb (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 600 18210-4 0 70658 31722 30421 1 100 10 600 18210-4 35710-5 69926 31545 30376 2 100 20 600 18210-4 71410-5 69124 31406 30238 3 100 30 600 18210-4 10710-4 - 31254 30054 4 100 40 600 18210-4 14310-4 67555 31128 29909 5 100 50 600 18210-4 17910-4 66920 30995 29764 6 100 60 600 18210-4 21410-4 66162 30837 29606 7 100 80 600 18210-4 28610-4 65057 30604 29366 8 100 120 600 18210-4 42810-4 62708 30124 28905 9 100 180 600 18210-4 71410-4 68932 29461 28299
∆δsat (ppm) 3764 plusmn 4
06543 plusmn 5
07925 plusmn 24
Ka (molL) 688 plusmn 5
817 plusmn 7
565 plusmn 33
C(Wirt) [moll]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa - gemessen∆δa - berechnet∆δb - gemessen∆δb - berechnet
HN
O
OO
O
NH
N
Ha
HbHc
4 Experimenteller Teil 152
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0208 mg (0875 micromol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 700 microL
D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 442851 35 700 62510-5 62510-5 427622 70 700 12510-4 12510-4 422663 105 700 18810-4 18810-4 419304 140 700 25010-4 25010-4 419115 175 700 31310-4 31310-4 418306 350 700 62510-4 62510-4 416807 700 700 12510-3 12510-3 41244
∆δsat (ppm) 03580plusmn 4
Ka (molL) 23010 plusmn 18
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
4 Experimenteller Teil 153
Titration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Wirtloumlsung 1130 mg (154010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0239 mg (100110-6 mol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 500
microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 50 0 600 16710-4 0 44199 19278 18000 1 50 10 600 16710-4 34210-5 43837 18238 16960 2 50 20 600 16710-4 68410-5 43250 16714 15572 3 50 30 600 16710-4 10310-4 42994 15865 - 4 50 40 600 16710-4 13710-4 42627 - - 5 50 60 600 16710-4 20510-4 41981 12892 11921 6 50 80 600 16710-4 27410-4 - 11774 10718 7 50 120 600 16710-4 41010-4 40905 09978 09007 8 50 200 600 16710-4 61610-3 40442 08682 07963
∆δsat (ppm) 05677 plusmn 8
1572 plusmn 8
1454 plusmn 10
Ka (molL) 3993 plusmn 20
4295 plusmn 19
4730 plusmn 27
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
HcHb
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 154
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-lysinyl-(S)-leucinyl-(S)-valinyl-(S)-
phenylalaninyl-(S)-phenylalanin (KKLVFF) 91
Wirtloumlsung 1367 mg (1013-6 mol) Wirt 11 in 650 microL [25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Gastloumlsung 1107 mg (988310-7 mol) KKLVFF3TFA 91 in 2000 microL [25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 200 0 600 16710-4 0 29643 16809 1 200 10 600 16710-4 35110-5 29351 16548 2 200 20 600 16710-4 70310-5 29109 16097 3 200 30 600 16710-4 10510-4 28995 16014 4 200 40 600 16710-4 14110-4 28791 15766 5 200 50 600 16710-4 17610-4 28652 - 6 200 60 600 16710-4 21110-4 28607 - 7 200 80 600 16710-4 38110-4 - 15556 8 200 120 600 16710-4 42210-4 28505 15524 9 200 200 600 16710-4 70310-4 28499 -
∆δsat (ppm) 01214 plusmn 3
01365 plusmn 6
Ka (molL) 32290 plusmn 21
43310 plusmn 45
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 155
H2NNH
O
Hb2C
CHa2
NH2
Hb2C
CHa2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
pm]
HaHbHa (berechnet)Hb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 156
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysin (KTTK) 89
Wirtloumlsung 0859 mg (1169-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0837 mg (102610-6 mol) KTTK3TFA 89 in 1750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 175 0 600 34210-4 0 39847 18700 1 175 10 600 34210-4 35110-5 39599 18366 2 175 20 600 34210-4 70310-5 39425 18247 3 175 30 600 34210-4 10510-4 39127 17949 4 175 40 600 34210-4 14110-4 38917 17894 5 175 50 600 34210-4 17610-4 38729 17793 6 175 60 600 34210-4 21110-4 38536 17597 7 175 80 600 34210-4 38110-4 38156 17290 8 175 120 600 34210-4 42210-4 37684 17010 9 175 200 600 34210-4 70310-4 36961 16085
∆δsat (ppm) 04061 plusmn 5
04217 plusmn 16
Ka (molL)(21 Komplex)
6821 plusmn 18
4205 plusmn 45
H2NNH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
4 Experimenteller Teil 157
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
007
008
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 158
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysinyl-(S)-serin (KTTKS) 90
Wirtloumlsung 1111 mg (1513-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0724 mg (800110-7 mol) KTTKS3TFA 90 in 750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 75 0 600 26610-4 0 39518 14881 1 75 10 600 26610-4 19410-5 39318 - 2 75 20 600 26610-4 38810-5 38848 11067 3 75 30 600 26610-4 58210-5 - 10165 4 75 40 600 26610-4 77610-5 38439 09121 5 75 50 600 26610-4 97010-5 38204 07755 6 75 60 600 26610-4 11610-4 37882 06000 7 75 80 600 26610-4 15510-4 37746 04300 8 75 120 600 26610-4 23310-4 37136 01300 9 75 180 600 26610-4 34910-4 36722 -
∆δsat (ppm) 03903 plusmn 8
2620 plusmn 15
Ka (molL)(21 Komplex)
4998 plusmn 24
3307 plusmn 33
H2N NH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
OH
O
OH
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 159
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln
10 100 1000 10000 und 10900 Aumlquivalente deuteriertes DMSO werden zu 600 microL einer
aumlquimolaren Loumlsung aus Wirt 11 und Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 25
mmolL Na2HPO4NaH2PO4-Puffer (pH 7) in D2O gegeben (2 10-4 M) sowie zu eine
Referenzloumlsung die nur Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 enthaumllt (gleiche
Konzentration) Die kleinen Veraumlnderungen der chemischen Verschiebung in der
Referenzloumlsung wurden von den groumlszligeren Effekten im GastWirt-Gemisch abgezogen Diese
Ergebnisse werden in der unten gezeigten Tabelle als ∆δobs angegeben Um die Auswirkung
von Acetonitril und Methanol vergleichen zu koumlnnen wurden zu den oben genannten Proben
mit 10 und 100 Aumlquivalenten jeweils 200 microL deuteriertes Acetonitril beziehungsweise 200 microL
deuteriertes Methanol zugegeben
0
001
002
003
004
005
006
007
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 160
zugegebenes Loumlsungsmittel
Aumlquivalente ∆δobs (εCH2) ∆δobs (βCH2)
DMSO-d6 10 nicht sichtbar (breites Signal) -052 DMSO-d6 100 nicht sichtbar (breites Signal) -047 DMSO-d6 1000 nicht sichtbar (breites Signal) -013 DMSO-d6 10000 -001 -001 DMSO-d6 10900 lt -001 lt -001 Acetonitril-d3 16000 lt -001 lt -001 Methanol-d4 20600 -035 -010
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 441 Das Messgeraumlt
Die Messungen wurden mit einem VP-ITC der Firma MicroCal durchgefuumlhrt Gesteuert wird
das Geraumlt mit der WINDOWSTM-Software MicroCal VPViewer Die fuumlr die Messung
verwendete Spritze (250 microL) ist eine Spezialanfertigung der Firma MicroCal Am unteren
Ende der langen Nadel geht die Spritze in einen kleinen Ruumlhrer uumlber um durch die Drehung
der Spritze die Durchmischung der Loumlsung in der Messzelle zu gewaumlhrleisten Das Volumen
der Messzelle betraumlgt 14211 mL Die Messzelle laumlsst sich mit einer Hamilton-Spritze mit
entsprechend langer Kanuumlle befuumlllen Die Spritze fuumlr das Messgeraumlt wird mit Hilfe eines
kleinen Schlauches und einer weiteren Spritze befuumlllt
4 Experimenteller Teil 161
Abb 41 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
442 Reinigung des Messgeraumltes Die Messzelle muss regelmaumlszligig zuerst mit 200 mL TritonregX100-Loumlsung (1100 verduumlnnt)
und anschlieszligend mit 1 L Wasser gespuumllt werden Bei staumlrkeren Verschmutzungen (wie z B
bei ausgefallenen Substanzen) kann optional eine Reinigung mit 500 mL 2 iger SDS-
Loumlsung und anschlieszligend 15 L Wasser durchgefuumlhrt werden Die Spritze fuumlr die Messungen
muss immer gruumlndlich mit Wasser gespuumllt werden Fuumlr die Hamilton-Spritzen empfiehlt es
sich noch zusaumltzlich mit Ethanol zu spuumllen und anschlieszligend zu trocknen
443 Kalibrierung des Messgeraumltes Das Kalorimeter muss halbjaumlhrlich kalibriert werden wobei die Kalibrierung mittels einer
Reihe elektrischer Standardpulse erfolgt Die beiden Zellen muumlssen dazu mit Wasser gefuumlllt
sein Zur Anpassung der Kalibrierungskonstanten dient ein Mittelwert der aus den
Verhaumlltnissen von gemessener Waumlrmemenge zu theoretisch zu erwartender Waumlrmemenge
uumlber alle Waumlrmeimpulse gebildet wird Die neue Kalibrierungskonstante constneu wird dabei
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
4 Experimenteller Teil 162
durch Multiplikation der alten Konstante constalt mit dem durchschnittlichen Verhaumlltnis von
erwarteter zu gemessener Waumlrmemenge erhalten
PulsederAnzahlWW
constconst gemessen
erwartet
altneu
sumsdot= (Gleichung 41)
Diese Anpassung der Kalibrierungskonstante ist allerdings nur notwendig falls die
gemessenen Waumlrmemengen um mehr als 1 von den erwarteten Waumlrmemengen abweichen
Eine Abweichung wurde bisher noch nicht gefunden
444 Durchfuumlhrung der Messungen
Alle Messungen wurden bei 298 K durchgefuumlhrt Dazu wurde das Thermostat des
Kalorimeters auf 25degC eingestellt Um zu verhindern dass die gemessenen Reaktionswaumlrmen
nicht von Mischungseffekten von verschiedenen Loumlsungsmittel oder von
Verduumlnnungseffekten des Puffers uumlberlagert werden ist es sehr wichtig sowohl den Gast als
auch den Wirt in den gleichen Loumlsungsmittel (gegebenenfalls mit gleichen
Pufferkonzentrationen) zu loumlsen
Bevor die Loumlsungen in die Messzelle bzw in die Spritze gefuumlllt werden koumlnnen muumlssen sie
unter vermindertem Druck und Ruumlhren entgast werden Mit einer Hamiltonspritze wird die
Protein-Loumlsung langsam und ohne Luftblasen in die Messzelle gefuumlllt die vorher mit dem
gleichen Loumlsungsmittel vorgespuumllt wurde Beim Befuumlllen der Spezialspritze mit der
Ligandloumlsung ist ebenfalls darauf zu achten keine Luftblasen in die Spritze zu bekommen Da
sich durch Luftblasenbildung stoumlrende Effekt ergeben koumlnnen empfiehlt es sich bei der
ersten Einspritzung nur eine geringe Menge (5 microL) zu verwenden und erst danach mit der
eigentlichen Messung zu beginnen
Nach dem das Geraumlt die Loumlsungen in der Zelle vollstaumlndig thermostatisiert und die
Heizleistung equilibriert hat kann die eigentliche Messung beginnen Es wurden bis zu 30
Einspritzungen eines Aliquots von je 10 microL durchgefuumlhrt Die Wartezeit zwischen zwei
Einspritzungen haumlngt hauptsaumlchlich davon ab wie lange das System braucht um nach einer
Einspritzung die Basislinie wieder zu stabilisieren dh die Temperaturdifferenz zwischen
Mess- und Referenzzelle auszugleichen Im vorgliegenden Fall liegt dieser Zeitraum bei einer
Ruumlhrgeschwindigkeit von 240 Umdrehungen pro Minute bei etwa 300 bis 360 s Das
verwendete Volumen pro Einspritzung haumlngt von einigen unterschiedlichen Faktoren ab wie
zB Gast- und Wirtkonzentration erwarteter Waumlrmetoumlnung und Bindungskonstante K Bei
4 Experimenteller Teil 163
einer 11 Bindung muumlssen die Konzentrationen so gewaumlhlt werden dass die
Gesamtkonzentration des Gastes in der Messzelle am Ende der Messung mindestens zweimal
so groszlig ist wie die Gesamtkonzentration an Wirt Das bedeutet dass die letzten Signale die
betraumlchtlich hinter dem Aumlquivalenzpunkt liegen nur noch aufgrund von Verduumlnnungseffekten
des Liganden oder unspezifischen Bindungsvorgaumlngen zustande kommen sollten da zu
diesem Zeitpunkt bereits eine nahezu vollstaumlndige Saumlttigung vorliegen sollte Diese
Verduumlnnungswaumlrme muss daher von der eigentlichen Bindungsisothermen subtrahiert werden
Deswegen sollten fuumlr jedes Experiment drei Messungen durchgefuumlhrt werden Einmal nur mit
Gast der in das Loumlsungsmittel titriert wird einmal mit Loumlsungsmittel und Wirtloumlsung und
einmal die eigentliche Titration von der Gast-Loumlsung in die Wirt-Loumlsung Die gemessenen
Waumlrmen der ersten beiden Titrationen werden zur Bestimmung der eigentliche
Komplexierungswaumlrme von der dritte Titration abgezogen
Die Anpassung der Bindungsisothermen an die Messpunkte erfolgte nach der Methode der
kleinsten Fehlerquadrate (least squares fit) Dabei wurde jede Messung mehrmals
durchgefuumlhrt bis mindestens zwei exakt gleiche Kurven erhalten wurden Fuumlr die endguumlltige
Bestimmung der thermodynamischen Parameter des Gast-Wirt-Komplexes wurde der
Durchschnitt dieser Messungen verwendet Die Abweichung zwischen den Messungen betrug
maximal 10
4 Experimenteller Teil 164
445 Messergebnisse
Titration von Wirt 24 (5010-4 M) mit Thiaminhydrochlorid 75 (7510-3 M) in Wasser Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2312 plusmn 024 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 0774 plusmn 0006 -093 2 -2407 plusmn 016 160 middot 104 plusmn 35 middot 102 0740 plusmn 0004 010
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1 2
4 Experimenteller Teil 165
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1
Titration von Wirt 11 (5010-4 M) mit Acetyl-(S)-lysinmethylesterhydrochlorid 83
(7510-3M) in Wasser
Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2748 plusmn 034 150 middot 104 plusmn 55 middot 102 0651 plusmn 0006 -373 2 -2641 plusmn 016 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 0735 plusmn 0003 -235
2
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
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174
Erklaumlrung
Ich versichere dass ich meine Dissertation
Wasserloumlsliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von
biorelevanten Molekuumllen
selbstaumlndig ohne unerlaubte Hilfe angefertigt und mich dabei keiner anderen als der von mir
ausdruumlcklich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient habe
Die Dissertation wurde in der jetzigen oder einer aumlhnlichen Form noch bei keiner anderen
Hochschule eingereicht und hat noch keinen sonstigen Pruumlfungszwecken gedient
Marburg den 10 Juni 2005
(Michael Fokkens)
175
LEBENSLAUF MICHAEL MILAN FOKKENS
10 Juni 1976 Geboren in Amsterdam (NL)
Juli 1988 Abschluss der Grundschule De Emmausschool Arnhem (NL)
Juni 1995 Erreichen des Diploma voorbereidend wetenschappelijk onderwijs (VWO)
am Thomas a Kempis College Arnhem (NL)
Oktober 1998 Erreichen des Vordiploms in Chemie an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH)
Maumlrz ndash April 2000 Bayer AG Leverkusen Angestellt in der Zentralen Forschung
Januar 2001 Diplompruumlfung des Chemiestudiums an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH) in den Faumlcher Anorganische Chemie Physikalische Chemie
Organische Chemie und Biochemie
September 2001 Abgabe der Diplomarbeit in der Organischen Chemie zum Thema
bdquoNeuartige Inhibitoren der Rezeptor-Tyrosin-Kinasenldquo in dem
Arbeitskreis von Prof Athanassios Giannis an der Universitaumlt
Karlsruhe (TH)
Juli 2005 Ende der Promotion mit dem Thema bdquoWasserloumlsliche molekulare
Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekuumllenldquo
in dem Arbeitskreis von Prof Thomas Schrader an der Philipps-
Universitaumlt Marburg
Inhaltsverzeichnis IV
Danksagung
Als erstes moumlchte ich mich bei Professor Thomas Schrader bedanken fuumlr die Moumlglichkeit in
seinem Arbeitskreis promovieren zu koumlnnen fuumlr die Uumlberlassung des interessanten Themas
seine Betreuung die wertvollen Anregungen und seine stete Diskussionsbereitschaft
Bei Professor Frank-Gerrit Klaumlrner moumlchte ich mich dafuumlr bedanken dass ich die Moumlglichkeit
hatte die Synthese der Acetat-Pinzette in seiner Arbeitsgruppe lernen zu koumlnnen Ebenfalls
moumlchte ich mich fuumlr seine wertvollen Anregungen und Diskussionen sowie seine
Hilfsbereitschaft bedanken
Bei den Professoren Gerhard Klebe Lars-Oliver Essen und Joumlrg Lorberth moumlchte ich mich fuumlr
die Uumlbernahme des Koreferats bedanken
Dem Arbeitskreis Schrader moumlchte ich fuumlr den Humor die lustigen Kaffeepausen und die
Hilfe danken
Beim Arbeitskreis Klaumlrner insbesondere bei Dr Jolanta Polkowska Carla Verhaelen und
Anke Nellesen moumlchte ich mich fuumlr ihre freundliche Aufnahme in der Gruppe sowie ihre
Hilfe bedanken
Meinen Vertiefungsstudenten Christian Schuh Sebastian Koch Katharina Kowalski Gero
Becker Sven Siebler und Sabrina Kille danke ich fuumlr ihr Engagement
Bei Alphonse Mbonimana und Gert Haumlde von der NMR-Abteilung des Fachbereichs Chemie
moumlchte ich fuumlr ihre Geduld beim Messen von unzaumlhligen NMR-Titrationen bedanken Der
Masseabteilung des Fachbereichs Chemie sowie Dr Uwe Linne danke ich fuumlr das Messen der
Massen
Jasmine Fokkens moumlchte ich fuumlr ihre Hilfe bei den ITC-Experimenten danken
Bei Jasmine Fokkens Matthias Junkers und Michael Maue moumlchte ich mich fuumlr das
Korrekturlesen dieser Arbeit bedanken Ohne ihre Hilfe waumlren noch viel mehr
Rechtschreibfehler drin
Bei meinen Eltern moumlchte ich mich fuumlr ihre Unterstuumltzung bedanken Meinen Freunden danke
ich fuumlr die Abwechslung und die lustigen Treffen Insbesondere Edgar amp Silvia Specker
Tanja Sgraja und Daniel Hahn moumlchte ich fuumlr die langen cocktailgetraumlnkten Spieleabende
danken
Schlieszliglich moumlchte ich mich ganz besonders bei meiner Frau Jasmine fuumlr ihre Hilfe ihre
Unterstuumltzung und ihre Geduld mit mir bedanken und dafuumlr dass sie mir immer wieder Mut
gemacht hat Ich moumlchte ihr auch fuumlr die schoumlne Zeit in Marburg danken Ihre Unterstuumltzung
war ein groszliger Beitrag zum Gelingen dieser Arbeit
Inhaltsverzeichnis VI
Teile dieser Arbeit sind publiziert eingereicht oder auf Kongressen praumlsentiert worden
[1] NAD+-Erkennung in Wasser Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader
Jolanta Polkowska Jens Panitzky Frank-Gerrit Klaumlrner Poster praumlsentiert auf dem
Symposium bdquoMolekulare Erkennungldquo des Sonderforschungsbereichs SFB 452 Essen
Maumlrz 2002
[2] Neue Wirkstoffe zu Therapie Diagnostik und Prophylaxe der Makuladegeneration
Patentanmeldung vom 24112004 Erfinder Thomas Schrader Michael Fokkens
Reza Zadmard Christian Jasper Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta Polkowska Frank
Bastkowski DE 10 2004 056 8227
[3] Selective Complexation of N-Alkylpyridinium Salts Binding of NAD+ in Water
Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader Felix Koziol Christian
Ochsenfeld Jolanta Polkowska Matthias Lobert Bjoumlrn Kahlert Frank-Gerrit Klaumlrner
Chem Eur J 2005 11 477-494
[4] A Molecular Tweezer for Lysine and Arginine Michael Fokkens Thomas Schrader
Frank-Gerrit Klaumlrner eingereicht bei J Am Chem Soc 2005
[5] Inclusion of Thiamine Diphosphate and S-Adenosylmethionine at their Chemically
Active Sites Thomas Schrader Michael Fokkens Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta
Polkowska Frank Bastkowski eingereicht bei J Org Chem 2005
Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
Seite
Inhaltsverzeichnis I
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Nomenklatur der Aminosaumluren V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
11 Die Natur als Vorbild 1
12 Molekulare Klammern und Pinzetten 2
13 Vorarbeiten 7
14 Aufgabenstellung 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
21 Synthesen 14
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 24
221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
24
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+ 27
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen 38
224 Bindungsexperimente mit Thiamin 48
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer) 55
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 56
231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
56
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen 56
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen 57
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren 60
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
65
236 Einfluss von von dipolaren aprotischen Kosolventien 68
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette) 69
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 70
241 Einleitung 70
242 Theoretische Grundlagen 71
Inhaltsverzeichnis II
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24 77
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 78
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
4 Experimenteller Teil 85
41 Material und Methoden 85
42 Synthesen 88
421 Synthese des Spacers 14 88
422 Synthese der Modellverbindung 92
423 Synthese der Hydroxyklammer 21 97
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10 99
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24 101
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29 103
427 Synthese der Hydoxypinzette 38 108
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11 111
43 NMR-Titrationen 113
431 Durchfuumlhrung 113
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer 115
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette 136
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln 159
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 160
441 Das Messgeraumlt 160
442 Reinigung des Messgeraumltes 161
443 Kalibrierung des Messgeraumltes 161
444 Durchfuumlhrung der Messungen 162
445 Messergebnisse 164
5 Literatur 166
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Abkuumlrzungsverzeichnis
Aring Aringngstroumlm (1 Aring = 10-10 m)
abs absolut
Ac Acetyl
AMD altersbedingten Makuladegeneration
AMP Adenosinmonophosphat
ATP Adenosintriphosphat
AZT 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin
A2E N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
ber berechnet
Bu Butyl
CHN Elementaranalyse
CMP Cytidinmonophosphat
COX Cytochrom c Oxidase
d Tag(e)
DDQ 23-Dichlor-56-dicyanobenzochinon
DMAP 4-Dimethylaminophenol-Hydrochlorid
DMF NN-Dimethylformamid
DMSO Dimethylsulfoxid
ESI Elektronenspray Ionisierung
Et Ethyl
FAD Flavin-Adenin-Dinukleotid
gef gefunden
G Gast
GMP Guanosinmonophosphat
h Stunde(n)
HOMO highest occupied molecular orbital
HPLC high perfomance liquid chromatography
HR High Resolution
ITC Isothermale Titrationskalorimetrie
k Kilo- (103)
konz konzentriert
L Liter
LAH Lithiumaluminiumhydrid
Abkuumlrzungsverzeichnis IV
LUMO lowest unoccupied molecular orbital
micro Mikro- (10-6)
m Milli (10-3)
M Molaritaumlt (mol L-1)
Me Methyl
min Minute(n)
MS Massenspektrometrie
NAD+ Nikotinamidadenindinukleotid
NADH Nikotinamidadenindinukleotid
NADP Nikotinamidadenindinukleotidphosphat
NMN Nikotinamidmononukleotid
NMR Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonanz)
NOE Nuclear Overhauser Enhancement
p para
Ph Phenyl
ppm parts per million
RT Raumtemperatur
S Stearinsaumlure
Smp Schmelzpunkt
THF Tetrahydrofuran
TMP Thymidinmonophosphat
TPP Thiaminpyrophosphat
UMP Uridinmonophosphat
UV ultraviolett
verd verduumlnnt
VIS sichtbarer Wellenlaumlngenbereich des Lichts
W Wirt
Abkuumlrzungsverzeichnis V
Nomenklatur der Aminosaumluren
Aminosaumlure Dreibuchstabencode Einbuchstabencode
Alanin Ala A
Arginin Arg R
Asparagin Asn N
Asparaginsaumlure (Aspartat) Asp D
Cystein Cys C
Glutamin Gln Q
Glutaminsaumlure (Glutamat) Glu E
Glycin Gly G
Histidin His H
Isoleucin Ile I
Leucin Leu L
Lysin Lys K
Methionin Met M
Phenylalanin Phe F
Prolin Pro P
Serin Ser S
Threonin Thr T
Tryptophan Trp W
Tyrosin Tyr Y
Valin Val V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
1 Einleitung und Aufgabenstellung
11 Die Natur als Vorbild
In der Natur werden viele molekularbiologische Vorgaumlnge durch intermolekulare
nichtkovalente Wechselwirkungen vermittelt So beruhen unter anderem die
Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat oder Wirkstoff auf nichtkovalenten
Wechselwirkungen Auch Interaktionen zwischen Proteinen[1] bei Transmembrantransporten
oder bei der Protein- und DNA-Faltung beruhen auf nichtkovalenten Wechselwirkungen[2-4]
Trotz immer umfangreicheren Kenntnissen der biochemischen Systeme bleiben weiterhin
viele Fragen in Hinblick auf die beteiligten intermolekularen Wechselwirkungen offen
Zusaumltzlich werden durch die immer weiter voranschreitenden Genomics- und Proteomics-
Untersuchungen immer mehr Informationen gewonnen aber auch neue Fragen aufgeworfen
Die Kenntnis welche Gene in einem Organismus vorhanden sind und exprimiert werden
koumlnnen (Genomics) reicht nicht um alle biologischen Vorgaumlnge erklaumlren zu koumlnnen Auch die
Kenntnisse daruumlber welche Proteine in einem Organismus vorhanden sind (Proteomics)
helfen nicht weiter Entscheidend ist wie die Proteine miteinander mit kleinen Biomolekuumllen
und mit anderen supramolekularen Verbindungen wechselwirken Molekulare Interaktionen
und chemische Umwandlungen bilden die Grundlage der Biologie[5]
Die supramolekulare Chemie versucht mit einem synthetischen Molekuumll ein anderes Molekuumll
von Interesse uumlber nichtkovalente Wechselwirkungen zu binden und so durch Kombination
von biochemischen und organischen Methoden mehr uumlber die Wechselwirkungen die bei der
Bildung von Komplexen relevant sind zu erfahren[6] Die organische Chemie bietet dabei die
Moumlglichkeit Modellverbindungen mit zu dem Substrat komplementaumlren
Wechselwirkungszentren zu konzipieren und zu synthetisieren[7 8]
Aus der Untersuchung der Wechselwirkungseigenschaften von synthetischen Rezeptoren
ergibt sich neben der verbesserten Syntheseplanung fuumlr neue supramolekulare Komplexe
auch die Moumlglichkeit Wechselwirkungen in biologischen Systemen genauer zu studieren
Diese Erkenntnisse koumlnnen wiederum fuumlr das rationale Wirkstoffdesign benutzt werden[7 9 10]
Zusaumltzlich bieten solche Ergebnisse eine Grundlage fuumlr die Entwicklung von neuen
analytischen und diagnostischen Methoden[7 11]
Mit der Formulierung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips legte Emil Fischer schon fruumlh den
Grundstein der supramolekularen Chemie[12] Das Prinzip erklaumlrt warum Proteine selektiv
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 2
Substrate erkennen koumlnnen Sie nehmen ausschlieszliglich Substrate auf die in ihrer Form und
Anordnung komplementaumlr zur Bindungsstelle im Enzym sind (Abb 11)
Abbildung 11 Schematische Darstellung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips
In den 30rsquoer Jahren des letzten Jahrhunderts war zum ersten Mal die Rede von einem
Uumlbermolekuumll im Zusammenhang mit koordinativ gesaumlttigten Komplexen[13] Werden
Bindungsstellen fuumlr nichtkovalente Wechselwirkungen gezielt in ein Molekuumll eingebaut um
damit ein anderes Molekuumll binden zu koumlnnen und so ein Supermolekuumll zu kreieren so spricht
man von der Supramolekularen Chemie[14] Das Supermolekuumll auch Komplex genannt
besteht aus dem Wirtmolekuumll (meistens der groumlszligere der beiden Komplexpartner oder auch
jenes Molekuumll dessen Bindungsstellen bei der Bindung konvergieren) und dem Gastmolekuumll
(das Substrat oder auch jenes Molekuumll das vom Wirt aufgenommen wird)[15 16]
Um eine moumlglichst effektive Komplexbildung zwischen Wirt und Gast zu erreichen sollte der
Wirt sowohl in Bezug auf die sterischen Eigenschaften als auch in Bezug auf die
Bindungsstellen komplementaumlr auf den Gast abgestimmt dh praumlorganisiert werden[17] Eine
geschickte Praumlorganisation soll verhindern dass bei der Bindung des Gastes eine unguumlnstige
Reorganisation des Wirtes stattfinden muss und damit eine entropisch unguumlnstige Situation
entsteht[8]
12 Molekulare Klammern und Pinzetten
In den letzten Jahren hat es viele Ansaumltze gegeben Wirtmolekuumlle zu schaffen die eine
optimale Praumlorganisation der Bindungsstellen sowie eine guumlnstige sterische Konfiguration zur
Aufnahme von Gaumlsten besitzen[18-21] Whitlock et al stellten als erste einen Wirttyp vor der
als molekulare Pinzette bezeichnet wurde[22] Whitlock definierte eine Pinzette als ein
Molekuumll das zwei Bindungsstellen anbietet die von einem Spacer in einem definierten
1 Einleitung und Aufgabenstellung 3
Abstand gehalten und fixiert werden und so einen Gast sandwich-artig umschlieszligen koumlnnen
(Abb 12) Bei den Bindungsstellen handelt es sich in der Regel um Aromaten Spaumlter wurde
die Definition um eine Eigenschaft erweitert es sollte sich bei den angebotenen
Bindungsstellen um Chromophore handeln[23]
GastSpacer
Abbildung 12 Schematische Darstellung der Wirkungsweise einer molekularen Pinzette
Whitlock verwirklichte dieses Prinzip indem er zwei Koffein-Molekuumlle uumlber einen Spacer
miteinander verknuumlpfte Durch Variation des Spacers konnte die optimale Laumlnge ermittelt
werden (Abb 13) Der Einfluss der Praumlorganisation wird deutlich wenn die
Bindungskonstante der Pinzette 2 fuumlr die Bindung zB von 13-Dihydroxynaphthalin-2-
carbonsaumlure mit der Bindung an das entsprechende Monomer 1 verglichen wird Dabei lag die
Bindungskonstante des Monomers 1 im guumlnstigsten Fall (Ka = 47400 M-1 in einem
Zweiphasensystem aus Wasser und Ethylendichlorid) um zwei Groumlszligenordnungen unter der
der Pinzette
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 4
N
N
N
O
O N
NN
O
O
N
N
N
O
O1
2
Abbildung 13 Die von Whitlock vorgestellte Pinzette 2 und das entsprechende Monomer 1
Eine der allgemeinen Forderungen an Pinzetten hatte Whitlock jedoch nicht mit seiner
Pinzette erfuumlllt die Bindungsstellen sind nicht fixiert Die Koffein-Einheiten befinden sich
nicht immer in der syn-Anordnung sondern koumlnnen unabhaumlngig von einander rotieren
Whitlocks Pinzette wurde zum Ursprung fuumlr viele weitere Pinzetten[24-31] Die Faumlhigkeit den
Gast uumlber π-π-Wechselwirkungen und den hydrophoben Effekt zu binden wird bei vielen
Rezeptoren noch um die Moumlglichkeit erweitert Wasserstoffbruumlcken zum Gastmolekuumll
auszubilden Als Beispiel sei hier die Rezeptorfamilie die von Rebek et al auf Basis der
Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelt wurde genannt (Abb 14)[32]
O
OHO
O
O
O OH
O
3
Abbildung 14 Ein Beispiel aus der von Rebek et al auf Basis der Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelten Pinzetten-Familie mit zusaumltzlichen Bindungsstellen fuumlr Wasserstoff-Bruumlcken Abgebildet ist ein Rezeptor fuumlr Adenin
Das Problem der freien Rotation der beiden Seitenwaumlnde wurde bei den Systemen von
Zimmerman et al durch eine entsprechende Praumlorganisation verhindert Die Seitenwaumlnde die
durch einen Dibenz[ch]acridin-Spacer fixiert werden sind in ihrer Rotation stark eingegrenzt
Aufgrund ihrer Anordnung kann der Abstand zwischen den beiden Seitenwaumlnden zwischen
627 Aring und 724 Aring variieren und somit kann sich der Rezeptor optimal dem Gast anpassen[23]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 5
Spaumltere Rezeptoren verfuumlgten auszligerdem uumlber die Moumlglichkeit gezielt Wasserstoffbruumlcken
zum Gast ausbilden zu koumlnnen[23]
Abbildung 15 Schematische Darstellung der Pinzetten die von Zimmerman et al konzipiert wurden (links) Rechts ein Beispiel fuumlr diese Anordnung
Ein anderer Ansatz wurde von Nolte et al verfolgt Die Gruppe um Nolte synthetisierte eine
Familie von Pinzetten und molekularen bdquoKoumlrbenldquo auf Basis von Glykoluril (Abb 16) Dieses
Molekuumll besitzt eine konkave Geometrie und ist damit eine gute Grundlage fuumlr groumlszligere
Molekuumlle die einen Hohlraum aufweisen Diese Pinzetten dienen als Rezeptoren fuumlr
13-Dihydroxybenzol Die Bindung erfolgt dabei uumlber eine Kombination aus π-π-Stacking
Wasserstoffbruumlckenbindungen und dem sogenannten Kavitaumltseffekt[33-36] Der Kavitaumltseffekt
aumluszligert sich darin dass es entropisch guumlnstig ist die Kavitaumlt des Rezeptors mit einem Gast
auszufuumlllen und somit Loumlsungsmittelmolekuumlle zu verdraumlngen Durch Variation des Aufbaus
des Rezeptors konnte genau untersucht werden wie hoch die Beitraumlge der
π-π-Wechselwirkungen der Wasserstoffbruumlcken und des Kavitaumltseffekts sind[37]
Obwohl die Rezeptoren urspruumlnglich als biomimetische Katalysatoren gedacht waren stellte
sich bald heraus dass die Rezeptoren in waumlssriger Loumlsung definierte Nanopartikel bilden[35
36]
N
N
O OH
4
724 Aring 627 Aring
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 6
H
NHHN
H
HN NH
OO
N
N
N
NR R
OMe
OMe
OMe
OMe
O
O
N+Br-
R =
5
6
Abbildung 16 Beispiel einer Pinzette (unten) auf Glycoluril-Basis (oben)[35]
Ein aumlhnliches Prinzip wird in den von Harmata et al beschriebenen chiralen Pinzetten
benutzt Als Grundlage dient Kaganrsquos Ether 7 (Abb 17)[38] Da die erste Pinzette dieser
Familie keinen Einschluss von Gaumlsten sondern lediglich eine Selbstassoziation zeigte folgten
bald Derivate mit groumlszligeren Kavitaumlten Diese binden Gaumlste uumlber π-π-Wechselwirkungen[39 40]
Abbildung 17 Kagans Ether 7 (links) und eine chirale Pinzette auf Basis von Kagans Ether (mitte) sowie eine Abbildung der Kristallstruktur des Komplexes mit Maleinsaumlureanhydrid zur Verdeutlichung der raumlumlichen Anordnung[40]
Ebenfalls auf einem cyclischen Ether basieren die Pinzetten von Fukazawa et al (Abb 18)
Obwohl diese Pinzetten nicht in ihrer bdquoU-Formldquo fixiert sind sind sie doch in der Lage
elektronenarme aromatische Gaumlste zu binden Aufgrund ihrer Flexibilitaumlt bilden die Pinzetten
anstatt 11 meist Komplexe 21- oder 12-Komplexe mit dem Gast[41]
O O
8
O
7
1 Einleitung und Aufgabenstellung 7
O
OO
O9
Abbildung 18 Beispiel einer flexiblen Pinzette nach Fukazawa et al (links) und ein Beispiel fuumlr die Struktur eines 21-Komplexes (rechts)[41]
In polar aprotischen Loumlsungsmitteln sind die Beitraumlge der π-π-Wechselwirkungen und
π-Kation-Wechselwirkungen relativ gering[10 42] In protischen Loumlsungsmitteln jedoch sind
die π-Wechselwirkungen viel effektiver vor allem weil sie hier haumlufig mit dem hydrophoben
Effekt gepaart sind wodurch die Bindung von Gaumlsten meist noch effektiver wird Gleichzeitig
birgt dies den Vorteil mehr uumlber biologische Vorgaumlnge lernen zu koumlnnen und eine bessere
Vergleichbarkeit von kuumlnstlichen Systemen mit biologischen Systemen erreichen zu koumlnnen
Aus diesem Grund sind wasserloumlsliche Rezeptoren zusaumltzlich von besonderem Interesse
Daher liegen die Bemuumlhungen vieler Supramolekular arbeitender Gruppen in letzter Zeit auf
der Entwicklung von wasserloumlslichen Rezeptoren[43 44]
13 Vorarbeiten
Vor etwa 10 Jahren stellten Klaumlrner et al eine neue Klasse von Pinzetten vor (Abb 19)[45]
Im Vergleich mit analogen Makrozyklen die bereits zwei Jahre vorher beschrieben wurden
(Abb 19)[46 47] erlauben die Pinzetten ein ausfuumlhrlicheres Gast-Portfolio weil sie nach unten
offen sind Zusaumltzlich koumlnnen sie sich aufgrund einer erstaunlichen Flexibilitaumlt ihrer
Seitenwaumlnde besser an die Geometrie ihrer Gaumlste anpassen[45] Spaumlter wurden auf Basis der
gleichen Spacer-Einheit noch molekulare Klammern entwickelt[48 49] Entgegen der sonst
uumlblichen Bezeichnungsweise bevorzugt Klaumlrner die Bezeichnung Pinzette fuumlr ein Molekuumll
das die Faumlhigkeit besitzt (wie eine Pinzette) um den Gast herum zu greifen Dieser Effekt wird
durch die relativ geringe Energie die zur Veraumlnderung der Winkel zwischen Seitenwand und
Spacer benoumltigt wird verstaumlrkt[50] Molekuumlle mit geraden Seitenwaumlnden werden hingegen als
Klammer bezeichnet Diese Nomenklatur wird im Folgenden beibehalten Die Klammer
besitzt im Gegensatz zu den meisten Makrozyklen eine ausgepraumlgte Selektivitaumlt bezuumlglich der
Substrattopologie da sie zwischen planaren (zyklischen) Gaumlsten und kugelfoumlrmigen Gaumlsten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 8
unterscheiden kann Letztere werden in der schlanken Klammer aus sterischen Gruumlnden nicht
eingeschlossen
Weil viele Pinzetten und Klammern aus ein und demselben Spacer aufgebaut werden kann
man ihre Synthese auch als molekulares bdquoLegoldquo bezeichnen[50] Durch Variation des Spacers
oder der Seitenwaumlnde kann dadurch die Geometrie des Rezeptors optimal auf den Gast
angepasst werden Damit bieten die Pinzetten und Klammern vielfaumlltige und einzigartige
Moumlglichkeiten Vor kurzem wurden von Chen Iptycenchinone vorgestellt die eine aumlhnliche
Geometrie besitzen aber aufgrund ihrer Synthese eine andere Modularitaumlt aufweisen[51]
Pinzette Klammer
OP
O
H3CO
P OCH3
OLi+Li+
OP
OH3CO P
OCH3
O
Abbildung 19 Von Klaumlrner entwickelte Pinzetten und Klammern
Die Pinzetten der Klaumlrner-Gruppe (mit Benzol- oder Naphthalin-Spacer Abb 110) stellten
sich in apolaren Loumlsungsmitteln schon bald als gute Rezeptoren fuumlr Kationen und
elektronenarme Aromaten heraus wie zB fuumlr Terephthalsaumlure-dinitril oder
p-Benzochinon[45 52 53] Das Gastprofil wurde inzwischen um eine Vielzahl von
elektronenarmen Aromaten erweitert Die Bindung erfolgt dabei uumlber dispersive
Wechselwirkungen wie zB π-π- CH-π- und Kation-π-Wechselwirkungen[50 54] Kuumlrzlich
konnte gezeigt werden dass bei der Bindung von 1245-Tetracyanobenzol eine
komplexinduzierte Lumineszenz auftritt Dabei handelt es sich hauptsaumlchlich um eine
Charge-Transfer-Wechselwirkung[55]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 9
O
H3CO
CH3
O
Abbildung 110 Pinzette mit Benzol-Spacer (links) und Naphthalin-Spacer (rechts im Komplex mit Tetracyanobenzol)[50]
Durch Variation der Seitenketten Rrsquo wurde der Einfluss der Substituenten auf die Bindung
von Gaumlsten in Chloroform untersucht Dabei wurde festgestellt dass Reste wie -OH -OAc
und -OCONHPh den Gasteinschluss beguumlnstigen waumlhrend -OMe-Reste die Bindung negativ
beeinflussen Die Erklaumlrung folgt aus einer genauen Betrachtung der elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentiale[56 57] und der Roumlntgenstrukturen von solchen Wirt-Gast-Komplexen[57
58] Sie beruht interessanterweise weniger auf einer Aumlnderung des elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentials sondern vielmehr auf den unterschiedlichen Groumlszligen und
Konformationen der Substituenten Die -OMe-Reste bevorzugen eine syn-Anordnung zu dem
Grundgeruumlst der Pinzette und blockieren damit die Kavitaumlt Im Falle der Pinzette mit Benzol-
Spacer wird der laumlngere -OCH2COOCH2CH3-Rest sogar in die Kavitaumlt hinein gezogen und
gibt damit einen Hinweis auf einen zusaumltzlichen Einschluss von Gaumlsten mit Alkylketten[57]
Die Pinzette mit Naphthalin-Spacer eignet sich aufgrund ihres breiten Gastprofils sehr gut fuumlr
vertiefende Untersuchungen des Bindungsmodus So konnte im Festkoumlrper-NMR-Spektrum
gezeigt werden dass die Aumlnderung der chemischen Verschiebung der Gast-Protonen (bis zu
3 ppm) noch groumlszliger ist als in Loumlsung Auszligerdem ist im Festkoumlrper-NMR-Spektrum eine
Aufspaltung von in Loumlsung chemisch-aumlquivalenten Protonen sichtbar was den nach
Betrachtung der Experimenten in Loumlsung vorgeschlagenen Bindungsmodus unterstuumltzt[59 60]
Zusaumltzlich wurde gezeigt dass es moumlglich ist einen Wert fuumlr die chemische Verschiebung der
Komplexpartner mit quantenchemischen Methoden vorherzusagen[59-61] Auszligerdem wurde der
Einfluss von Druck und Temperatur auf die Komplexbildung untersucht Dabei wurde
festgestellt dass bei der Komplexbildung teilweise eine groszlige Zunahme der Entropie
stattfindet Dies ist vermutlich auf das Freisetzen von Loumlsungsmittelmolekuumllen bei der
Komplexbildung zuruumlckzufuumlhren[62] Durch kovalente Immobilisierung der Pinzette an einer
stationaumlren HPLC-Phase konnte eine fuumlr elektronenarme Aromaten selektive stationaumlre
HPLC-Phase geschaffen werden Die Retentionszeiten der Gaumlste auf der stationaumlren Phase
korrelieren mit den in Bindungsexperimenten bestimmten Bindungskonstanten[63]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 10
Bis vor kurzem waren jedoch alle Pinzetten und Klammern nur in organischen
Loumlsungsmitteln loumlslich Durch die Einfuumlhrung von Bisphosphonat-Substituenten an die
Klammer mit Benzol-Spacer (Abb 111) wurde es zum ersten Mal moumlglich mit diesem
wertvollen System Studien in Wasser durchzufuumlhren[64 65] Die Klammer kombiniert die
Bindungseigenschaften der Kavitaumlt mit denen der Bisphosphonate Die Erkennung von
Ammonium-[66-68] und Guanidinium-Kationen[69 70] durch p-Xylylenbisphosphonate wurde
bereits von Schrader et al gezeigt Mit dieser wasserloumlslichen Klammer wurde es nun
moumlglich N-Alkylpyridinium-Salze unter anderem auch NAD+ in Wasser zu binden Da in
Wasser die π-π- und π-Kation-Wechselwirkung mit dem hydrophoben Effekt gepaart
werden[71] sind sie viel ausgepraumlgter als in aprotischen Loumlsungsmitteln und es werden houmlhere
Bindungskonstanten erreicht So konnte zum Beispiel fuumlr die Bindung des Kosower Salzes an
der Acetat-Klammer in Chlorform eine Bindungskonstante von 137 M-1 beobachtet
werden[57] Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung desselben Gastes an der Bisphosphonat-
Klammer 10 in Wasser ist uumlber 30 mal houmlher (Ka = 4500 M-1)[64]
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
10
Abbildung 111 Die Bisphosphonat-Klammer 10
14 Aufgabenstellung
Die vorliegende Dissertation beschaumlftigt sich mit der Synthese von kleinen wasserloumlsslichen
molekularen Klammern und Pinzetten deren Eigenschaften und moumlglichen Anwendungen
Im ersten Teil der Arbeit soll die von Christian Jasper aus der Arbeitsgruppe Schrader
erstmals synthetisierte Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb 111) weiter erforscht werden In
ersten von Christian Jasper durchgefuumlhrten Bindungsexperimenten konnten bereits
elektronenarme Aromaten als geeignete Gaumlste identifiziert werden[64 65]
Mit ihrem stark negativen elektronischen Oberflaumlchenpotential in der konkaven Kavitaumlt ist
die Klammer somit optimal fuumlr die Bindung von Gaumlsten mit positivem elektronischem
Oberflaumlchenpotential geeignet (Abb 112)
1 Einleitung und Aufgabenstellung 11
Abbildung 112 Links berechnete Struktur der molekularen Klammer 10 (Monte Carlo Simulation MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Die Elemente sind mit folgenden standardisierten Farben gekennzeichnet Kohlenstoff (blau) Wasserstoff (weiszlig) Sauerstoff (rot) Phosphor (orange) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1[72]
Zusaumltzlich zur Kavitaumlt besitzt die Bisphosphonat-Klammer die Moumlglichkeit ionische
Wasserstoffbruumlcken zum Gast ausbilden zu koumlnnen Die Phosphonate sind aufgrund ihres
pKs-Wertes von 18 in neutraler waumlssriger Loumlsung vollstaumlndig deprotoniert[66] Sie koumlnnen bei
der Einlagerung des Gastes wie eine Zange zugreifen Wasserstoffbruumlcken zum Gast
ausbilden und so die Bindung zusaumltzlich unterstuumltzen (Abb 113) Auszligerdem fuumlhren die
Bisphosphonat-Einheiten zur gewuumlnschten Loumlslichkeit in polaren protischen Loumlsungsmitteln
wie Methanol und Wasser
Abbildung 113 Komplexierung eines Gastes in der Klammer durch Wechselwirkung mit der Kavitaumlt und den Phosphonaten
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Komplexierungsverhalten der Bisphosphonat-Klammer 10
mit verschiedenen physikalischen Methoden naumlher untersucht und beschrieben werden
bull Die Bindung von NAD+ soll genauer untersucht werden insbesondere die Beitraumlge
von Teilstrukturen von NAD+ wie zB von Nicotinamidmononukleotid (NMN) und
Adenosin
-
+
-P
P
G
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 12
bull Falls eine Komplexierung von Adenosin festgestellt wird sollen die anderen
Nukleoside ebenfalls untersucht werden und mit Nukleotiden verglichen werden
bull Das Bindungsverhalten von anderen kationischen biologisch relevanten
Verbindungen insbesondere Aminosaumluren soll uumlberpruumlft werden
bull Das Gastprofil soll um weitere elektronenarme biologisch relevante Aromaten
erweitert werden und auf eventuelle Anwendungen uumlberpruumlft werden
Im zweiten Teil der Arbeit soll die von Markus Kamieth aus der Arbeitsgruppe Klaumlrner
erstmals synthetisierte molekulare Pinzette mit Benzolspacer (Abb 110)[45 73] als
Bisphosphonat-Pinzette 11 synthetisiert werden (Abb 114)
Abbildung 114 Die Bisphosphonat-Pinzette 11
Anschlieszligend sollen die Komplexierungseigenschaften der neuen Pinzette untersucht werden
Die Pinzette besitzt genau wie die Klammer eine extrem elektronenreiche Kavitaumlt (Abb 115)
Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu geschlossen und kann dadurch nur
schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser nicht sehr anspruchsvoll sind
Experimente in organischen Loumlsungsmitteln haben gezeigt dass sekundaumlre Amine ebenfalls
von der (Acetat)-Pinzette komplexiert werden[50] und sogar die Methyl-Gruppe der Methoxy-
substituierten Pinzette in die Kavitaumlt gezogen wird[57] Dies sind Hinweise darauf dass die
Pinzette im Gegensatz zur Klammer ein neuer kuumlnstlicher Rezeptor fuumlr Ammonium-Kationen
in Wasser sein koumlnnte Die Phosphonat-Gruppen koumlnnen dabei wie bei der Klammer den Gast
wie eine Zange umklammern
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
11
1 Einleitung und Aufgabenstellung 13
Abbildung 115 Links berechnete Struktur der molekularen Pinzette 11 (Monte Carlo MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von -1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 An der Markierung betraumlgt das molekulare elektronische Potential ndash1301 kJmol[72]
Die Untersuchung der Komplexierungseigenschaften der Pinzette soll sich neben der
allgemeinen Charakterisierung des Gastprofils vor allem auf die Komplexierungsmoumlglichkeit
von biologisch relevanten Verbindungen in waumlssriger Loumlsung konzentrieren mit einer
Betonung auf Amoniumkationen wie Adrenalin und Noradrenalin oder basischen
Aminosaumluren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21 Synthesen
Sowohl die Acetat-Klammer 12 als auch die Acetat-Pinzette 13 besitzen die gleiche Spacer-
Einheit und lassen sich modular aus dem Acetat-Spacer 14 uumlber Diels-Alder-Reaktionen
aufbauen (Abb 21)[50]
O
O
O
O
1
2 DDQ
Br
Br
Br
BrO
O O
O
H3CO
CH3
O
1213
14
20 29
Abbildung 21 Schematischer Aufbau der Acetat-Klammer 12 und der Acetat-Pinzette 13 aus dem Acetat-Spacer
Anschlieszligend kann die Hydrochinon-Funktionalitaumlt entschuumltzt und dann phosphoryliert
werden Der Spacer wird parallel dazu ebenfalls entschuumltzt und phosphoryliert und soll in
Bindungsstudien als Vergleichssubstanz dienen um nachzuweisen dass eine eventuelle
Bindung in die Rezeptoren durch Einschluss in der Kavitaumlt stattfindet
Synthese des Spacers
Das Grundgeruumlst des Spacers 14 wird mit Hilfe von Diels-Alder-Reaktionen aufgebaut
Zunaumlchst wird Cyclopentadien 15 mit p-Benzochinon 16 umgesetzt (Abb 21)[47] Das
Produkt 17 wird mit Triethylamin umgesetzt und das in situ hergestellte Hydrochinon mit
p-Benzochinon 16 oxidiert Die darauf folgende Umsetzung mit Cyclopentadien 15 liefert das
syn-Addukt 19a als Hauptprodukt[47] Das syn- und das anti-Addukt koumlnnen im 1H-NMR
voneinander unterschieden und durch Umkristallisation voneinander getrennt werden[48 74]
Anschlieszligend wird das syn-Addukt 19a basisch aromatisiert und die entstehenden Hydroxy-
Funktionen als Acetate geschuumltzt[46 47]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 15
O
O
0 degC RT80
O
O
1 Et3N MeOH RT
2 OO
CHCl3 50 degC
O
O
83
Toluol-78 degC RT40 (syn)
O
O
O
O
syn-19a anti-19b
Ac2O DMAPPyridin 40 degC
96
O
O
O
O
15
16
16
1517
18
14
Abbildung 22 Synthese des Benzol-Spacers 14
Synthese der Klammer
In einer weiteren Diels-Alder-Reaktion wird der Spacer 14 mit αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol umgesetzt (Abb 22) Bei dieser Reaktion wird aus dem αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol 20 durch Eliminierung von zwei Bromatomen in situ ein Dien erzeugt das anschlieszligend
mit dem Spacer 14 reagiert Das dabei entstehende Intermediat wird durch eine weitere
Eliminierung von zwei Molekuumllen Bromwasserstoff aromatisiert[48 74] Die Acetat-Klammer
12 wird danach basisch verseift[48 74] Die entstandene Hydroxy-Klammer 21 wird
anschlieszligend mit Methylphosphonsaumluredichlorid phosphoryliert Nach saurer Hydrolyse der
intermediaumlr entstandenen Methylphosphonsaumlurechlorid-Klammer wird die
Methylphosphonsaumlure-Klammer 22 erhalten[64 65] Da die Phosphonsaumlure 22 nur in sehr
geringem Maszlige in Methanol oder Wasser loumlslich ist wird durch Deprotonierung mit
Tetrabutylammoniumhydroxid das in nahezu allen Loumlsungsmitteln gut loumlsliche
Tetrabutylammoniumsalz 10 hergestellt[64 65] Alternativ zu Tetrabutylammoniumhydroxid
wurde von der Arbeitsgruppe Klaumlrner auch Lithiumhydroxid eingesetzt da in
Bindungsexperimenten festgestellt wurde dass das Tetrabutylammonium-Ion ebenfalls in der
Kavitaumlt eingeschlossen wird und daher eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste darstellt[75]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 16
Aufgrund der sehr aufwendigen Aufreinigung der Phosphonsaumlure-Klammer 22 wurde ein
alternativer Weg zur Darstellung des Phosphonatsalzes 24 entwickelt (Abb 24) Dabei wird
nach der Phosphorylierung mit Methylphosphonsaumluredichlorid nicht waumlssrig sondern mit
wasserfreiem Methanol hydrolysiert Der dabei erhaltene Methylphosphonsaumluremethylester
23 ist leichter uumlber Kieselgel zu reinigen und kann abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten
werden Dieser Reaktionsweg hat auszligerdem den Vorteil dass das Endprodukt nicht mehr mit
sonst unvermeidlichen geringen Mengen Kieselgel verunreinigt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 17
O
O
O
O
Br
Br
Br
Br
2
NaI CaCO3 DMF100 mbar 55 degC
O
O
O
O
68
NaOHH2O EtOH RT97
OH
OH
O
O
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT66
P
P
O
HO
O
OH
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Bu4NOHH2O CH2Cl2 RTquantitativ
20
1412
21
22
10
Abbildung 23 Synthese der Tetrabutylammonium-bisphosphonat-Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 18
OH
OH
O
O
P
P
O
O
O
O
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT55
LiBr 2-Hexanon 120 degC81
21
23
24
Abbildung 24 Alternative Synthese des Bisphosphonat-Salzes 24
Parallel zur Synthese der Klammer wurde nach demselben Protokoll auch der Spacer 14
phosphoryliert (Abb 25) Der phosphorylierte Spacer soll in Bindungsexperimenten als
Vergleichssubstanz dienen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 19
O
O
O
O
LAH THF ∆
98
OH
OH
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT 50
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT 65
O
O
P
P
O
HO
OH
O
O
O
P
P
O
O
O
O
Bu4NOHH2OCH2Cl2 RTquantitativ
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
LiBr Acetonitril 85 degC73
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
14 25
26
27
27
28
Abbildung 25 Phosphorylierung des Spacers
Synthese der Pinzette
Analog zur Synthese der Klammer 12 kann auch die Pinzette 13 aus dem Spacer 14 durch
Diels-Alder-Reaktionen und einem Baustein fuumlr die Seitenwand aufgebaut werden Alternativ
zur bereits bekannten Synthese des Diens 29[76 77] wird eine von der Gruppe Klaumlrner
entwickelte Synthese benutzt welche bessere Ausbeuten liefert Die erste Stufe besteht aus
einer Diels-Alder-Reaktion von Maleinsaumlureanhydrid 30 mit Inden 31 welches aufgrund der
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 20
hohen Reaktionstemperatur in situ zum Dien umlagert (Abb 26)[73] Anschlieszligend wird das
Anhydrid 32 geoumlffnet und der entstandene Diester 33 basisch epimerisiert da die
nachfolgenden Reaktionen wegen der sterischen Naumlhe der beiden Gruppen eine erheblich
geringere Ausbeute erbringen wenn sie mit dem reinen Endo-Produkt 33 durchgefuumlhrt
werden[73] Der epimerisierte Diester 34 wird danach mit Lithiumaluminiumhydrid zum
Dialkohol 35 reduziert[73] und anschlieszligend in einer Appel-aumlhnlichen Reaktion chloriert[73 78]
Nach doppelter basischer Eliminierung wird das Dien 29 erhalten[73]
O
O
O
p-HydrochinonTetralin 200degC
O
O
O
O
O
O
O
AcCl MeOH40 degC
20 93
NaOMeMeOH ∆quantitativ
O
O
O
O
LAH THF70degCOH
OH
KOH 18-Krone-6THF 40 degC90
ClCl
PPh3Cl2PyridinCH3CN CH2Cl255 degC
74 94
3031
32 33
343536
29
Abbildung 26 Synthese der Seitenwand 29 der Pinzette
Das Grundgeruumlst der Pinzette wird in zwei Schluumlsselschritten aufgebaut Zuerst werden in
einer Diels-Alder-Reaktion die Seitenwaumlnde 29 mit dem Spacer 14 verknuumlpft Es hat sich
herausgestellt dass die Bedingungen fuumlr diese Reaktion aumluszligerst sorgfaumlltig eingestellt werden
muumlssen Die Loumlsung in der Ampulle soll bevor sie zugeschmolzen wird gruumlndlich entgast
werden und unter Vakuum abgeschmolzen werden Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Anschlieszligend werden mit 23-Dichlor-56-dicyano-
benzochinon (DDQ) die in der letzten Reaktion gebildeten Sechsringe aromatisiert[53 73]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21
2
O
O
O
O
O
O
O
O
Toluol Acetonitril Et3NAmpulle 170 degC41
DDQ Toluol 120 degC82
O
O
O
O
29
14
37
13
Abbildung 27 Darstellung des Pinzetten-Grundgeruumlstes
Die Acetoxyfunkionen werden mit Lithiumaluminiumhydrid entschuumltzt (Abb 27)[53 73] Die
darauffolgende Reaktion mit Methylphosphonsaumluredichlorid und die anschlieszligende Hydrolyse
mit SalzsaumlureWasser ergab laut DC-Kontrolle zwar das Produkt dieses konnte jedoch trotz
aufwendiger Saumlulenchromatographie nur in sehr geringer Ausbeute und wegen des polaren
Elutionsmittels immer noch stark verunreinigt isoliert werden Deswegen wurde die Reaktion
mit Methylphosphonsaumluredichlorid hier mit Methanol abgebrochen (Abb 28) Das Produkt
39 kann einfach uumlber Kieselgel saumlulenchromatographisch gereinigt werden und der als
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 22
Nebenprodukt entstandene Methylphosphonsaumluredimethylester durch Trocknen im
Hochvakuum bei etwa 50 degC entfernt werden Der Methylphosphonsaumluremethylester 39 wird
abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten Das erhaltene Bisphosphonat-Salz 11 ist gut in
polar aprotischen und protischen Loumlsungsmitteln wie DMSO Acetonitril Methanol oder
Wasser loumlslich
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 23
Abbildung 28 Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11
O
O
O
O
OH
OH
O
O
P
P
OO
O
O
O
O
P
P
OO-
O
O-
2 Li+
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT56
LAH THF ∆98
LiBr Acetonitril ∆80
13
38
39
11
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 24
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Die Komplexierungseigenschaften der Klammer wurden hauptsaumlchlich mit 1H-NMR-
Methoden untersucht Um festzustellen ob eine Komplexierung des Gastes stattfindet
wurden die chemischen Verschiebungen der Gastprotonen und der Wirtprotonen in einer
11-Mischung mit den chemischen Verschiebungen der reinen Wirt- und der reinen
Gastprotonen verglichen Eine markante Hochfeld-Verschiebung im Komplex im Vergleich
zu den chemischen Verschiebungen der reinen Verbindungen weist auf eine Veraumlnderung der
chemischen Umgebung hin und hier spezifisch auf einen Einschluss in der Kavitaumlt Dabei ist
darauf zu achten dass alle Loumlsungen die gleiche Konzentration haben um eventuelle
konzentrationsabhaumlngige Aumlnderungen auszuschlieszligen
Falls die gewuumlnschte Aumlnderung der chemischen Verschiebung beobachtet wird wird die
Loumlsung anschlieszligend schrittweise verduumlnnt Aus dieser Verduumlnnungstitration kann die
Bindungskonstante ermittelt werden[79] Dabei muss allerdings beachtet werden dass Signale
die waumlhrend der Verduumlnnungstitration beobachtet werden keinen konzentrationsabhaumlngigen
Shift aufweisen Um dies sicherzustellen wurde immer parallel zur Titration eine Probe des
Gastes bei der entsprechenden Anfang- und Endkonzentration vermessen Zeigten die
beobachteten Gast-Signale einen konzentrationsabhaumlngigen Shift dann wurde eine
konventionelle NMR-Titration durchgefuumlhrt bei der die Konzentration der beobachteten
Komponente konstant gehalten wurde waumlhrend die andere Komponente sukzessive
hinzutitriert wurde
Vor der Durchfuumlhrung der Bindungsexperimente wurde die Bisphosphonat-Klammer 10 auch
auf Veraumlnderungen ihrer chemischen Verschiebungen bei Verduumlnnung hin uumlberpruumlft Bei
einer Verduumlnnung um einen Faktor von uumlber 30 wurde festgestellt dass die aromatischen
Signale der Bisphosphonat-Klammer 10 in waumlssriger Loumlsung lediglich einen
nichtsignifikanten Shift von etwa 003 ppm zeigten Die aliphatischen Signale des
Tetrabutylammoniums jedoch zeigten einen deutlichen Hochfeld-Shift von 011 bis 014 ppm
Dies weist auf einen Einschluss des Tetrabutylammoniums in der Kavitaumlt der Klammer hin
Weiterfuumlhrende Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner zeigten dass dieser Effekt
geringer wird wenn das Loumlsungsmittel unpolarer wird und anstatt von reinem Wasser ein
MethanolWasser-Gemisch (11) oder reines Methanol verwendet wird Auszligerdem ergaben
direkte Vergleiche zwischen Assoziationskonstanten von Komplexen des
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 25
Tetrabutylammoniumsalzes 10 und des Lithiumsalzes 24 mit NAD+ dass das
Tetrabutylammonium eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste bei der Komplexierung darstellt[75] Aus
diesem Grund und wegen der einfacheren Aufreinigung des Bisphosphonsaumlureesters 23
wurden ab diesem Zeitpunkt alle weiteren Bindungsexperimente mit dem Lithiumsalz 24
durchgefuumlhrt
Zur quantitativen Auswertung der Bindungsexperimente wurden in der Regel die stark
shiftenden Signale der Gast-Molekuumlle benutzt Bei den Bindungsexperimenten mit
N-Alkylpyridiniumsalzen und der Bisphosphonat-Klammer 10 wurden in der Regel die
Signale des Wirtes zur Auswertung benutzt um eine bessere Vergleichbarkeit mit den
fruumlheren Ergebnissen von Christian Jasper zu erhalten
In ersten Bindungsexperimenten mit der Bisphosphosphonat-Klammer 10 konnte Christian
Jasper beobachten dass die Klammer in waumlssriger Loumlsung keine Wechselwirkung mit
Ammonium-Verbindungen eingeht In DMSO findet eine Bindung statt jedoch ist diese
hauptsaumlchlich auf eine Wechselwirkung zwischen den Bisphosphonat-Einheiten und dem
Ammonium-Kation zuruumlckzufuumlhren wie Vergleiche zwischen der Bisphosphonat-Klammer
10 und dem Bisphosphonat-Spacer 27 zeigten Sowohl die Bisphosphonat-Klammer 10 als
auch der Bisphosphonat-Spacer 27 binden in DMSO Ammoniumkationen mit einer
Bindungskonstante von etwa 103 M-1 Auszligerdem wurde im 1H-NMR-Spektrum kein
Hochfeldshift der Bisphosphonat-Klammer-Signale beobachtet Daraus laumlsst sich schlieszligen
dass die Kavitaumlt hier nicht an der Bindung beteiligt ist welche daher vor allem auf Coulomb-
Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem positiv geladenen
Ammoniumkation beruht[64]
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Inklusion weiterer potentieller kationischer Gaumlste
uumlberpruumlft werden Von besonderem Interesse waren dabei zunaumlchst die basischen
Aminosaumluren Arginin und Histidin da diese bei spaumlteren Versuchen in biologischer
Umgebung eine Konkurrenz zur Bindung von NAD+ in der Klammer darstellen wuumlrden
Sowohl Arginin als auch Histidin erscheinen mit ihrer planaren kationischen Struktur
praumldestiniert fuumlr die Komplexierung im elektronenreichen schlanken Innenraum der Klammer
Weder Guanidinumhydrochlorid 40 noch C- und N-terminal geschuumltztes Arginin 41 zeigten in
waumlssriger Loumlsung jedoch eine Wechselwirkung mit der Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 26
NH2+ Cl-
NH
H2N
NH2+ Cl-
NH
H2NNHBz
CO2Et40 keine Shifts 41 keine Shifts
Abbildung 29 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete guanidiniumhaltige Gaumlste
Im Falle von Histidin wurde der Nachweis einer moumlglichen Komplexierung dadurch
erschwert dass der Imidazolium-Ring einen relativ niedrigen pKs-Wert von ca 6 hat
Aufgrund dieses niedrigen pKs-Wertes zeigen alle Imidazolium-Derivate (Abb 210) eine
signifikante konzentrationsabhaumlngige Aumlnderung der chemischen Verschiebung ihrer
aromatischen Signale Aus diesem Grund wurde stets bei gleichbleibender Konzentration
titriert Sowohl Imidazoliumhydrochlorid 42 als auch Histaminhydrochlorid 43 zeigten
waumlhrend der Titration zwar deutliche Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber die
Auftragung der Shifts ergab keine Saumlttigungskurve Im Vergleich dazu wurden beim C-
terminal geschuumltzten Histidin nur sehr geringe Shifts beobachtet Das C- und N-terminal
geschuumltzte Histidin 45 zeigte zwar auch Shifts aber es war nicht moumlglich hierzu eine
Bindungskonstante zu bestimmen Da die Shifts in fast allen Faumlllen auf eine
Protonenuumlbertragung schlieszligen lieszligen weil der Endwert der chemischen Verschiebung in der
Naumlhe der deprotonierten Spezies lag wurde das C- und N-terminal geschuumltzte Histidin 45
ebenfalls in Natriumphosphatpuffer (pH 7 65-facher Puffer-Uumlberschuss) titriert Auch hier
waren Shifts im Histidin zu beobachten nicht allerdings in der Bisphosphonat-Klammer 10
Insgesamt erscheint es unwahrscheinlich dass die beobachteten Shifts auf einen Einschluss in
der Kavitaumlt zuruumlckzufuumlhren sind da bei einer Komplexierung immer auch signifikante
Hochfeld-Shifts der aromatischen Protonen der Bisphosphonat-Klammer auftreten
Das NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 ist im Gegensatz zu den anderen getesteten
Imidazolium-Derivaten ein permanentes Kation ndash die Hydrochloride liegen immer im
Gleichgewicht mit ihrer deprotonierten Form vor 46 wird daher auch mit einer
Bindungskonstante von 7940 M-1 in der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Hier treten
wieder alle gewohnten Effekte auf
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 27
N+
N
H
H
Cl- N+
N
H
H
NH3+
2 Cl-N+
N
H
H
NH3+
CO2Me
2 Cl-
N+
N
H
H
NH
CO2Me
OOCl-
42 Shifts keineSaumlttigung
43 Shifts keineSaumlttigung
44 kleine Shifts 45 Shifts
N+
N
I-
46 Ka = 7940 M-1
081
Abbildung 210 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete imidazoliumhaltige Gaumlste Die angegebene Bindungskonstante sowie der ∆δsat-Wert gelten fuumlr die Bindung in Wasser
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+
Im Gegensatz zu den in Wasser abgewiesenen Ammoniumkationen zeigt die Bisphosphonat-
Klammer 10 eine starke Komplexierung von N-Alkylpyridiniumkationen und verwandten
Verbindungen in ihrer Kavitaumlt In ersten Untersuchungen die von Christian Jasper
durchgefuumlhrt wurden stellte sich heraus dass die Bisphosphonat-Klammer 10
N-Alkylpyridiniumkationen in Wasser mit einer Affinitaumlt von mindestens 103 bis 104 M-1
bindet (Abb 211 und 212)[64 65] Auffaumllligerweise werden in protischer Loumlsung nur
permanente Kationen komplexiert Hydrochloride wie zB Pyridinhydrochlorid werden nicht
eingeschlossen Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass keine permanente Ladung
vorhanden ist oder eine groszlige Solvatationshuumllle vorhanden ist welche nicht von der
Bisphosphonat-Klammer 10 entfernt werden kann Von besonderem Interesse sind neben den
N-Alkylpyridinium-Farbstoffen (Abb 211) der Cofaktor NAD+ 52 und dessen
Modellverbindung N-Methyl-Nikotinamid 51 (Abb 212)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 28
H H
H
H
H HN+
N(n-Bu)2
I-
N+ N+ OH
2 BF4-
094
256 243
085
074
-010 -009 H H H049049060
085
47 48
Abbildung 211 Getestete Farbstoffe auf N-Alkylpyridinium-Basis Die ∆δsat-Werte fuumlr die Bindung in Wasser sind an den Protonen vermerkt
OHOH
N+O
ON+ N
I- I-
N+
NH2
O
I-
N
NN
N
NH2
O
OHOH
OPOO-
OPO
OOHO
N+
NH2
O
50 Ka = 9400 M-149 Ka = 4800 M-1 51 Ka = 12700 M-1
52 Ka = 6500 M-1
HH
HH
H
HH
020
018016
028036
048
049
H
HH
H175
228262
124076
Abbildung 212 Getestete N-Alkylpyridiniumsalze und N-Alkylpyraziniumiodid 50 Die angegebenen Bindungskonstanten gelten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser Beim Nikotinamid 51 und NAD+ 52 sind die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen in ppm angegeben
Im Gegensatz zu den bereits bekannten Pinzetten von Nolte et al ndash die aufgrund ihrer
Praumlorganisation ebenfalls flache Pyridiniumkationen binden koumlnnen ndash erlaubt die
Bisphosphonat-Klammer 10 die Untersuchung dieser Komplexierung in Wasser Auszligerdem
besitzt die Bisphosphonat-Klammer 10 ein selektiveres Gastprofil das sich auf
elektronenarme Aromaten zu begrenzen scheint wohingegen Noltersquos Klammer einen Vielzahl
an aromatischen Gaumlsten wie zB verschiedene Phenole einschlieszligt[34 80]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 29
Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Farbstoffen
Bei der Bindung der Farbstoffe aus Abb 211 in der Bisphosphonat-Klammer 10 konnten
trotz eindeutiger Shifts im 1H-NMR-Spektrum keine Farbaumlnderung oder eine Aumlnderung des
UVVis Spektrums beobachtet werden[64] Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein weiterer
N-Alkylpyridinium-Polymethin-Farbstoff 53 untersucht (Abb 213) Aufgrund seiner
geringen Loumlslichkeit wurde lediglich ein 21-Gemisch aus Bisphosphonat-Klammer 10 und
Farbstoff betrachtet Das Gemisch zeigt auch hier im 1H-NMR-Spektrum aufgrund der stark
verschobenen aromatischen Signale eindeutige Hinweise auf eine Komplexierung (Abb
213) jedoch trat auch in diesem Fall keine Farbaumlnderung bei der Komplexierung auf
Moumlglicherweise ist der HOMO-LUMO-Abstand zwischen dem Naphthalin-Donor und dem
Pyridinium-Akzeptor zu groszlig
NN+
Br
BF4-
025
025
050-065
53 WirtGast = 21-Gemisch
00
Abbildung 213 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung von Polymethin-Farbstoff 53 im 21-Gemisch mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Bindungsexperimente mit NAD+ und NAD+-Modellverbindungen
NAD+ 52 und NADP 57 gehoumlren zu den wichtigsten Cofaktoren die in der Natur
vorkommen Bei nahezu einem Viertel aller bekannten enzymatischen Reaktionen handelt es
sich um Redox-Reaktionen Ein Groszligteil der beteiligten Enzyme braucht NAD+ 52 oder
NADP 57 als Cofaktor[81] Dehydrogenasen katalysieren zB mit Hilfe dieser Cofaktoren die
Oxidation von Alkoholen zu den entsprechenden Carbonyl-Verbindungen[82-84] Auszligerdem
spielt NAD+ 52 eine wichtige Rolle bei der Replikation und Reparatur der DNA die DNA-
Ligase die sowohl an der Replikation als auch an der Reparatur der DNA beteiligt ist braucht
NAD+ 52 als Cofaktor zur Uumlbertragung eines Adenosyl-Restes auf das 5rsquo-Ende eines DNA-
Einzelstrangbruchs[82 85 86] Im Enzym befindet sich NAD+ haumlufig in der sogenannten
Rossmann-Falte[87-89] Sowohl das Adenin als auch das Nikotinamid befinden sich in einer
hydrophoben Tasche und werden dort von hydrophoben Wechselwirkungen und dispersiven
Kraumlfte gehalten[90]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 30
Die bislang bekannten kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr NAD+ 52 nutzen fuumlr ihre Komplexierung
die Wechselwirkung zwischen den negativ geladenen Phosphaten des NAD+ 52 und einem
makrozyklischen Anionen-Rezeptor[91] einem acridiniumfunktionalisierten
Azakronenether[92] oder protonierten Azakronenether[93] Der Nikotinamidring an dem die
Katalyse stattfindet wurde bislang jedoch nicht gezielt komplexiert
Wegen der groszligen Bedeutung von NAD+ 52 waren die anfangs noch von Christian Jasper
durchgefuumlhrten Untersuchungen von besonderem Interesse Bereits in den ersten
Bindungsexperimenten mit NAD+ 52 waren nicht nur Shifts bei den Protonen des
Nikotinamids zu sehen sondern auch bei denen des Adenins (Abb 212) Diese Befunde
werden von Molecular Modelling Untersuchungen unterstuumltzt (Abb 214)[64 65] Waumlhrend das
Nikotinamid sich in der Kavitaumlt befindet orientiert sich das Adenin-Ringsystem parallel zur
Naphthalin-Seitenwand der Bisphosphonat-Klammer 10 Denkbar waumlre jedoch auch eine
Struktur bei der sich das Adenosin in der Kavitaumlt befindet und das Nikotinamid auszligen an der
Naphthalin-Seitenwand andockt Von der Seite betrachtet befinden sich in beiden Faumlllen die
vier Ringssysteme uumlbereinander und koumlnnen so π-π-Stapelwechselwirkungen ausbilden Um
mehr Informationen uumlber die tatsaumlchliche Struktur des Komplexes zu gewinnen wurde im
Rahmen dieser Arbeit die Komplexierung von Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54 und
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 in der Bisphosphonat-Klammer 10 getrennt untersucht
um die einzelnen Beitraumlge der beiden Bestandteile von NAD+ zu quantifizieren Die
verhaumlltnismaumlszligig niedrigen ∆δsat-Werte des Komplexes von NAD+ und der Bisphosphonat-
Klammer 10 deuten daraufhin dass der Nikotinamid-Ring sich nicht permanent in der Kavitaumlt
befindet Bei einer dauerhaften Komplexierung muumlssten die beobachtete Werte deutlich houmlher
liegen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 31
Abbildung 214 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Zwischen den Strukturen gibt es lediglich eine Energiedifferenz von etwa 1 kJmol
Wie bereits nach der Betrachtung der Molecular Modelling Ergebnisse vermutet wurde bildet
die Bisphosphonat-Klammer 10 auch Komplexe mit dem natuumlrlichen Nucleosid
2rsquo-Desoxyadenosin 55 oder AMP 56 aus (Abb 215) 2rsquo-Desoxyadenosin 55 wird mit einer
auffaumlllig hohen Bindungskonstante gebunden (Ka = 5151 M-1) waumlhrend AMP 56 mit einer
deutlich geringeren Bindungskonstante gebunden wird (Ka = 1126 M-1) Dieser Unterschied
deutet darauf hin dass sich das negativ geladene Phosphat des AMP 56 und die ebenfalls
negativ geladenen Phosphonate des Wirtes 10 gegenseitig abstoszligen und so die Bindung
schwaumlchen Die im Vergleich zu NAD+ 52 etwas schwaumlchere Bindung von NADP 57
unterstuumltzt diese Uumlberlegung Dies spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen
der beiden Komplexe wieder (Abb 216) Im Gegensatz zum 2rsquo-Desoxyadenosin 55 ist AMP
56 unter Verzicht auf eine Ribose-OH-Phosphat-Wasserstoffbruumlcke so in der Kavitaumlt
angeordnet dass sein Phosphat moumlglichst weit von den Phosphonaten des Wirtes entfernt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 32
H
O
OH
HO
H
N
NN
N
NH2
HH
O
OH
O
N
NN
N
NH2
HPO
NaOONa
025
044
020
018
O
OHOH
OPO-
OHO
H
N+
NH2
O
H
HH
H020
025
044046
009
N
N N
N
NH2
O
O OH
O POH
OHH
H
O
OHOH
OPO-
OO
H
N+
NH2
O
H
HH
H
049
036
028
016018
020
048
P OHOO-
NMN 54 Ka = 6760 M-1 plusmn 23
55 Ka = 5151 M-1 plusmn 6 AMP 56 Ka = 1126 M-1 plusmn 19
NADP 57 Ka = 1444 M-1 plusmn 14
Abbildung 215 Bindungsexperimente mit NADP 57 und NAD+-Teilstrukturen Die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen sind in ppm angegeben
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 33
Abbildung 216 Berechnete Strukturen der Komplexe von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 (links) und AMP 56 (rechts) in der Bisphosphonat-Klammer 10 (links) in der Bisphosphonat-Klammer 56 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Da AMP 56 immerhin von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden wird kann davon
ausgegangen werden dass auch der Adenin-Teil des NAD+ 52 in der Kavitaumlt der Klammer 10
gebunden wird Es ist also anzunehmen dass ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt in dem
ein Teil der Nikotinamid-Reste und ein Teil der Adenin-Reste eingeschlossen ist Allerdings
deutet die erheblich staumlrkere Bindung des NMN 54 im Vergleich zum AMP 56 daraufhin
dass mehr Nikotinamid als Adenin gebunden vorliegt Dieses Gleichgewicht muss auf der
NMR-Zeitskala schnell sein da nur gemittelte ∆δsat-Werte ermittelt werden koumlnnen und keine
Aufspaltung der entsprechenden Signale beobachtet wird
Ein Vergleich der beiden elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale unterstuumltzt diese Annahme
erheblich der Nikotinamid-Ring ist insgesamt viel positiver geladen als der Adenin-Ring
(Abb 217) Es sollte allerdings beruumlcksichtigt werden dass die elektronischen
Oberflaumlchenpotentiale in der Gasphase berechnet werden und die elektrostatische
Wechselwirkung zwischen den polarisierten Aromaten in waumlssriger Loumlsung nicht allein an der
Komplexierung beteiligt ist Wenn die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Gast- und
Wirtaromat in waumlssriger Loumlsung ausschlaggebend waumlre dann wuumlrde im Falle des NAD+ 52
gar keine Komplexierung des Adenins stattfinden Dies deutet daraufhin dass andere Effekte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 34
wie zB der hydrophobe Effekt und dispersive Kraumlfte auch eine wichtige Rolle bei der
Komplexierung spielen
Abbildung 217 Die Struktur (links) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (rechts) von NAD+ 52 Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 aus der Struktur von NAD+ im Komplex welche aus einer Monte Carlo-Berechnung erhalten wurde[72]
Der Komplex von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 konnte trotz
seiner relativ geringen freien Bindungsenergie zusaumltzlich in ESI-MS-Spektren nachgewiesen
werden (Abb 218)
Abbildung 218 ESI-MS-Spektrum des Komplexes von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Das Spektrum wurde im negativen Bereich aufgenommen Die berechnete Massen sind [10+55]2- 421 [10-OPOMe]- 515 [10+H+]- 593 [10+Na+]- 615 [10+Bu4N+]- 834 [10+Bu4N++Na+] 866 [10+Bu4N++55]- 1085 Uumlber mz = 1100 wurden keine Peaks gefunden
Neuere Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner haben gezeigt dass die Komplexierung
von NAD+ 52 stark pH-Wert abhaumlngig ist Bei Betrachtung des Komplexes aus NAD+ 52 und
der Bisphosphonat-Klammer 24 in Puffer wurden wieder die gewohnten starken Hochfeld-
Shifts beobachtet Somit scheint die Komplexierung stark vom Protonierungsgrad der
Phosphate abhaumlngig zu sein[94]
mz400 600 800 1000
Cou
nts
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1085
834
615593
515
421866
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 35
Bindungsexperimente mit A2E
Ein weiterer Naturstoff auf N-Alkylpyridinium-Basis ist N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
(A2E) 58 (Abb 219) A2E 58 spielt eine maszliggebliche Rolle bei der Entstehung der
altersbedingten Makuladegeneration (AMD) AMD ist eine der Hauptursachen fuumlr
altersbedingte Sehstoumlrungen[95 96] Weltweit sind ca 25 der uumlber 75-jaumlhrigen von
unterschiedlichen Stufen dieser Erkrankung betroffen Fuumlr 5 dieser Altersgruppe hat die
Krankheit eine hochgradige Sehbehinderung zur Folge[97] Man unterscheidet zwischen der
feuchten und trockenen Form der AMD Die feuchte Form wird durch abnorme Blutgefaumlszlig-
Bildung in der Makula und unter der Retina verursacht Die trockene Form an der 90 der
Patienten leiden wird durch Ablagerungen auf der Makula verursacht Dadurch kommt es zu
einer Makula-Atrophie und die Funktion der Lichtrezeptoren ist stark eingeschraumlnkt
Hauptsaumlchlich der retinale Pigmentepithel ist von der AMD betroffen Genaue Ursachen
dieser Krankheit sind bislang weitgehend unbekannt Therapiemoumlglichkeiten gibt es bis zum
heutigen Tage noch nicht aber es gibt Moumlglichkeiten das Fortschreiten der Krankheit mit
negativ geladenen Phospholipiden wie zB Phosphatidylglycerol[98] blaues Licht filternden
Molekuumllen wie Lutein[98] oder durch das Implantieren von einer blaues Licht filternden Linse
zu bremsen[99] Diese Methoden haben bislang jedoch noch keine klinische Anwendung
A2E 58 und seine Isoform mit einer cis-Doppelbindung in Nachbarstellung zum Pyridinring
iso-A2E kommen gehaumluft in den Lysosomen und Mitochondrien der Zellen der Retina
vor[100-103] Mit steigendem Alter nimmt die Konzentration an A2E 58 in den Epithelialzellen
zu[104] Die Uumlberlastung der Epithelialzellen mit diesem Kation ist vermutlich die Ursache fuumlr
die pathogenen Schritte Zwar initiiert A2E 58 die Freisetzung der pro-apoptotischen Proteine
Cytochrom c und dem Apoptose-induzierenden Faktor aber A2E 58 ist kein generelles
mitochondriales Gift A2E 58 verhindert die kardiolipinvermittelte Bindung von Cytochrom c
an die Cytochrom c Oxidase (COX) Vermutlich konkurriert A2E 58 mit Kardiolipin bei der
Bindung an Cytochrom c Dies fuumlhrt zu einer Anhaumlufung an Cytochrom c in der Zelle was
einerseits eine Unterbrechung der Atmungskette der Zelle und damit die Entstehung von
oxidativem Stress und andererseits die Ausloumlsung der Apoptose zur Folge hat[98]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 36
Abbildung 219 A2E 58 mit ∆δmax fuumlr die Bindung in Methanol-d4D2O = 31 (links) und die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von A2E 58 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Diese Struktur entspricht der mit einer Wasserbox berechneten (Sybyl 67 Tripos Kraftfeld)[105]
Aufgrund der geringen Loumlslichkeit von A2E 58 in Wasser wurde die NMR-Titration mit der
Bisphosphonat-Klammer 10 in einem Methanol-d4D2O-Gemisch durchgefuumlhrt Das
Bindungsexperiment zeigte deutliche Hochfeld-Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber
aufgrund der Komplexitaumlt des Spektrums war es nur moumlglich fuumlr ein Proton ∆δmax zu
bestimmen Die resultierende Bindungskonstante ist vergleichbar mit denen anderer
N-Alkylpyridiniumsalze Im Molecular Modelling-Bild zeigt sich warum die
Bindungskonstante von etwa 2000 M-1 trotz sterisch relativ anspruchsvollen Substituenten am
Pyridiniumring nur unwesentlich niedriger ist als bei den anderen Pyridinium-Derivate Trotz
der sperrigen Substituenten ist es immer noch moumlglich den Pyridinium-Ring zu komplexieren
ohne dass die Substituenten dabei stoumlren Um den Einfluss diskreter Wassermolekuumlle auf die
Struktur bestimmen zu koumlnnen wurde die energetisch guumlnstigste Struktur einer Monte Carlo
Simulation in einer Wasserbox minimiert Die Wasserbox zeigte dabei keinerlei Einfluss auf
die Struktur des Komplexes
A2E 58 zeigt aufgrund seiner hydrophoben Terpen-Seitenketten eine deutliche Einlagerung in
Modellmembranen[102 106] Damit ist A2E 58 gut geeignet fuumlr Langmuir-Blodgett
Experimente an Modellmembranen[107] Mit der Acetat-Pinzette 12 wurden bereits erste
Versuche in Modellmembranen gemacht[108] Die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt selbst
N+
H
HO
092
Ka = 2125 M-1 plusmn 19
58
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 37
jedoch nur relativ geringe zusaumltzliche pA-Shifts bei der Einlagerung in eine monomolekulare
Schicht aus Stearinsaumlure (Abb 220) Erst beim Auftropfen von 2 Aumlquivalenten der
Bisphosphonat-Klammer 10 auf die gespreizte Lipidschicht ist ein Zuwachs der Monoschicht
um ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Wird dagegen eine reine Strearinsaumlure-Monoschicht uumlber
eine 10-7 M Loumlsung aus A2E 58 in Wasser erzeugt so ist auch in diesem Fall ein pA-Shift
von ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Dies ist einen bemerkenswerter Anstieg da Langmuir-
Blodgett Experimente uumlblicherweise bei Konzentrationen durchgefuumlhrt werden die um drei
Groumlszligenordnungen uumlber der hier gewaumlhlten Konzentration liegen Die zeigt die effektive A2E-
Einlagerung in der Stearinsaumlure-Monoschicht an Bei der kombinierten Einlagerung der
Bisphosphonat-Klammer 10 in die Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber eine Loumlsung von A2E 58
in Wasser wurde jedoch wieder lediglich ein Anstieg von 2 AringMolekuumll beobachtet Somit
erfolgte also kein zusaumltzlicher Anstieg der Monoschicht der auf die Bildung eines Komplexes
hindeuten wuumlrde welche die Monoschicht zusaumltzlich aufweitet (Abb 220)
-1
4
9
14
19
24
29
34
20 22 24 26 28 30 32 34 36
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
S H2OS + 2eq 10 H2OS A2ES + 2eq 10 A2E
Abbildung 220 DruckFlaumlche-Diagramm der Filmwaage-Untersuchung zur Bindung von A2E 58 an die immobilisierte Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Diese Beobachtung koumlnnte auf folgende Ursache zuruumlckzufuumlhren sein Gemaumlszlig ihrer
Amphiphilie sollte sich die Bisphosphonat-Klammer 10 in der Monoschicht mit ihrer Oumlffnung
nach oben ausrichten also von der Subphase abgewandt (Abb 221) Daher kann sie kein
zusaumltzliches A2E 58 aus der Subphase aufnehmen Obwohl dieser Zustand natuumlrlich
a a
b b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 38
dynamisch ist und in der fluiden Membran sicherlich auch Molekuumlle mit ihrer Kavitaumlt nach
unten ausgerichtet sind koumlnnte die Umorientierung zuviel Energie kosten und so die
effiziente Komplexierung von A2E 58 verhindern
P-
P-
P-
P-
P-
P-
Abbildung 221 Schematische Darstellung der vermuteten Anordnung der Bisphosphonat-Klammer 10 in der Stearinsaumlure-Monoschicht
In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit Epithelzellen die von der Firma Lynkeus
Biotech durchgefuumlhrt wurden konnte beobachtet werden dass die Bisphosphonat-Klammer
10 die Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das
Potential der Bisphosphonat-Klammer 10 sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen
Bei den Untersuchungen zur NAD+ Bindung wurde uumlberraschend festgestellt dass nicht nur
kationische Aromaten in der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert werden sondern dass
auch das elektronenarme neutrale Adenosin relativ stark gebunden wird Dieser Befund wirft
die Frage auf wie das Komplexierungsverhalten der Bisphosponat-Klammer in Hinblick auf
die anderen Nukleinbasen und verwandte Verbindungen aussieht
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung der Nukleinbasen[82] standen sie schon fruumlh
im Mittelpunkt des Interesses supramolekularer Chemiker[109] Dementsprechend gibt es eine
groszlige Vielfalt an kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr Nukleinbasen[24 110-117] insbesondere fuumlr
Adenin[118-120] Diese Rezeptoren benutzen meist eine Kombination aus Wasserstoff-Bruumlcken
und π-π-Wechselwirkungen zur Komplexierung des Gastes Die historisch ersten Rezeptoren
arbeiteten noch in organischer Loumlsung aber spaumltere Generationen wie zB Rezeptoren auf
Cyclophan-Basis erkennen Nukleotide in Wasser[118] Mit Rezeptoren auf Phenanthridinium-
Basis werden in gepufferter Loumlsung sogar Bindungskonstanten bis zu 106 M-1 erreicht[121]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 39
Nukleoside
Bei unseren Bindungsexperimenten wurde der Schwerpunkt auf die Untersuchung der
Komplexierung von Nukleosiden und Nukleotiden gelegt da die unsubstituierten
Nukleinbasen sich als sehr schwer wasserloumlslich herausstellten und kaum biologische
Bedeutung haben Ein Vergleich der Ka-Werte fuumlr die Bindung von Nukleosiden in der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt auf den ersten Blick dass die Bindungskonstanten alle in
gleichen Groumlszligenordnung liegen (Abb 222) Dabei werden die beiden Nukleotide
2rsquo-Deoxyadenosin 55 und 2rsquo-Deoxycytidin 62 relativ stark gebunden waumlhrend
2rsquo-Deoxyguanosin 59 2rsquo-Deoxythymidin 60 und 2rsquo-Deoxuridin 61 um dem Faktor zwei bis
drei schwaumlcher gebunden werden
O
OH H
HON
NH
O
O
H3C
H
H
O
OH
N
NN
N
NH2
H
025
044
020
2-Deoxyadenosin 55Ka = 5151 M-1 plusmn 6
HO
NH
N
N
O
NH2N
O
OH H
HO
H
NH
O
ON
O
OH H
HOH
O
OH H
HON
N
NH2
O
H
H
2-Deoxyguanosin 59Ka = 1859 M-1 plusmn 11
2-Deoxythymidin 60Ka = 2364 M-1 plusmn 12
2-Deoxyuridin 61Ka = 2467 M-1 plusmn 14
2-Deoxycytidin 62Ka = 7358 M-1 plusmn 6
030
025H
035
062
024
147
024
047
085
016
Abbildung 222 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleosiden Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser sind an den jeweiligen Nukleosiden vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei der Analyse der Aumlnderungen in den chemischen Verschiebungen im Komplex faumlllt auf
dass die Protonen an den aromatischen Ringsystem ausnahmslos starke Hochfeldshifts
aufweisen die Fuumlnfringe zeigen jedoch etwas geringere Shifts als die Sechsringe Das
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 40
anomere Wasserstoffatom an der 1rsquo-Position zeigt auszligerdem in allen Faumlllen immer noch einen
deutlichen Hochfeldshift waumlhrend die anderen Protonen der Ribose nur verschwindend
geringe Aumlnderungen ihrer chemischen Verschiebung aufweisen Dies deutet daraufhin dass
sich das elektronenarme Ringsystem der Nukleinbasen wie erwartet in der Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Klammer befindet Besonders deutlich wird dies bei der Betrachtung der
chemischen Verschiebungen des 2rsquo-Deoxythymidins 60 und 2rsquo-Deoxuridins 61 Waumlhrend das
Thymidin eine sterisch relativ anspruchsvolle Methylgruppe besitzt welche die
Komplexierung erschwert hat das Uridin an der gleichen Position ein Wasserstoffatom
Dadurch wird die Komplexierung erleichtert was sich zwar nicht auf die Bindungskonstante
niederschlaumlgt aber wohl auf den ∆δsat-Wert Dies bedeutet vermutlich dass die Ringsysteme
unterschiedlich in der Kavitaumlt angeordnet sind Eine quantenchemische Berechnung der
chemische Verschiebungen im Komplex koumlnnte diesbezuumlglich bei der Aufklaumlrung helfen[61]
Ein Vergleich der Bindungskonstanten mit dem elektrostatischen Oberflaumlchenpotential der
Nukleinbasen zeigt eine verhaumlltnismaumlszligig gute Korrelation (Abb 223) Adenosin hat deutlich
groumlszligere elektronenarme Flaumlchen als Guanosin Bei den Pyrimidin-Basen sind nur kleine
Unterschiede sichtbar welche den Selektivitaumltsunterschied nicht erklaumlren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 41
Abbildung 223 Die Struktur (rechts) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (links) der Nukleosiden Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau)[72] Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung der entsprechenden Nukleoside an die Bisphosphonat-Klammer 10 ist bei den Nukleinbasen vermerkt
Nukleotide
Nach den Nucleoside wurden auch die entsprechenden Nukleotide auf ihre
Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Bis auf das AMP 56 werden jedoch keine anderen
Nukleotide von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Alle Aumlnderungen in Ihren
chemischen Verschiebungen sind so gering (lt 003 ppm) dass eine Komplexierung
ausgeschlossen werden kann Auch Adenosintriphosphat 67 (ATP) wird nicht gebunden
wahrscheinlich generell wegen der starken Phosphonat-Phosphat-Abstoszligung bei der
Annaumlherung der Komplexpartner
Adenosin Ka = 5151 M-1 Guanosin Ka = 1859 M-1
Thymidin Ka = 2364 M-1 Uridin Ka = 2467 M-1
Citidin Ka = 7358 M-1
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 42
OO
N
NH
O
O
OH
PO
ONaNaO
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
NaOONa
NH
N
N
O
NH2N
OO
H
PO
NaOONa
OHOH
NH
O
ON
OO
OH OH
PO
NaOONa O
ON
N
NH2
O
OH OH
PO
NaOONa
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
OONa
PO
OOH
PO
HOONa
018
AMP 56Ka = 1126 M-1 plusmn 19
GMP 63 Ka lt 10 M-1
TMP 64Ka lt 10 M-1
UMP 65Ka lt 10 M-1
CMP 66Ka lt 10 M-1
ATP 67Ka lt 10 M-1
Abbildung 224 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleotiden Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsa-Werte der beobachteten Signale
Auffaumllligerweise bindet auch Cytidinmonophosphat 66 (CMP) nicht in der Bisphosphonat-
Klammer 10 obwohl 2rsquo-Deoxycytidin 59 sogar die groumlszligte Bindungskonstante unter den
Nukleosiden aufweist Die Bindung von AMP 56 ist deshalb wahrscheinlich auf die groumlszligere
aromatische Flaumlche des Adenins im Vergleich zum Cytidin zuruumlckzufuumlhren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 43
Wirkstoffe auf Nukleosid-Basis
Da die Bisphosphonat-Klammer 10 eine starke Bindung der Nukleoside zeigt wurde das
Komplexierungsverhalten von weiteren Verbindungen auf Nukleosid-Basis uumlberpruumlft
Zunaumlchst wurden zwei Nukleosid-Analoga getestet die (potentielle) Therapeutika sind Das
3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 und 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69
sind beide sehr effiziente Inhibitoren fuumlr das menschliche (human) Immunodefizienz-Virus
(HIV)[122] Diese besitzen jedoch eine geringe Permeabilitaumlt fuumlr die Blut-Hirn-Schranke[123]
Aus diesem Grund ist ein synthetischer Rezeptor von besonderem Interesse da dieser als
Transportmolekuumll dienen koumlnnte Sowohl AZT 68 als auch 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-
dideoxythymidin 69 werden von der Bisphosphonat-Klammer 24 gebunden (Abb 225)
O
N3H
HON
NH
O
O
H3C
H
O
H
HON
NH
O
O
H3C
H
HH
140
311
125
140
165
060061083
AZT 68Ka = 711 M-1 plusmn 15
23-Didehydro-23-dideoxythymidin 69Ka = 172 M-1 plusmn 19
Abbildung 225 Ergebnisse der Bindungsstudien mit 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 sowie 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69 mit der Bisphosponat-Klammer 24 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Die geringere Bindungskonstante des AZT 68 im Vergleich zum 2rsquo-Deoxythymidin 60 ist
wahrscheinlich auf die Azido-Gruppe zuruumlckzufuumlhren Eine Monte Carlo Untersuchung zeigt
dass diese im Komplex relativ weit entfernt von den Phosphonaten der Klammer angeordnet
ist (Abb 226) Die Ribose des 2rsquo3rsquo-Deoxythymidins 68 ist jedoch viel naumlher an den
Phosphonaten angeordnet und somit liefert die Monte Carlo Simulation keine
zufriedenstellende Begruumlndung warum 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 relativ schwach gebunden
wird
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 44
Abbildung 226 Links die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von AZT 68 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte) Rechts die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Koffein und FAD
Eine weitere Purinbasen-analoge Verbindung ist Koffein 70 Aufgrund seiner Bekanntheit
war Koffein schon vielfach Mittelpunkt von Untersuchungen zur Wirt-Gast-Wechselwirkung
Neben ausschlieszliglich in organischen Loumlsungsmitteln loumlslichen Systemen[124-126] wurde in
letzter Zeit auch ein wasserloumlslicher Rezeptor fuumlr Koffein beschrieben[127]
Die Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Koffein 70 mit einer fuumlr Nukleinbasen erstaunlich
hohen Bindungskonstante von 29340 M-1 Damit ist die Bindungskonstante um einen
Groumlszligenordnung houmlher als die bislang in Wasser bekannten Bindungskonstanten[127] Von
daher wuumlrde sich dieses Gast-Wirt-System gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen eignen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 45
N
N N
N
O CH3H3C
OCH3
136058
027
70 Ka = 29340 M-1 plusmn 12
Abbildung 227 Ergebnis der Bindungsstudien von Koffein 70 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Ein weiterer wichtiger Cofaktor der genauso wie NAD+ 52 eine Adenosin-Einheit enthaumllt ist
Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) 71 (Abb 228) Wie NAD+ 52 ist FAD 71 an vielen
enzymatischen Redox-Reaktionen beteiligt[82] Aumlhnlich wie beim NAD+ 52 besitzt das FAD
71 zwei elektronenarme Ringsysteme und somit zwei moumlgliche Komplexierungsstellen fuumlr die
Bisphosphonat-Klammer 10 Das Bindungsexperiment zeigt jedoch nur minimale
Aumlnderungen der chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem und eine deutliche
Aumlnderung fuumlr das Adenin Die Auswertung ergibt eine Bindungskonstante von 908 M-1
Werden jedoch die Signale des Wirtes ausgewertet ergibt sich eine Bindungskonstante von
4900 M-1 Die Ursache dieser groszligen Diskrepanz ist jedoch unklar Die geringe Aumlnderung der
chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem deutet daraufhin dass dieses nicht von
der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert wird oder dass die beoachteten Signale sich zu
weit von der Kavitaumlt entfernt sind um einen Shift aufzuweisen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 46
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
H021
71 Ka = 908 M-1 plusmn 14
Abbildung 228 Ergebnis der Bindungsstudien von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei Monte Carlo Rechnungen wird deutlich dass die Methyl-Protonen des Flavins die als
einzige seine Komplexierung anzeigen koumlnnten sich bei einer Komplexierung wahrscheinlich
nicht in der Kavitaumlt befinden (Abb 229 links) Analog zum Komplex mit NAD+ 52 ist auch
hier eine Struktur denkbar bei der sich das Adenin in der Kavitaumlt befindet (Abb 229 rechts)
In diesem Fall orientiert sich das Flavin-Ringsystem an die Seitenwand der Bisphosphonat-
Klammer In dieser Anordnung muumlssten deutliche Shifts in Adenin und nur geringe in Flavin
auftreten Diese Anordnung erklaumlrt die experimentellen Beobachtungen am besten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 47
Abbildung 229 Die berechnete Strukturen fuumlr den Komplex von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Links befindet sich das Flavin in der Kavitaumlt rechts das Adenin
Folsaumlure
Eine weitere elektronenarme Verbindung deren moumlgliche Komplexierung in der
Bisphosphonat-Klammer 10 untersucht wurde ist Folsaumlure 72 (Abb 230) Das
Bindungsexperiment zeigt eine hohe Bindungskonstante von 20230 M-1 Die Folsaumlure besitzt
nur ein nichtacides Proton am aromatischen Ring das als Sensor fuumlr den
Komplexierungsmodus dienen kann Die Methylenbruumlcke zeigt zwar eine Aumlnderung der
chemischen Verschiebung bei der Komplexierung aber diese ist in der Titration zu
unregelmaumlszligig um sie auswerten zu koumlnnen Die anderen Protonen zeigen dagegen keine
Aumlnderung Es wurde versucht diese Bindungskonstante mittels mikrokalorimetrische
Messungen zu bestaumltigen aber es stellte sich heraus dass Folsaumlure in Wasser zu schlecht
loumlslich ist um mikrokalorimetrische Messung durchfuumlhren zu koumlnnen Eine Molecular
Modelling Studie des Komplexes zeigt jedoch dass das beobachtete Proton bereits nicht mehr
in der Kavitaumlt liegt ist genauso wie die Methylenbruumlcke wodurch die Beobachtungen im
Bindungsexperiment unterstuumltzt werden (Abb 231)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 48
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
H069
72 Ka = 20230 M-1 plusmn 12
Abbildung 230 Ergebnis der Bindungsstudien von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Abbildung 231 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
224 Bindungsexperimente mit Thiamin
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 ist ein wichtiger Cofaktor der im Koumlrper aus Thiamin
(Vitamin B1) 75 aufgebaut wird[82] TPP 76 ist an vielen enzymatischen Reaktionen
beteiligt[128 129] Neben Decarboxylierungen[130] und Oxidationen[131] katalysiert TPP 76
Ligations-Reaktionen In diesem Fall bildet das TPP 76 ein nukleophiles Enamin als
Intermediat welches somit als umgepoltes Acyl-Anion dient[132] Im Enzym ist TPP 76 in
einer typischen V-Form gebunden Diese relativ energiereiche Konformation wird von
hydrophoben Wechselwirkungen mit unpolaren Aminosaumluren stabilisiert Beide Ringsysteme
des Thiamins werden so stabilisiert (Abb 232) [133]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 49
Abbildung 232 Ausschnitt aus der Struktur der Transketolase aus Hefe Die V-Konformation des TPPs 76 wird an der konvexen Seite von einem Leucin stabilisiert Zusammen mit Phenylalanin Histidin und Isoleucin wird eine hydrophobe Tasche gebildet[134]
In einem ersten Bindungsexperiment mit einem Thiazolium-Salz 73 konnte Christian Jasper
starke Hochfeld-Shifts der Gast-Signale beobachten (Abb 233)[64]
N+
S
HH
HHBF4
-
140
034042081
021
021
057
73
Abbildung 233 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung im 11 Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10[64]
Daraufhin wurde im Rahmen dieser Arbeit das Komplexierungsverhalten von
N-Methylthiazoliumiodid 74 Thiamin 75 und TPP 76 in der Bisposphonat-Klammer
untersucht (Abb 234) Dabei wurde festgestellt dass das N-Methylthiazoliumiodid 74 eine
starke Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt Im Vergleich dazu zeigen Thiamin
75 und TPP 76 eine deutlich houmlhere Bindungskonstante In beiden Faumlllen werden die houmlchsten
komplexinduzierten Shifts an der Methylenbruumlcke welche die beiden Aromaten verbindet
sowie am Proton am Pyrimidinium-Ring beobachtet Beide liegen nahe am Mittelpunkt des
Molekuumlls Auch die anderen Protonen zeigen einen deutlichen Hochfeld-Shift Lediglich die
Protonen an der Alkyl-Kette zeigen einen relativ kleinen Shift Dies deutet darauf hin dass
beide Ring-Systeme an der Bindung beteiligt sind
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 50
N+
S
176
74 Ka = 1267 M-1 plusmn 29
N
N
N+S
OH
NH3+
032
013044 022
013
010
75 Ka = 18563 M-1 plusmn 11
N
N
N+S
O
NH3+
024
004044 009
001
001
PO
OHO P
O
OHOH
76 Ka = 14075 M-1 plusmn 20
Abbildung 234 Ergebnisse der Bindungsstudien von Thiazolium-Salzen mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werte mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
Interessanterweise zeigt eine Monte Carlo Untersuchung eine Struktur in der beide Ring-
Systeme sich teilweise in der Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer 10 befinden (Abb 235)
Diese Struktur erklaumlrt die in den Bindungsstudien gefundenen komplexinduzierten Shifts sehr
gut Allerdings ist die Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer in diesem Fall extrem aufgeweitet
Der Abstand der beiden Seitenwaumlnde betraumlgt in dieser Struktur etwa 12 Aring waumlhrend in
Roumlntgenstrukturanalyse Abstaumlnde von etwa 8 bis 11 Aring beobachtet wurden[48] Aus
Untersuchungen von weiteren Molecular Modelling Strukturen sowie den Kristallstrukturen
zeigte sich jedoch dass die Aufweitung der Kavitaumlt nur eine geringe Aktivierungsenergie
benoumltigt Diese sollte maximal etwa 4 kJmol betragen[50]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 51
Abbildung 235 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte Schwefel ist in gelb dargestellt)
Diese Struktur wird von einem NOESY-Experiment unterstuumltzt Im NOESY-Experiment mit
einem 11-Komplex aus Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 sind neben starken
intermolekularen NOE Crosspeaks auch schwaumlchere intramolekulare NOE Crosspeaks
sichtbar Diese sind in Abb 236 dargestellt
P
O
CH3
O
PO
CH3
O
O
N
N
N+H
H
H N
H
+
Abbildung 236 Beobachtete intramolekulare NOE-Crosspeaks
Das CH-Signal des Thiazolium-Rings war bislang in den Bindungsexperimenten aufgrund
seiner Aciditaumlt nicht sichtbar Bei einer Messung des 11-Komplexes mit Watergate-
Unterdruumlckung in nichtdeuteriertem Wasser wird das Proton bei etwa 10 ppm sichtbar[135]
Damit ist es um ca 1 ppm tieffeldverschoben im Vergleich zum reinen Thiamin Auch dieser
Befund deutet daraufhin dass die aus Molecular Modelling erhaltene Struktur ein gutes
Modell fuumlr den Bindungsmodus ist da sich dieses Proton im Modell in der Kavitaumlt befindet
und damit einen starken Shift zeigen sollte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 52
Eine Molekulardynamik-Simulation des 11-Komplexes aus Thiamin 75 und der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt dass die vorgeschlagene Struktur keinesfalls starr ist (Abb
237) Das Thiamin 75 besitzt eine groszlige Beweglichkeit in der Kavitaumlt Es scheint so als
wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen so
dass immer einer der beiden Aromaten eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingehen kann
Abbildung 237 Eine molekulardynamische Simulation fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Macromodel 71 298K 10 ps mit 1 ps Schnappschuumlsse) Alle Schnappschuumlsse wurden uumlbereinander projiziert und die Protonen wurden aus Gruumlnde der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
Eine 1H-NMR-Untersuchung des Thiamin 75Bisphosphonat-Klammer 10 Komplexes in
Methanol bei verschiedenen Temperaturen zeigt unterhalb von 0 degC eine deutliche
Linienverbreiterung und eine Aumlnderung der chemischen Verschiebungen Bis -100 degC blieb
die Loumlsung klar Ein Auftrag der chemischen Verschiebung gegen die Temperatur zeigt eine
deutliche Temperaturabhaumlngigkeit fuumlr das aromatische Pyrimidin-Proton (Abb 238) Dies
verdeutlicht den verlangsamten Assoziations- Dissoziationsprozess
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 53
6464565
65566
66567
67568
68569
695
290K 280K 270K 260K 250KT (K)
δ (p
pm)
Abbildung 238 Temperaturabhaumlngigkeit der chemischen Verschiebung des aromatischen Pyrimidin-Protons von Thiamin 75 im Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Da die Bisphosponat-Klammer eine Einlagerung in eine monomolekulare Stearinsaumlureschicht
zeigt wurde versucht eine Bindung des Thiamins 75 in der Bisphosphonat-Klammer 10
nachzuweisen[106] Eine Einlagerung von zwei Aumlquivalenten der Bisphosphonat-Klammer 10
in eine Stearinsaumlure-Monoschicht fuumlhrt zu einer Vergroumlszligerung der Oberflaumlche von ca 2
AringMolekuumll waumlhrend eine Stearinsaumlure-Monoschicht die auf einer 10-4 M Loumlsung von
Thiamin 75 hergestellt wird ebenfalls eine Vergroumlszligerung der Oberflaumlche um ca 2 AringMolekuumll
bewirkt Werden nun zu einer Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber einer Thiamin-Subphase zwei
Aumlquivalente der Bisphosphonat-Klammer 10 getropft so vergroumlszligert sich die Oberflaumlche um
ca 3 AringMolekuumll Das bedeutet dass ein zusaumltzlicher komplexbedingter Anstieg der
Oberflaumlche um ca 1 AringMolekuumll beobachtet werden konnte (Abb 239) Dies ist vermutlich
darauf zuruumlckzufuumlhren dass sich Bisphosphonat-Klammer-Molekuumlle in der Subphase
befinden Thiamin 75 binden und dadurch unpolarer werden und deswegen in der
Monoschicht aufgenommen werden (Abb 240)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 54
Abbildung 239 Ergebnisse der Filmwaage-Untersuchung von der Bindung von Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Abbildung 240 Darstellung der Komplexierung von Thiamin 75 in der Subphase wodurch ein unpolarer Komplex gebildet wird Dieser Komplex wird anschlieszligend in der Monoschicht eingelagert
Wegen der hohen freien Bindungsenergie eignet sich das System Thiamin 75Bisphosphonat-
Klammer sehr gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen
0
10
20
30
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
SA H2O
SA H2O - 2eq 10
SA 75
SA 75 - 2eq 10
+ Gast
+
LuftH2O
++
++
++
++
----
--
-- ----
a a b
b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 55
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer)
Es konnte gezeigt werden dass die Bisphosphonat-Klammer eine hohe Affinitaumlt gegenuumlber
N-alkylierten Pyridinium-Salzen hat Von besonderem Interesse ist dabei NAD+ Die
Untersuchung des Bindungsmodus fuumlr die Bindung von NAD+ hat ergeben dass sie
komplizierter ist als es auf dem ersten Blick erscheint Scheinbar liegt ein dynamisches
Gleichgewicht vor bei dem sich abwechselnd mal der Nikotinamid-Ring und der Adenosin-
Ring in der Kavitaumlt befindet Das Gleichgewicht liegt jedoch stark auf der Seite des
Nikotinamids Aus der Untersuchung der NAD+-Fragmente wurde zusaumltzlich die Erkenntnis
gewonnen dass die Bisphosphonat-Klammer nicht nur kationische Aromaten bindet sondern
auch elektronenarme neutrale Aromaten Damit umfasst das Gast-Portfolio der
Bisphosphonat-Klammer elektronenarme neutrale und kationische Aromaten wobei im letzen
Fall jedoch ausschlieszliglich permanente Kationen gebunden werden Nichtpermanente
Kationen wie zB Pyridiniumhydrochlorid oder basische Aminosaumluren werden dagegen nicht
gebunden Entweder weil ein permanentes Kation fuumlr die Bindung gebraucht wird oder weil
diese Kationen so stark solvatisiert sind dass sie nicht von der Klammer desolvatisiert werden
koumlnnen
Die Bisphosphonat-Klammer bindet alle Nukleoside aber bei den entsprechenden
Nukleotiden wird lediglich AMP 56 gebunden Die Bindungskonstante ist dabei deutlich
niedriger Somit scheint die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen Nukleosiden und
Nukleotiden zu unterscheiden Das negativ geladene Phosphat spielt dabei anscheinend eine
entscheidende Rolle Die Abstoszligung durch die Bisphosphonate der Klammer scheint fuumlr die
schlechte Bindung verantwortlich zu sein Die deutliche staumlrkere Bindung von NMN 54 im
Vergleich zum AMP 56 deutet darauf hin dass die π-Kation-Wechselwirkung einen
entscheidenden Beitrag zur staumlrkeren Bindung von kationischen Gaumlsten hat
Die Betrachtung des Komplexes von Thiamin 75 zeigt dass es sich beim Komplex mit der
Bisphosphonat-Klammer trotz seiner hohen Bindungskonstante keinesfalls um einen starren
Komplex handelt Das Thiamin 75 wird von dispersiven Wechselwirkungen
Wasserstoffbruumlcken und hydrophoben Effekten in einer natuumlrlichen V-aumlhnlichen
Konformation gehalten aber der Komplex scheint hochdynamisch zu sein
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 56
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Wie die Bisphosphonat-Klammer besitzt die Bisphosphonat-Pinzette 11 eine extrem
elektronenreiche Kavitaumlt Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu
geschlossen und kann dadurch nur schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser
nicht sehr anspruchsvoll sind wie zB para-substituierte Aromaten oder Ammonium-Salze
Bereits die Methylphosphonsaumluremethylester-Pinzette 39 zeigt dass die Kavitaumlt eine hohe
Tendenz zur Komplexierung von unpolaren Gaumlsten besitzt Die beiden Methylestergruppen
befinden sich naumlmlich in einem schnellen Gleichgewicht bei dem sich immer eine der beiden
Gruppen in der Kavitaumlt der Pinzette befindet Dadurch wird die Pinzette unsymmetrisch Dies
zeigt sich sehr deutlich im 1H-NMR-Spektrum das aufgrund dieser Unsymmetrie eine sehr
komplizierte Aufspaltung der aromatischen Signale zeigt sowie einen starken Hochfeld-Shift
des Methylestersignals um ca 15 ppm Nach der Spaltung der Methylester wird diese
Unsymmetrie aufgehoben und das 1H-NMR-Spektrum zeigt wieder das einfache
Aufspaltungsmuster eines spiegelsymmetrischen Molekuumlls
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt im 1H-NMR bei Verduumlnnung von 10-3 bis 10-5 M-1 einen
signifikanten Shift der chemischen Verschiebung der aromatischen Protonen Da dies auf eine
Selbstassoziation hinweist wurde versucht eine Selbstassoziationskonstante zu bestimmen
aber die Aumlnderungen der chemischen Verschiebung lies sich nicht mit dem Fitprogramm
anpassen Diese Beobachtung bedeutet dass eine Selbstassoziation bzw eine Micellen-
Bildung in waumlssriger Loumlsung wahrscheinlich ist Da diese jedoch nicht quantifiziert werden
konnte koumlnnte dies auf eine houmlhere Assoziations-Stoumlchiometrie hinweisen Weiterhin
bedeutet dies dass die Signale der Bisphosphonat-Pinzette nicht zur Auswertung von
Titrationen genutzt werden koumlnnen
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen
Als erste Gaumlste wurden N-alkylierte Pyridiniumsalze auf ihr Bindungsverhalten in der
Bisphosphonat-Pinzette 11 uumlberpruumlft um einen Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer
ziehen zu koumlnnen
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt mit 1776 M-1 eine deutlich geringere Bindungskonstante
fuumlr die Bindung von N-Methylnikotinamid 51 als die Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 57
241)[75] Dies ist vermutlich auf die deutlich kleinere Kavitaumlt der Pinzette zuruumlckzufuumlhren
Die ∆δsat-Werte scheinen diese Annahme zu unterstuumltzen Im Gegensatz zum Komplex von
N-Methylnikotinamid 51 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 sind die houmlchsten ∆δsat-Werte in
diesem Fall in der Umgebung der N-Methylgruppe zu beobachten Dies laumlsst darauf schlieszligen
dass sich nur dieser Molekuumllteil nahe der Methylgruppe voumlllig in der Kavitaumlt befindet aber
nicht das gesamte Molekuumll Im Gegensatz dazu ist das N-Methylpyraziniumiodid 50 klein
genug um in die Kavitaumlt zu passen Dies zeigt die mit der Bisphosphonat-Klammer 10
uumlbereinstimmende Bindungskonstante[75] Das Kosower-Salz 49 zeigt beim
Bindungsexperiment eine starke Verbreiterung der Signale wodurch die Bestimmung der
Bindungskonstante nicht moumlglich war Die beobachtete Aumlnderung der chemischen
Verschiebung deutet jedoch darauf hin dass auch das Kosower-Salz 49 in der Pinzette
eingeschlossen wird
N+
N
CH3I- 174
127
H N+
O O
I- 095
011
014
HN+
CH3
NH2
O
H
HH
H
258
187266
055100
51Ka = 1776 M-1 plusmn 15
50Ka = 12000 M-1 plusmn 28
I-
49
Abbildung 241 Ergebnisse der Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Salzen und N-Methylpyraziniumiodid 50 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werten mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen
Aufgrund ihrer biologischen Bedeutung wurden bei den Bindungsexperimenten mit der
Pinzette der Schwerpunkt auf die Untersuchung von Ammonium-Salzen gelegt
Erste Experimente mit Benzylaminhydrochlorid 77 und n-Propylaminhydrochlorid 78 zeigten
fuumlr die Komplexierung in der Bisphosphonat-Pinzette 11 zwar sehr groszlige ∆δsat-Werte aber
die korrespondierenden Bindungskonstanten waren geringer als erwartet (Abb 241) Die
Bindung in Methanol scheint dagegen eine houmlhere Bindungskonstante als in Wasser zu
besitzen Dieser Effekt koumlnnte auf den houmlheren Beitrag der Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und dem Gast in dem unpolareren Loumlsungsmittel Methanol sowie auf den
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 58
geringeren Aufwand der betrieben werden muss um das Ammoniumkation zu
desolvatisieren zuruumlckzufuumlhren zu sein Die Bindungskonstanten des Adrenalins 79 und der
Adrenalinvorlaumlufer Noradrenalin 80 und Dopamin 81 sind im Vergleich zu den einfacheren
Aminen Benzylamin 77 und n-Propylamin 78 vermutlich aufgrund des houmlheren sterischen
Anspruchs noch ein wenig niedriger Damit liegen die Bindungskonstanten deutlich unter der
eines bereits bekannten makrozyklischen Adrenalin-Rezeptors auf Bisphosphonat-Basis[136]
Allerdings zeigen diese Experimente dass die Kavitaumlt der Pinzette ausschlaggebend fuumlr die
Bindung ist da einfache aromatische Bisphosphonate Adrenalin zwar in unpolaren
aprotischen Loumlsungsmitteln binden koumlnnen jedoch nicht in Wasser[67 137 138] Dies bedeutet
dass in waumlssriger Loumlsung π-Kation-Wechselwirkungen sowie der hydrophobe Effekt welche
die Kavitaumlt hier besonders auszeichnen zur Komplexierung gebraucht werden
Die Reihe Adrenalin 79 Noradrenalin 80 und Dopamin 81 zeigt anhand der ∆δsat-Werte
deutlich dass ein sterisch weniger anspruchsvoller Gast tiefer in die Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Pinzette 11 hineinragt Waumlhrend beim Dopamin 81 die ∆δsat-Werte deutlich
zeigen dass der Benzol-Ring teilweise noch in die Kavitaumlt hineinragt fungiert beim
Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 die Hydroxy-Gruppe als bdquoStopperldquo Die Protonen des
Benzol-Ringes von Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 zeigen keine Aumlnderung der chemischen
Verschiebung Das Propanolol 82 verhaumllt sich in methanolischer Loumlsung aumlhnlich ndash in
waumlssriger Loumlsung faumlllt der Komplex dagegen als Niederschlag aus
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 59
NH3ClNH3Cl
OHOH
OHNH2Cl
HO
ClH2N
OHOH
OHNH3Cl
OHOH
NH3Cl
H
82Ka = 1361 M-1 plusmn 6
151
265
264
188345201
202
215
055
090057
217 267
77Ka = 115 M-1 plusmn 45
78Ka = 890 M-1 plusmn 11 Ka = 1680 M-1 plusmn 7
79Ka = 390 M-1 plusmn 9
80Ka = 184 M-1 plusmn 22
81Ka = 984 M-1 plusmn 13
Abbildung 242 Ergebnisse der ersten Bindungsuntersuchungen mit Ammonium-Salzen Die Werte mit einem sind fuumlr die Bindung in Methanol
Die deutliche Tendenz bezuumlglich der Groumlszlige von Gaumlsten die von den ∆δsat-Werten angedeutet
wird spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen der Komplexe wieder auch
wenn hier die Unterschiede nicht so eindeutig sind (Abb 243) Im Falle des Dopamin-
Komplexes befindet sich die kurze Alkylkette groumlszligtenteils in der Kavitaumlt und auch der
Benzol-Ring befindet sich nahe an der Kavitaumlt Beim Noradrenalin 80 ist der Benzol-Ring
zwar weiter von der Kavitaumlt entfernt aber die Hydroxy-Gruppe befindet sich groumlszligtenteils
innerhalb der Kavitaumlt In diesem Fall ist es fraglich ob das Ergebnis als zuverlaumlssig betrachtet
werden kann Dieses Ergebnis laumlsst vermuten dass die beiden Wasserstoff-Bruumlcken in
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 60
Wirklichkeit nicht so wichtig fuumlr die Bindung sind wie die berechneten Strukturen vermuten
lassen Die berechnete Struktur fuumlr die Bindung von Adrenalin 79 scheint dem tatsaumlchlichen
Bindungsmodus naumlher zu kommen Der Benzol-Ring ist hierbei noch weiter von der Kavitaumlt
entfernt angeordnet und die Hydroxy-Gruppe befindet sich nicht in der Kavitaumlt Sekundaumlre
Amine wie Adrenalin 79 oder Propanolol 82 werden auch gebunden aber vermutlich wegen
ihres erhoumlhten sterischen Anspruchs weniger schlecht als die primaumlren Aminen
Abbildung 2 43 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Dopamin 81 (Links) Noradrenalin 80 (Mitte) und Adrenalin 79 (Rechts) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 H2O 2000 Schritte)
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren
Biologische Bedeutung von Lysin und Arginin
Lysin und Arginin sind neben ihrer Funktion als Bausteine von Proteinen von fundamentaler
Bedeutung in vielen biologischen Prozessen
bull Proteine die proteosomisch abgebaut werden sollen werden an deren Lysin-Resten
ubiquitinyliert (Kiss of death)[139]
bull Histone werden spezifisch am Lysin-ε-Stickstoffatom acetyliert und deacetyliert um
die Transkription zu aktivieren oder zu unterdruumlcken[140]
bull Lysin ist ein bestimmender Faktor bei der Phosphorylierung von Mannose von
lysomalen Proteinen[141]
bull Der interzellulaumlre Vesikel-Transport wird uumlber Dilysin-Einheiten in Transport-
Proteinen reguliert[142]
bull Das Antibiotikum Vancomycin erkennt die Lys-D-Ala-D-Ala-Sequenz ein wichtiger
Bestandteil der bakteriellen Zellwand[143]
bull Das Signalpeptid KTTKS aktiviert die Regeneration des Kollagens bei beschaumldigten
Zellen Dies ist eine wichtige Erkenntnis fuumlr die anti aging Technologie[144]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 61
bull Die Mitte der Sequenz KKLVFF im Aβ Protein ist die Stelle fuumlr Nukleasen an der die
Aggregation und die darausfolgende Bildung von Plaques anfaumlngt Diese verursachen
wahrscheinlich die Alzheimerrsquosche Krankheit[145]
bull Die RNA-Erkennungsprozesse welche die Transkription kontrollieren beruhen oft
auf einer Komplexbildung mit argininreichen Proteinen wie zB das tat oder Rev
Protein[146]
bull Der RGD-Sequenz ist von essentieller Bedeutung fuumlr die Interaktion von Integrinen
mit Zellen[147 148]
bull Octaarginin-Tags ermoumlglichen es Medikamente die bis zu 100 mal groumlszliger sind als sie
selbst durch die Membran zu transportieren[149]
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung von Arginin und Lysin sind kuumlnstliche
Rezeptoren fuumlr diese Aminosaumluren von besonderem Interesse Bislang sind Lysin-Rezeptoren
auf der Basis von Kronenethern[150 151] dreiarmigen Benzoltrioxazolinen oder auch Calix[4]-
und [5]-arenen bekannt In waumlssriger Loumlsung sind diese Systeme allerdings meist nicht sehr
effektiv[152 153] Mittels einer Anordnung von Carboxylaten uumlber einem aromatischem System
ist die Bindung von Lysin und Arginin uumlber Salzbruumlcken in gepufferter waumlssriger Loumlsung
moumlglich[154]
Die bislang besten Arginin-Rezeptoren sind die von Dougherty et al entwickelten
polyanionischen Cyclophane[155] Die Bindung von Arginin beruht in diesem Fall fast
ausschlieszliglich auf der π-Kation-Wechselwirkung Dagegen basiert die Komplexierung von
Arginin durch die Rezeptoren von Bell et al hauptsaumlchlich auf ionischen Wasserstoffbruumlcken
Diese Rezeptoren werden auch als bdquopolyaromatisches hexagonales Gitterldquo bezeichnet[156 157]
Daneben gibt es einige schwaumlchere Rezeptoren auf Phosphonat- und Sulfonat-Basis[158]
Arginin-Rezeptoren auf Xylylen-Bisphosphonat-Basis sind gute Rezeptoren in polaren
aprotischen Loumlsungsmitteln wo sie das Arginin uumlber eine Kombination aus
Wasserstoffbruumlcken und π-Kation-Wechselwirkungen binden[159] Der erste Rezeptor fuumlr die
RGD-Sequenz nutzt ebenfalls diese Xylyen-Bisphosponat-Einheit zur Erkennung des
Arginin-Restes[160] Eine weitere leistungsfaumlhige Alternative stellt die Bindung von Arginin
mit hochselektiven RNA-Aptamere dar Diese wurde durch in vitro Evolution erhalten[161]
Bindungsexperimente
Ein erstes Bindungsexperiment zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette zeigte eine starke Hochfeldverschiebung sowie eine deutliche
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 62
Verbreiterung der Lysin-Seitenketten-Signale Die Titration in Wasser ergab eine starke
Bindung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Abb 244) Auch bei
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 traten im Bindungsexperiment starke
Hochfeldverschiebungen und Verbreiterungen der Signale auf Das
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 wird ebenfalls stark von der Bisphosphonat-Pinzette
11 gebunden aber schwaumlcher als Lysin In beiden Faumlllen konnten extrem groszlige
Hochfeldshifts an allen Kohlenstoffatomen der Seitenkette beobachtet werden Lediglich die
Protonen der Schutzgruppen zeigten keinen Shift oder wenn dann nur einen geringen
Tieffeldshift
Auch in 25 mM Natriumphosphatpuffer (pH 7 in D2O) bindet die Bisphosphonat-Pinzette
noch Acetyllysinmethylester 83 und Tosylargininmethylester 84 Boc-
Histidinmethylesterhydrochlorid 85 wird deutlich schwaumlcher gebunden (Aufgrund einer
moumlglichen Protonenuumlbertragung vom Imidazoliumion auf die Phosphonate wurden keine
Experimente in reinem Wasser durchgefuumlhrt)
HN
O
O
H2C
NH2
O HCl
057036
157145
HN
O
O
H2C
O
O
NH
N
065079
376
S
HN
O
O
CH2
NH
NHH2NHCl
OO
100068
409329154147
85
Ka = 690 M-1 plusmn 15
84Ka = 7843 M-1 plusmn 25 Ka = 1802 M-1 plusmn 40
83Ka = 23010 M-1 plusmn 18 Ka = 4339 M-1 plusmn 22
Abbildung 244 Ergebnisse der Bindungsstudien mit basischen Aminosaumluren Die Ergebnisse mit einem sind fuumlr Experimente in 25 mM Natriumphosphat-Puffer pH 7 in D2O
Mit anderen nichtbasischen Aminosaumluren zeigte die Bisphosphonat-Pinzette 11 in gepufferter
Loumlsung keine Wechselwirkung (Abb 245)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 63
Abbildung 245 Selektivitaumltsuumlbersicht der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber verschiedenen Aminosaumluren in gepufferten waumlssrigen Loumlsungen (Natriumphosphat pH 7 25 mM) Aufgrund des Fehlens jeglicher Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen der nichtbasischen Aminosaumluren wurde die Bindungskonstante auf 5 M-1 geschaumltzt
Dass die Alkylketten-Protonen des Lysins und des Arginins teilweise ∆δmax-Werte von uumlber
3 ppm zeigten ist ein deutlicher Hinweis darauf dass sie sich bei der Bindung in der Kavitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 befinden muumlssen Im Falle des Lysins zeigten nicht nur die δ-
C- und ε-C-Protonen hohe Shifts sondern auch das α-C-Proton sowie die β-C- und γ-C-
Protonen wenn auch im geringerem Maszlig (Abb 247) Beim Arginin konnte Vergleichbares
beobachtet werden Wahrscheinlich befindet sich nicht das Ammoniumkation bzw
Guanidinumkation in der Kavitaumlt sondern vor allem die Alkylkette (Abb 246) Es wird ein
Pseudorotaxan gebildet wobei die N- und C- Schutzgruppen auf der einen Seite und das
Kation auf der andere Seite als Stopper dienen Vergleichbare Pseudorotaxane entstehen auch
bei der Pinzette mit Naphthalin-Spacer mit (dendritischen) Viologen-Gaumlsten und konnten
beobachtet werden[52 162] Auszligerdem wurde eine vergleichbare Anordnung auch bei der
Bindung von Alkylammoniumsalzen durch Cucurbituril-Rezeptoren beobachtet[163]
Abbildung 246 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte) und Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 (Rechts MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 Die Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
0
1000
2000
3000
4000
5000
Lys Arg His Asp Ser Thr Phe Leu Val Ala Gly
Ka [M-1]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 64
Diese vorgeschlagene Struktur wurde von zusaumltzlichen Experimenten unterstuumltzt In einem
NOESY-Experiment mit einer Loumlsung aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette 11 wurden NOE-Kontakte zwischen den Methylestern sowie der
Acetyl-Gruppe und den Bruumlckenkoumlpfen der Bisphosphonat-Pinzette 11 beobachtet (Abb
247) Diese Kontakte koumlnnen nur auftreten wenn das Lysin wie ein Rotaxan gebunden wird
Die Bindung ist so stark dass sich an den Signalen der aromatischen Protonen der
Bisphosphonat-Pinzette 11 eine Aufspaltung erkennen laumlsst Es findet ein Chiralitaumltstransfer
statt wodurch die beiden Seiten der Pinzette nicht mehr magnetisch aumlquivalent sind
Abbildung 247 Beobachtete NOE-Kontakte zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der Bisphosphonat-Pinzette 11 Am Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 sind die ∆δsat-Werte der Protonen vermerkt
Beim Erwaumlrmen auf 95 degC eines 11-Gemisches aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83
und der Bisphosphonat-Pinzette 11 in Wasser konnte beobachtet werden dass Signale die bei
Raumtemperatur noch breit waren wieder schaumlrfer wurden Dies bedeutet dass bei
Raumtemperatur die Rotation des Gastes in der Kavitaumlt eingeschraumlnkt wird
Diese Beobachtungen deuten daraufhin dass die Inklusion der Seitenketten der Aminosaumluren
in der Kavitaumlt zu starken Van-der-Waals-Wechselwirkungen fuumlhrt unterstuumltzt von
elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem kationischen
Aminosaumlure-Rest Dieser Bindungsmodus bietet eine gute Erklaumlrung fuumlr die erhoumlhte Affinitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber Lysin und Arginin Mit den oben dargelegte
Bindungskonstanten gehoumlrt die Bisphosphonat-Pinzette 11 zu den besten Rezeptoren fuumlr
basische Aminosaumluren die bis heute bekannt sind Lediglich die oben beschriebenen RNA-
Aptamere erreichen in Puffer eine Bindungskonstante von 13000 M-1[161] Bis heute sind keine
Rezeptoren bekannt die eine so hohe Affinitaumlt fuumlr Lysin besitzen wie die Bisphosphonat-
Pinzette Der von Bell et al beschriebene selektive Lysin-Rezeptor mit einer
Bindungskonstante gt 105 M-1 in Methanol zeigt in Wasser eine sehr starke Aggregation[157]
HN NH3+
O
OH3C
OCH3
H
H
H
H
H05
14
14
gt 30
gt 40O
POCH3
-O PO-CH3
O
H
H
H
H
NOESY
HHH
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 65
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
Um das Gastprofil zu erweitern wurden kurze arginin- und lysinhaltige Peptidsequenzen von
biologischer Bedeutung auf ihre Bindungseigenschaften in der Bisphosphonat-Pinzette 11
uumlberpruumlft Die beiden argininhaltigen Peptide RGD 86 und GRGG 87 werden beide in
neutralen gepufferten waumlssrigen Loumlsungen mit hohen Bindungskonstanten an die
Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb 248)
86RGD Ka = 986 M-1 plusmn 10 RGD Ka = 1175 M-1 plusmn 16
H2NNH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
HN
NH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
87GRGG Ka = 861 M-1 plusmn 12
206
746
221458341
088092
202150
Abbildung 248 Bindungsexperimente mit argininhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte gelten fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( reines D2O)
Auch die lysinhaltigen Peptide KAA 88 KTTK 89 KTTKS 90 und KKLVFF 91 werden in
neutraler gepufferter waumlssriger Loumlsung an die Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb
249) Die Bindungskonstanten liegen wie schon bei den einzelnen Aminosaumluren uumlber denen
der argininhaltigen Derivate Peptide die zwei Lysine enthalten werden sogar deutlich besser
gebunden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 66
H2NNH
O
NH2
HN
OOH
OH
CH3COOH
KAA 88 Ka = 1179 M-1 plusmn 11
103
029
H2NNH
O
NH2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
KKLVFF 91 Ka = 37800 M-1 plusmn 33
014
014 012
012
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
NH2
H
H
KTTK 89 Ka = 5512 M-1 plusmn 32 (21)
041
041
042
042
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
NH2
H
H
OH
O
OH
039
039
262
262
KTTKS 90 Ka = 4152 M-1 plusmn 29 (21)
Abbildung 249 Bindungsexperimente mit lysinhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte sind fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11) Die ∆δsat-Werte sind an den Protonen vermerkt
Die Werte fuumlr ∆δsat sowie das Fehlen von Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen in den
anderen Aminosaumluren deuten daraufhin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen
Aminosaumluren vergleichbar ist Die fuumlr RGD 86 im Molecular Modelling erhaltene Struktur
zeigt jedoch dass sich die Guanidinium-Einheit in der Mitte der Kavitaumlt befindet (Abb 250)
Allerdings wird vom N-Terminus zum Phosphonat eine Wasserstoffbruumlcke ausgebildet die
diese Anordnung zumindestens im Modelling energetisch guumlnstiger erscheinen laumlsst Die
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 67
chemischen Verschiebungen im Komplex deuten dagegen darauf hin dass eine Rotaxan-
aumlhnliche Anordnung wahrscheinlicher ist
Abbildung 250 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von RGD 86 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte)
Im Fall von KTTK 89 und KTTKS 90 liegen die Bindungskonstanten uumlber denen der Peptide
die ein Lysin oder ein Arginin enthalten Dies duumlrfte darauf zuruumlckzufuumlhren sein dass in
diesen Peptiden zwei Bindungsstellen angeboten werden Der Job-Plot bestaumltigt dass es sich
in diesem Fall um einen 21 Komplex handelt Die chemischen Verschiebungen deuten auch
hier darauf hin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen Aminosaumluren vergleichbar
ist Diese Annahme wird von einer Molecular Modelling Untersuchung unterstuumltzt
(Abb 251) Diese Untersuchung zeigt zusaumltzlich dass wenn sich zwei Lysin-Reste nicht
direkt nebeneinander befinden ein 21 Komplex moumlglich ist ohne dass sich zwei
Bisphosphonat-Pinzetten dabei gegenseitig behindern Zusaumltzlich zu den Van-der-Waals-
Wechselwirkungen koumlnnen in diesem Komplex einige Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und Amonium-Kationen des Peptids ausgebildet werden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 68
Abbildung 251 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KTTKS 90 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 OPLS-AA H2O 10000 Schritte)
KKLVFF 91 konnte aufgrund der geringen Loumlslichkeit nicht in waumlssrigem Puffer untersucht
werden In 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11 zeigt sich eine
sehr groszlige Bindungskonstante gepaart mit geringen Aumlnderungen der chemischen
Verschiebung Zwei N-terminale Lysin-Reste bevorzugen in D2O Methanol-d4 = 11
anscheinend eine Art Cluster mit dem Bisphosphonat der durch Coulomb-Wechselwirkungen
zusammengehalten wird
Abbildung 252 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KKLVFF 91 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 10000 Schritte)
236 Einfluss von dipolaren aprotischen Kosolventien
Durch Zugabe von 1000 Aumlquivalenten eines dipolar aprotischen Loumlsungsmittels wie DMSO
oder Acetonitril kann die Bindung von Gaumlsten ruumlckgaumlngig gemacht werden Die chemischen
Verschiebungen des Gastes kehren nach der Zugabe des Loumlsungsmittels komplett zu ihren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 69
Ausgangswerten zuruumlck Diese Loumlsungsmittel konkurrieren offensichtlich mit dem Gast bei
der Komplexierung und verdraumlngen den Gast aus der apolaren Kavitaumlt Ein aumlhnlicher Effekt
konnte bereits an der festen Phase mit immobilizierten Pinzetten beobachtet werden[63]
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette)
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt ein breites Gastprofil N-Alkylierte Pyridinium-Salze
werden stark in der Pinzette gebunden Allerdings werden nur para-substituierte
Verbindungen stark gebunden Wird das Substitutionsmuster geaumlndert findet kein effektiver
Einschluss in der Kavitaumlt mehr statt Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass die
Kavitaumlt der Pinzette im Gegensatz zur Kavitaumlt der Klammer nach unten abgeschirmt ist
Im Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer bindet die Bisphosphonat-Pinzette 11 auch
Ammonium-Kationen Die Bindungskonstante korreliert mit dem sterischen Anspruch der
Substituenten Je sperriger die Substituenten sind desto niedriger wird die
Bindungskonstante Die bestimmten ∆δsat-Werte bestaumltigen diese Vermutung da in der Naumlhe
der Substituenten in der Regel keine oder nur sehr kleine Shifts beobachtet wurden Es
werden sowohl primaumlre als auch sekundaumlre Amine gebunden wobei jedoch primaumlre Amine
vermutlich aufgrund ihres geringeren sterischen Anspruch besser gebunden werden
Interessanterweise werden die basischen Aminosaumluren Arginin und Lysin erheblich besser
gebunden (bis zu 20000 M-1 im Vergleich zu 800 M-1 fuumlr einfache Amine) Die
Untersuchungen haben ergeben dass dies vermutlich auf die Ausbildung einer
Pseudorotaxan-aumlhnlichen Struktur zuruumlckzufuumlhren ist Die Aminosaumlure-Seitenkette wird
durch die Kavitaumlt gefaumldelt das Ammonium-Kation und die N- und C-terminalen
Schutzgruppen dienen als Stopper Das Ammonium-Kation wird zusaumltzlich von einer
Wasserstoff-Bruumlcke zum Phosphonat fixiert waumlhrend die Alkylkette starke Coulomb-
Wechselwirkungen eingehen kann Die Bindung bleibt auch in gepufferter Loumlsung erhalten
Durch Versuche mit Modellpeptiden konnte gezeigt werden dass die basischen Aminosaumluren
auch in peptidischer Umgebung gebunden werden und vor allem dass andere Aminosaumluren
nicht gebunden werden Zwei weitere interessante Beobachtungen wurden dabei gemacht
Wenn zwei Lysin-Reste im Peptid vorhanden sind die durch weitere Aminosaumluren
voneinander getrennt sind koumlnnen beide einzeln von Bisphosphonat-Pinzetten gebunden
werden (21-Komplex) Bei der Betrachtung von KKLVFF 91 in einem Wasser Methanol-
Gemisch fiel jedoch auf dass in diesem Fall die Ausbildung eines Clusters mit den
Bisphosphonaten bevorzugt wird In diesem Fall ist es anscheinend guumlnstiger
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 70
Wasserstoffbruumlcken von den Ammonium-Kationen zu den Bisphosphonaten auszubilden
anstatt die Lysin-Seitenketten in der Kavitaumlt einzuschlieszligen
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 241 Einleitung
Als einzige physikalische Messmethode bietet die isothermale Titrationskalorimetrie (ITC)
die Moumlglichkeit die globalen thermodynamischen Groumlszligen ∆Hdeg ∆Gdeg ∆Sdeg sowie die
Bindungskonstante Ka und die Stoumlchiometrie n eines Komplexes in einem einzigen
Experiment zu bestimmen Wenn bei verschiedenen Temperaturen gemessen wird kann sogar
die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt bestimmt werden[164-167]
In einem ITC-Experiment wird die Energetik einer Komplexierung bei konstanter Temperatur
gemessen Das Ziel dabei ist es eine Kurve zu erhalten die die Saumlttigung des Wirtes in Bezug
auf die Konzentration des zu bindenden Gastes wiedergibt die sogenannte
Bindungsisotherme[168 169]
Fuumlr eine Messung werden kleine Mengen des Gastes mit Hilfe einer computergesteuerten
Spritze in eine Loumlsung des Wirtes welche in der Messzelle vorgelegt wird titriert Bei der
Injektion wird vom System Waumlrme aufgenommen (endotherme Reaktion) oder abgegeben
(exotherme Reaktion) Diese Waumlrme wird im Vergleich zu der nur mit Loumlsungsmittel
gefuumlllten Referenzzelle gemessen Beide Zellen befinden sich in einer adiabatischen Huumllle
und werden unabhaumlngig voneinander mit Heizelementen geheizt Thermoelemente messen die
Temperaturdifferenz zwischen den beiden Zellen einerseits und den Zellen und dem
adiabatischen Schild andererseits Sie sorgen dafuumlr dass die Temperaturdifferenz zwischen
den beiden Zellen moumlglichst gering ist (Abb 253)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 71
Abbildung 253 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
Gemessen wird letztendlich der Unterschied der Heizleistung die gebraucht wird um beide
Zellen auf der gleichen (voreingestellten) Temperatur zu halten Das Detektionslimit des
Geraumltes liegt bei ca 05 microcal (ca 2 microJ) und entspricht etwa einer Temperaturaumlnderung in der
Messzelle von 10-6 K Eine Messung kann dann als ausreichend aufgeloumlst betrachtet werden
wenn die gemessene Signalhoumlhe mindestens 01 microcals (ca 04 microJs) betraumlgt[170]
242 Theoretische Grundlagen
Fuumlr die Bildung eines Komplexes (WG) aus Gast (G) und Wirt (W) gilt das
Massenwirkungsgesetz
[ ][ ][ ]GW
WGKa = (Gleichung 21)
Die Gesamtkonzentration des Wirtes [W]tot und des Gastes [G]tot sind wie folgt definiert
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
Spritzenstempel
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 72
[ ] [ ] [ ]WGGG tot += (Gleichung 22)
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ]GK
WGWGWWGWa
tot +=+= (Gleichung 23)
Nach Aufloumlsen der Gleichung 22 nach [G] und einsetzen in Gleichung 23 wird die folgende
quadratische Gleichung erhalten
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 012 =+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minusminusminus+ tottot
Atottot GW
KGWWGWG (Gleichung 24)
Durch ziehen der Wurzel ergibt sich aus Gleichung 24 folgende Loumlsung fuumlr die
Konzentration des Wirt-Gast-Komplexes
[ ]2
42 abbWG
minusminusminus= (Gleichung 25)
mit
[ ] [ ]A
tottot KGWb 1
minusminusminus= (Gleichung 26)
und
[ ] [ ] tottot GWa = (Gleichung 27)
Nach Ableitung von Gleichung 25 nach der Gesamtkonzentration des Gastes [G]tot ergibt sich
nach Umformen der erhaltenen Gleichung folgender Ausdruck
[ ][ ] ( ) ( ) 22 112
2211
21
rrXX
Xr
GdWGd
rr
r
tot ++minusminus
minus+
minus+= (Gleichung 28)
mit
[ ] totA WKr 1
= (Gleichung 29)
und
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 73
[ ][ ] tot
totr W
GX = (Gleichung 210)
In einem Titrationsexperiment werden kleine Volumina der Gastloumlsung in die Messzelle mit
der Wirtloumlsung eingespritzt Bei der Einspritzung wird eine bestimmte Waumlrme Q freigesetzt
oder absorbiert Ziel ist es einen Ausdruck fuumlr die Waumlrmemenge Q im Zusammenhang mit
den Konzentrationen der vorliegenden Reaktionspartner in der Messzelle zu finden Dabei
haumlngt Q ab von
1) dem Zellvolumen V
2) den Konzentrationen der Reaktionspartner in der Messzelle
3) der Molaren Bindungsenthalpie ∆Hdeg
4) der Stoumlchiometrie
5) der Menge des eingespritzten Gastes
Wird beruumlcksichtigt dass mit der Abnahme an unkomplexiertem Wirt die freigesetzte
Waumlrmemenge Q verringert wird ergibt sich die nachfolgende Gleichung 211 Die Aumlnderung
d[WG] der Konzentration [WG] ist somit proportional zur Aumlnderung dQ der Waumlrmemenge Q
[ ] VHWGddQ sdotdeg∆sdot= (Gleichung 211)
Der Term d[WG] beruumlcksichtigt somit die Konzentrationen der Reaktionspartner in der
Messzelle die Stoumlchiometrie und die Menge des eingespritzten Gastes von denen die
Waumlrmemenge Q abhaumlngig ist
Durch Einsetzen von Gleichung 28 in Gleichung 211 ergibt sich fuumlr eine Bindungsreaktion
zwischen einem Wirt und einem Gast im Verhaumlltnis 11 folgende Gleichung
[ ] ( ) ( ) ⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
++minusminus
minus+
minus+deg∆=sdot
22 11222
11
211
rrXX
Xr
HGddQ
Vrr
r
tot
(Gleichung 212)
Waumlhrend einer Messung wird die differenzielle Waumlrme [ ] totGddQ bestimmt Dieser Wert
haumlngt nicht von der absoluten Konzentration des Wirtes [W]tot in der Messzelle ab
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 74
In Abb 254 sind Bindungskurven dargestellt die nach Gleichung 212 simuliert wurden Um
die Kurven besser beschreiben zu koumlnnen wird der Parameter c eingefuumlhrt der reziprok zum
Wert r aus der Gleichung 29 ist
[ ] totA WKr
c ==1 (Gleichung 213)
Liegt eine sehr starke Bindung (c = infin) eines Gastes an einem Wirt vor werden alle Molekuumlle
des Gastes sofort gebunden bis die Saumlttigung des Wirtes eintritt dh bis alle Bindungsstellen
besetzt sind Als Bindungskurve ergibt sich dann eine Stufenfunktion mit der Houmlhe ∆Hdeg
∆Hdeg
001
1
5
40500
infin
1 20
05
[ ] [ ] tottot WG
Abbildung 254 Simulierte Bindungsisotherme fuumlr eine endotherme Reaktion nach Gleichung 212 fuumlr verschiedene Parameter c = KA [W]tot Die verschiedenen Werte fuumlr c sind in der Abbildung dargestellt
Fuumlr eine relativ starke Bindung mit c = 10 - 500 wird aus der Stufenkurve eine sigmoidale
Kurve deren Verlauf stark von dem Parameter c abhaumlngt Schwache Bindungen ergeben
dagegen fast horizontale Bindungskurven (c lt 5)
Der c-Wert ist ein hilfreiches Werkzeug um Konzentrationen fuumlr Bindungsexperimente
abschaumltzen zu koumlnnen Ist bereits uumlber eine andere Methode eine Bindungskonstante bekannt
so kann leicht der optimale Konzentrationsbereich fuumlr eine Messung abgeschaumltzt werden Die
Konzentration der Komponente in der Spritze sollte das 12- bis 15-fache der Konzentration in
der Messzelle betragen Ist keine Bindungskonstante bekannt so kann die Konzentration
anhand Abb 254 nachtraumlglich geaumlndert werden falls die Messkurve noch nicht dem
gewuumlnschten sigmoidalen Kurvenverlauf entspricht[171 172]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 75
Wie oben beschrieben wird der Heizstrom der zum Erwaumlrmen der Messzelle gebraucht wird
gemessen Das Messsignal wird angegeben in microcals gegen die Zeit aufgetragen Es resultiert
eine Kurve wie sie in der oberen Haumllfte von Abbildung 255 dargestellt ist Eine Integration
der oberen Kurve uumlber die Zeit ergibt die untere Kurve
Abbildung 255 Eine typische ITC-Messung Die obere Haumllfte zeigt das Messergebnis dabei steht jeder Peak fuumlr eine Injektion Die untere Kurve entsteht durch Integration der oberen Kurve
Die Berechnung der Kurve erfolgt vollautomatisch mit Hilfe eines Rechners und der
entsprechenden Software Anhand einer mathematischen Anpassungsfunktion
(Gleichung 212) die eine Levenberg-Marquardt Iteration verwendet um den sigmoidalen
Kurvenverlauf zu erhalten wird die Kurve an die erhaltenen Messpunkte angepasst Aus dem
Kurvenverlauf berechnet sich der Wert der Bindungskonstante KA die Stoumlchiometrie der
Reaktion und die Enthalpie ∆Hdeg als gesamte Waumlrmetoumlnung der Reaktion Die freie Enthalpie
∆Gdeg und die Entropie ∆Sdeg koumlnnen anschlieszligend daraus uumlber Gleichung 214 und 215
berechnet werden (Abb 256)[170 171 173]
aKRTG lnminus=deg∆ (Gleichung 214)
deg∆minusdeg∆=deg∆ STHG (Gleichung 215
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 76
Abbildung 256 Ein Beispiel fuumlr eine typische ITC Messung Die durchgezogene Kurve repraumlsentiert das Ergebnis der Kurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate Der Achsenabschnitt auf der Ordinate ergibt die Bindungsenthalpie ∆Hdeg aus dem Kurvenverlauf laumlsst sich die Bindungskonstante KA und damit auch die Freie Bindungsenthalpie ∆Gdeg bestimmen[171]
Bei der Bestimmung von ∆Hdeg sollte beruumlcksichtigt werden dass das ∆Hdeg welches aus der
Messung erhalten wird die Waumlrmeentwicklung aller bei der Komplexierung auftretender
Effekte enthaumllt So koumlnnen bei der Komplexierung zB auch Protonenuumlbertragungen
stattfinden die ebenfalls Waumlrmeentwicklung erzeugen Diese Waumlrmeentwicklung sollte bei
der Auswertung beruumlcksichtigt werden[174]
Die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt kann bestimmt werden indem uumlber einen groumlszligeren
Temperaturbereich mehrere Messungen durchgefuumlhrt werden Dabei wird die Aumlnderung der
Waumlrmekapazitaumlt erhalten indem die Bindungsenthalpie bei mehreren Temperaturen bestimmt
wird und gegen die Temperatur aufgetragen wird Aus der Steigung des Graphen kann ∆Cp
nach folgender Gleichung bestimmt werden[166 167 169]
12
1T2Tp TT
HHCminus
deg∆minusdeg∆=∆ (Gleichung 216)
00 05 10 15 20 25-30
-25
-20
-15
-10
-05
00
Molares Verhaumlltnis
kcal
mol
pro
Inje
ktio
n
∆Gdeg
Stoumlchiometrie
∆Hdeg
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 77
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Titration von Thiamin 75 zu einer Loumlsung der Bisphosphonat-Klammer 24 ergab die in
Abb 257 abgebildet Titrationskurve
Titration von 75 zu 24 ∆Hdeg -2312 plusmn 024 kJmol Ka 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 M-1
n 0774 plusmn 0006 -T∆Sdeg -093 kJmol
Abbildung 257 Ergebnisse der ITC Messung von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Messungen zeigen eine gute Uumlbereinstimmung mit dem aus NMR-Titrationen enthaltenen
Ergebnis Die Stoumlchiometrie erreicht annaumlhernd eine 11 Stoumlchiometrie Die Abweichung ist
zum Teil auf die stark hygroskopische Natur des Bisphosphonates 24 zuruumlckzufuumlhren Die
Bindung ist nahezu ausschlieszliglich enthalpisch getrieben der Beitrag der Entropie ist
vernachlaumlssigbar klein Im Gegensatz dazu konnte in Messungen von NAD+ an die
Bisphosphonat-Klammer 10 ein erheblicher entropischer Anteil beobachtet werden[75] Diese
Ergebnisse deuten auf einen starken Beitrag von π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175]
sowie auf den nicht-klassischen hydrophoben Effekt hin[10]
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 78
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Die Titration von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
ergab die in Abb 258 abgebildete Titrationskurve
Titration von 83 zu 11 ∆Hdeg -2641 plusmn 016 kJmol Ka 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 M-1
n 0735 plusmn 0003 -T∆Sdeg -235 kJmol
Abbildung 258 Ergebnis der ITC-Messung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Auch die Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigen eine gute Uumlbereinstimmung
mit den Ergebnissen aus den NMR-Titrationen Wie bei der Bisphosphonat-Klammer 24 ist
auch hier die Abweichung der Stoumlchiometrie vermutlich auf den hohen hygroskopischen
Charakter des Bisphosphonates zuruumlckzufuumlhren Wie bereits bei der Bisphosphonat-Klammer
24 beobachtet wurde ist auch hier der Beitrag der Entropie zur Bindung klein Entsprechend
werden auch in diesem Fall die π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175] sowie der nicht-
klassische Hydrophobe Effekt[10] die entscheidenden Wechselwirkungen bei der
Komplexierung sein Diese Ergebnisse unterstuumltzen den oben beschriebenen Bindungsmodus
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
3 Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthese der Bisphosphonat-Klammer modifiziert so
dass nicht laumlnger das Tetrabutylammonium-Salz aus der Synthese erhalten wird sondern das
Lithium-Salz Dies hat den Vorteil dass das Endprodukt nicht laumlnger mit geringen Mengen
Kieselgel verunreinigt ist Viel wichtiger ist jedoch die Tatsache dass Lithium als Gegenion
im Gegensatz zu Tetrabutylammonium nicht in der Kavitaumlt der Klammer gebunden wird und
so nicht in Konkurrenz zu den Gaumlsten tritt Parallel dazu gelang es erstmals die Pinzette 11
mit Bisphosphonat-Einheiten herzustellen und dadurch wasserloumlslich zu machen Sowohl die
Bisphosphonat-Klammer 24 als auch die Bisphosphonat-Pinzette 11 werden
syntheseoumlkonomisch modular aus der gleichen Spacer-Einheit 14 aufgebaut
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
Abbildung 31 Die in dieser Arbeit synthetisierten Bisphosphonat-Klammern 10 (Gegenion Tetrabutylammonium) und 24 (Gegenion Lithium links) und Bisphosphonat-Pinzette 11 (rechts)
Im Falle der Bisphosphonat-Klammer wurde die bereits bekannte Bindung von NAD+ 52
naumlher untersucht Die Bindung des NAD+ 52 beruht auf Kation-π- und π-π-Wechselwirkungen
in Kombination mit hydrophoben Effekten und elektrostatischen Wechselwirkungen Da
theoretisch zwei Bindungsmoden bei der Bindung von NAD+ 52 moumlglich sind (Abb 32)
wurden in der Mitte durchtrennte NAD+-Fragmente ebenfalls auf ihre Bindungseigenschaften
hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass sowohl Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54
als auch Adenosinmonophosphat (AMP) 56 an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden
Interessanterweise ist die Bindungskonstante von NMN 54 jedoch etwa sechs mal houmlher als
die des AMP 56 Eine genaue Betrachtung des elektrostatischen Oberflaumlchenpotentials von
NAD+ 52 zeigt dass der Nikotinamid-Ring im Vergleich zum Adenin-Ring wesentlich staumlrker
positiv geladen ist Dies erklaumlrt die unterschiedlichen Bindungskonstanten und deutet an dass
die beiden vorgeschlagenen Strukturen im Gleichgewicht vorliegen welches deutlich auf der
Seite der Inklusion des Nikotinamids liegen muss Die Bindung von NAD+ 52 scheint stark
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
3 Zusammenfassung und Ausblick 80
vom pH-Wert abhaumlngig zu sein Die geringen beobachteten ∆δsat-Werte des Komplexes
kehren zu den gewohnten hohen ∆δsat-Werte zuruumlck wenn der Komplex in Puffer betrachtet
wird Die Bindung scheint somit auch vom Protonierungsgrad der Phosphate abhaumlngig zu
sein Die genaueren Zusammenhaumlnge sollen in der Zukunft untersucht werden[94]
Abbildung 32 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Links befindet sich das Nikotinamid in der Kavitaumlt rechts das Adenin
NMR-Messungen bei tiefen Temperaturen sollten mehr Hinweise in Hinblick auf den
Bindungsmodus geben jedoch werden diese Messungen durch die aumluszligerst geringe Loumlslichkeit
erschwert
In Zukunft soll getestet werden ob die Bisphosphonat-Klammer mit einer Erkennungseinheit
fuumlr Ribosen versehen werden kann um so eine selektivere Bindung von NAD+ 52 zu
erreichen[176] Eine weitere interessante Frage ist die ob das elektrochemische Potential von
NAD+ 52 durch Komplexierung an die Bisphosphonat-Klammer 10 geaumlndert werden kann
Das Potential wird vermutlich durch die Komplexierung abgesenkt werden Daran schlieszligt
sich die naumlchste Frage an naumlmlich ob durch Komplexierung des NAD+ das Gleichgewicht
von enzymatischen Reaktionen verschoben werden kann Die Bindungskonstante fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 in der Bisphosphonat-Klammer ist konkurrenzfaumlhig mit der fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 an bestimmte Alkoholdehydrogenasen Manche Dehydrogenasen
binden NAD+ 52 mit einer Bindungskonstante von etwa 103 M-1 waumlhrend NADH meist viel
staumlrker (ca 105 M-1) gebunden wird[177]
3 Zusammenfassung und Ausblick 81
Schlieszliglich koumlnnte man versuchen aus der Bisphosphonat-Klammer einem nichtkovalent
gebundenen Zinkion einem Alkoholat und eingeschlossenem NAD+ 52 ein kuumlnstliches
proteinfreies Enzym zu schaffen
Weiterhin wurde festgestellt dass die basische Aminosaumlure Arginin nicht an die
Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Histidin ist vermutlich fuumlr eine Protonenuumlbertragung auf
die Phosphonate verantwortlich wird aber ebenfalls nicht in der Kavitaumlt gebunden Diese
Erkenntnis ist aumluszligerst wichtig fuumlr zukuumlnftige biologische Experimente mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 Dies bedeutet dass Experimente mit NAD+-abhaumlngigen Proteinen in Gegenwart
der Klammer durchgefuumlhrt werden koumlnnen da nicht zu befuumlrchten ist dass die
Bisphosphonat-Klammer 10 an eine der Aminosaumluren des Proteins bindet und damit ihre
eigene Kavitaumlt blockiert
Die Einlagerung von N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin (A2E) 58 in der Bisphonat-
Klammer 10 eroumlffnet vielleicht eine Moumlglichkeit zur Therapie der altersbedingten
Makuladegeneration (AMD) Fuumlr diese Krankheit die im Wesentlichen von dem in der Retina
gebildeten Naturstoff A2E 58 verursacht wird gibt es bislang keine effektiven Wirkstoffe
Man kann bis heute lediglich den Krankheitsverlauf bremsen Trotz ihrer hohen Ladung
koumlnnte die Bisphosphonat-Klammer also therapeutische Anwendungen finden Dafuumlr spricht
dass bereits eine Zellgaumlngigkeit von anderen hochgeladenen Verbindungen nachgewiesen
wurde[178] Es konnte auszligerdem bereits gezeigt werden dass sich die Bisphosphonat-Klammer
10 in einfache Modellmembranen einlagert In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit
Epithelzellen wurde gezeigt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 die A2E-induzierte
Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das Potential der
Bisphosphonat-Klammer sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist In Zukunft soll die
Bisphosphonat-Klammer mit Resten modifiziert werden welche die Bindung von A2E 58
verbessern sollen wie zB laumlngere Alkylsubstituenten oder auch Dendrimere am
Phosphoratom die Van-der-Waalswechselwirkungen mit den Ketten des A2Es 58 eingehen
koumlnnen
Da bei der naumlheren Untersuchung des Komplexes von NAD+ 52 mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 interessanterweise festgestellt wurde dass sowohl das Adenosin-Nukleosid als
auch das entsprechende -Nukleotid gebunden werden wurde diese Eigenschaft genauer
uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 alle 2rsquo-Deoxy-
3 Zusammenfassung und Ausblick 82
Nukleoside mit hohen Bindungskonstanten bindet (2000 bis 8000 M-1) Die besten
Bindungskonstanten wurden bei der Bindung von 2rsquo-Deoxythymidin 60 und
2rsquo-Deoxyadenosin 55 beobachtet Im Gegensatz dazu wird lediglich das Nukleotid
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 schwach an die Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden
(etwa 1000 M-1) Somit unterscheidet die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen
Nukleosiden und Nukleotiden Die Ursache liegt wahrscheinlich in der Abstoszligung der negativ
geladenen Phosphate der Nukleotide durch die ebenfalls negativ geladenen Phosphonate der
Klammer Eine interessante Frage die in der Zukunft geklaumlrt werden sollte ist die moumlgliche
Erkennung von AMP 56 in biologischer Umgebung mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Wenn dies moumlglich ist koumlnnte es moumlglich sein die Bisphosphonat-Klammer eventuell als
Adenosin-selektiven DNA-Interkalator zu benutzen[179 180]
Da auch Wirkstoffe auf Nukleosidbasis an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden sollte trotz
der relativ geringen Bindungskonstante fuumlr AZT 68 uumlberpruumlft werden ob die Bisphosphonat-
Klammer 10 als Carrier fuumlr Nukleosid-Wirkstoffe benutzt werden kann
Um das Gastprofil der Bisphosphonat-Klammer 10 zu erweitern wurden Thiazioliumsalze
auf ihre Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass Thiamin 75 und
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 mit hohen Bindungskonstanten an die Bisphosphonat-
Klammer 51 binden Die Bisphosphonat-Klammer 10 ist damit der erste in der Literatur
beschriebene kuumlnstliche Rezeptor fuumlr Thiamin 75 Bei der genaueren Untersuchung des
Bindungsmodus deutet vieles auf einen dynamischen Komplex hin Das Molecular
Modelling-Experiment liefert eine Struktur die das zeitliche Mittel eines dynamischen
Prozesses wiederzuspiegeln scheint (Abb 33) Zusaumltzlich zeigt diese statische Struktur
deutliche Uumlbereinstimmungen mit der natuumlrlichen bdquoV-Konformationldquo im Protein Es scheint
so als wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen
so dass immer einer der beiden Aromate eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingeht Isothermale Titrationskalorimetrie-Experimente haben
gezeigt dass die Komplexierung sehr stark enthalpisch getrieben ist Der entropische Beitrag
ist nahezu vernachlaumlssigbar klein Dies koumlnnte auf einen Beitrag von nichtklassischen
hydrophoben Effekten hinweisen
Da TPP 76 im Protein sehr stark (ca 106 M-1) gebunden wird kann die Bisphosphonat-
Klammer 10 hier nicht zur Beeinflussung des enzymatischen Gleichgeweichts genutzt
werden[128] Allerdings koumlnnte im Modellexperiment versucht werden mit Hilfe der
Bisphosphonat-Klammer 10 TPP-vermittelte enzymatischen Reaktionen wie zB
3 Zusammenfassung und Ausblick 83
Umpolungsreaktionen ohne Enzym durchzufuumlhren[181] Die von der Klammer geaumlnderte
Mikroumgebung und das in der Kavitaumlt gebundenen TPP 76 sollten dies ermoumlglichen[182]
Abbildung 33 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte)
Mit der Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11 gelang es erstmals diese in wasserloumlslicher
Form herzustellen (Abb 31) Nur schlanke para-substituierte N-alkylierte Pyridiniumsalze
werden sehr stark in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Wird allerdings das
Substitutionsmuster geaumlndert so wird der Gast sterisch zu anspruchsvoll fuumlr die Kavitaumlt und
die Bindungskonstante wird deutlich kleiner Dies zeigt sich auch bei der Untersuchung von
einfachen Ammoniumsalzen mit unterschiedlichem Substitutionsmuster
Von besonderem Interesse ist das Bindungsverhalten der basischen Aminosaumluren Arginin und
Lysin Sowohl Tosylargininmethylester 84 als auch Acetyllysinmethylester 83 werden mit
hohen Bindungskonstanten in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Das gilt auch noch
fuumlr die gepufferte Loumlsung Eine Untersuchung des Bindungsmodus zeigt dass Wirt und Gast
dabei eine Pseudorotaxan-aumlhnliche Struktur bilden (Abb 34) Dabei fungieren die
Schutzgruppen sowie das Ammoniumkation jeweils als Stopper und tragen so erheblich zur
houmlheren Bindungskonstante bei Eine mikrokalorimetrische Untersuchung zeigte dass genau
wie bei der Bisphosphonat-Klammer 10 der Beitrag der Entropie im Vergleich zum Beitrag
der Enthalpie zur Bindung sehr gering ist Dies spricht ebenfalls fuumlr starke elektrostatische
und dispersive Wechselwirkungen evtl unterstuumltzt vom nichtklassischen hydrophoben
Effekt Die Effektivitaumlt der Bisphosphonat-Pinzette 11 konnte durch Bindungsexperimente
mit verschiedenen Modellpeptiden gezeigt werden Fuumlr alle Modellpeptide wurde eine starke
Bindung in gepufferter waumlssriger Loumlsung gefunden Dabei konnte auch gezeigt werden dass
andere Aminosaumluren als basische nicht von der Bisphosphonat-Pinzette 11 komplexiert
3 Zusammenfassung und Ausblick 84
werden Durch Zugabe von DMSO oder Acetonitril kann die Bindung von Lysin zB wieder
ruumlckgaumlngig gemacht werden Bei der Untersuchung der Modellpeptide gab es auszligerdem
Hinweise auf eine Sequenzspezifizitaumlt in Hinblick auf den Abstand von mehreren Lysin-
Resten Peptide mit zwei Lysin-Resten direkt nebeneinander scheinen sich anders zu
verhalten als Peptide mit zwei Lysin-Resten die durch mehrere Aminosaumluren voneinander
getrennt sind
Abbildung 34 Ergebnis der Monte Carlo-Simulationen des Komplexes von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen)
In Zukunft soll die Bisphosphonat-Pinzette mit einer Erkennungseinheit fuumlr Aspartat versehen
werden um so einen selektiven Rezeptor fuumlr die wichtige Peptidsequenz RGD 86 zu schaffen
Ebenso sollen andere wichtige Modell- und Signalpeptide mit hoher Selektivitaumlt angesteuert
werden so dass neuartige Sensoren oder Wirkstoffe entstehen
4 Experimenteller Teil 85
4 Experimenteller Teil 41 Material und Methoden
Chemikalien
Die eingesetzten Chemikalien wurden bei den Firmen Acros Organics (Geel Belgien)
Aldrich Chemical Co (Taufkirchen) Bachem (Bubendorf Schweiz) Fluka (Taufkirchen)
und Sigma (Taufkirchen) bezogen und falls nicht anders angegeben in der erhaltenen Qualitaumlt
eingesetzt
Loumlsungsmittel
Die verwendeten Loumlsungsmittel wurden vor Gebrauch destilliert und bei Bedarf nach
Standardmethoden absolutiert[183 184] Das benutzte Wasser war entionisiert und wurde im
Bedarfsfall nochmals uumlber eine ELGA Purelab UHQ Anlage entionisiert
Chromatographie
Fuumlr duumlnnschichtchromatographische Analysen kamen mit Kieselgel 60 beschichtete
Aluminiumplatten der Firma Merck (Darmstadt) zum Einsatz
Die Detektion erfolgte mit UV-Licht der Wellenlaumlngen 254 und 366 nm und durch Anfaumlrben
mit dem CAM- und Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz und anschlieszligender Entwicklung im
Heiszligluftstrom
CAM-Reagenz 2 g Cersulfat 50 g Ammoniummolybdat und 50 mL konz Schwefelsaumlure in
400 mL Wasser geloumlst
Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz 10-ige Molybdatophosphorsaumlure-Loumlsung in Ethanol
Die praumlparative Saumlulenchromatographie wurde wenn nicht anders angegeben an Kieselgel 60
der Firma Merck (Darmstadt) durchgefuumlhrt Die Laufmittelgemische und die RF-Werte der
betreffenden Substanzen sind angegeben[185]
NMR-Spektroskopie
Die NMR-Spektren wurden mit folgenden Geraumlten gemessen
Bruker Advance AC-200 (1H und 13C)
Bruker Advance ARX-200 (1H 13C und 31P)
4 Experimenteller Teil 86
Bruker Advance AMX-300 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-400 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-500 (1H und 13C)
Die chemischen Verschiebungen δ beziehen sich in den 1H-Spektren auf das
Restprotonensignal des verwendeten deuterierten Loumlsungsmittels und in den 13C-Spektren auf
das 13C-Signal des Loumlsungsmittels[186 187] Die chemischen Verschiebungen δ sind in parts per
million (ppm) angegeben Die verwendeten Loumlsungsmittel sind bei den jeweiligen Spektren
vermerkt
Die Kopplungskonstanten J sind in Hertz (Hz) angegeben Die Signalmultiplizitaumlten werden
wie folgt abgekuumlrzt s = Singulett d = Dublett dd = Dublett vom Dublett ddd = Dublett vom
Dublett vom Dublett m = Multiplett t = Triplett dt = Dublett vom Triplett q = Quartett br =
breit Zusaumltzlich ist die integrierte Protonenzahl angegeben Die Zuordnung der Signale wird
durch einen kurzen Formelabschnitt gezeigt Alle 13C-NMR-Spektren wurden Breitband-
entkoppelt gemessen
NOESY-Experimente
Eine aumlquimolare Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel wird im Ultraschallbad entgast und anschlieszligend vermessen
Variable Temperatur Experimente
Von einer aumlquimolaren Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel (D2O) wird im Temperaturbereich von 5 degC bis 95 degC in 10 degC Schritten ein 1H-NMR Spektrum aufgenommen Die temperaturabhaumlngige Aumlnderung der chemische
Verschiebung wird anschlieszligend beobachtet wobei aliphatische Protonen die keine
temperaturabhaumlngige Verschiebung zeigen als Referenz dienen
UVVis-Spektroskopie
UVVis-Spektren wurden mit einem Hitachi U-3410 bei 25 degC gemessen
Massenspekroskopie
Die Massenspektren (inkl Hochaufloumlsung) wurden auf einem Finnegan MAT 711 (EI) auf
einem Finnegan MAT95 S (ESI) oder auf einem Applied Biosystems SldquoQstar Pulsar irdquo (ESI)
gemessen Die Messmethode wird in Klammern angegeben Angegeben sind jeweils die
4 Experimenteller Teil 87
mz-Werte der wichtigsten Signale Als Daten sind zusaumltzlich die Summenformel die
berechnete Masse und die gemessene Masse angegeben
Schmelzpunkte
Die Schmelzpunkte wurden mit einer KOFLER-Schmelzpunktmessapparatur Thermoplan der
Firma Reichert gemessen und sind unkorrigiert
Filmwaage-Experimente
Filmwaage-Experimente wurden mit einer Filmwaage NIMA 601BAM durchgefuumlhrt Die
Messung des Oberflaumlchendrucks π als Funktion der Flaumlche A erfolgte mittels eines
WILHELMY-Plaumlttchens[107 188]
Die Messungen wurden bei 25 degC uumlber reinem Wasser (R gt 18 MΩ) oder waumlssrigen
Gastloumlsungen (c = 100 microM) durchgefuumlhrt wobei die Subphase vor jeder Messung auf
fehlende Oberflaumlchenaktivitaumlt uumlberpruumlft wurde Stearinsaumluremonoschichten wurden durch
Aufspreizen von 50 microL einer 35 mM Stearinsaumlure-Loumlsung in Chloroform auf die jeweilige
Subphase erhalten Durch zeitabhaumlngige Messungen der Druck-Flaumlche Diagramme
(Schrankengeschwindigkeit 50 cmsup2min) wurde zunaumlchst der Einfluss der geloumlsten Gaumlste auf
die Stearinsaumluremonoschicht beobachtet Der Rezeptor wurde dann als 35 mM Loumlsung in
Methanol Chloroform = 11 vv bei einem Oberflaumlchendruck von 15 mNm vorsichtig auf
die Oberflaumlche getropft Zeitabhaumlngige π-A-Isothermenzyklen wurden aufgenommen bis
keine Aumlnderung der Effekte mehr beobachtet werden konnten
Molecular Modelling
Kraftfeldrechnungen wurden mit dem Programm MacroModel 71 der Firma Schroedinger
durchgefuumlhrt Verwendet wurden die Kraftfelder Amber und OPLS-AA sowie das
GBSA-Solvatationsmodell fuumlr Wasser[189 190] ndash die verwendeten Kraftfelder sind an der
entsprechenden Struktur vermerkt
Komplex-Strukturen wurden zuerst minimiert und anschlieszligend wurde in einer Monte-Carlo
Simulation die Struktur mit der guumlnstigsten Energie ermittelt Monte-Carlo Simulationen
wurden mit mindestens 3000 Schritte berechnet (Die Anzahl der Schritte ist an der
entsprechenden Struktur vermerkt)
Molekuumlldynamik-Rechnungen wurden anschlieszligend mit der aus der Monte-Carlo Simulation
erhaltenen guumlnstigsten Struktur und dem gleichen Kraftfeld durchgefuumlhrt Die Rechnungen
wurden bei 300 K uumlber einem Zeitraum von 10 ps (wobei jede Picosekunde eine Struktur
4 Experimenteller Teil 88
gespeichert wurde) oder 100 ps (wobei alle 10 ps eine Struktur gespeichert wurde)
durchgefuumlhrt Alle erhaltenen Strukturen wurden uumlbereinander abgebildet wobei die
Wasserstoffatome aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen wurden
Kraftfeldrechnungen mit einer Wasserbox wurden mit dem Programm Sybyl 67 der Firma
Tripos durchgefuumlhrt Berechnungen wurden mit den aus Monte Carlo Simulationen erhaltenen
energieguumlnstigsten Strukturen durchgefuumlhrt Dazu wurden sie aus Marcromodel 72 als PDB-
oder Mol2-Datei exportiert In Sybyl 67 eingeladene Strukturen wurden mit GASTEIGER-
MARSILLI Teilladungen[191] versehen und anschlieszligend wurde eine Wasserbox
(0 Loumlsungsmittelschichten Tripos Radien) berechnet Danach wurde die Struktur so lange mit
dem Tripos Kraftfeld[191] minimiert bis ein Energieminimum gefunden wurde (etwa 10000
Schritte)
Zur grafischen Darstellung der Strukturen wurde das Programm Pymol 097 von DeLano
Scientific LLC verwendet[192]
42 Synthesen 421 Synthese des Spacers 14
Synthese von (1α4α4aβ8aβ)-Tetrahydro-14-methanonaphthalin-58-dion 17
(modifizierte Vorschrift)
O
O1
2
34
65
78
9
4a
8a
Zu einer geruumlhrten auf 0 degC gehaltenen Suspension aus 30 g (028 mol aus Methanol
umkristallisiert) p-Benzochinon 16 in 175 mL Methanol werden mittels eines kuumlhlbaren
Tropftrichters 183 g (028 mol) auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes Cyclopentadien 15
getropft Nach Beendung der Zugabe wird die Reaktionsmischung im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Die Reaktionsmischung wird unter vermindertem Druck auf etwa
40 mL eingeengt Das Produkt kristallisiert dabei in Form gelbgruumlner Nadeln aus
Ausbeute 386 g (022 mol 80 ) gelbgruumlne Nadeln
4 Experimenteller Teil 89
1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 142 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 1 H 9-Hi) 154 (dd 2J(9-Ha 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 321 (d br 3J(1-H 9-Ha) =
17 Hz 2 H 1-H 4-H) 354 (s 2 H 4a-H 8a-H) 606 (s br 2 H 2-H 3-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
Synthese von 14-Dihydro-14-methanonaphthalin-58-dion 18[48 74]
O
O1
2
34
6
79
5
8
Zu einer Loumlsung von 100 g (057 mol) 17 in 600 mL Methanol werden 1 mL Triethylamin
gegeben Dabei wird darauf geachtet dass die Temperatur 25 degC nicht uumlberschreitet Nach
16 h Ruumlhren wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand
mit 200 mL Aceton aufgenommen Das Loumlsungsmittel wird erneut unter vermindertem Druck
entfernt und das Produkt anschlieszligend in 15 L Chloroform geloumlst und nach Zugabe von 63 g
(058) aus Methanol umkristallisiertem p-Benzochinon 16 5 h bei 50 degC geruumlhrt Nach dem
Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung uumlber eine G3-Glasfritte filtriert
Anschlieszligend wird das Filtrat mit 800 mL einer 1-igen waumlssrigen NaOH-Loumlsung und
dreimal mit je 200 mL Wasser gewaschen Nach dem Trocknen uumlber Natriumsulfat wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der erhaltene Ruumlckstand wird
anschlieszligend mit Cyclohexan als Elutionsmittel uumlber ca 30 g Kieselgel filtriert Das Einengen
der orangene Fraktion unter vermindertem Druck ergibt das Produkt als orangen Feststoff
Ausbeute 813 g (047 mol 83 ) orangener Feststoff
RF-Wert 006 in Cyclohexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 226 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 71 Hz 1 H 9-Ha) 232 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 71 Hz 1 H 9-Hi) 409 (t 3J(1-H 2-H) = 2 Hz 2 H 1-H 4-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H) 685 (t 3J(2-H 1-H) = 2 Hz 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 90
Synthese von syn-(1α4α4aβ5α8α9aβ)-144a589a-Hexahydro-1458-
dimethanoanthracen-910-dion 18a[48 74]
O
O1
2
34 5
6
789 8a
10 10a
11 12
Zu einer auf -78 degC gekuumlhlten Loumlsung von 30 g (019 mol) 18 in 200 mL Toluol werden
mittels eines kuumlhlbaren Tropftrichters 15 g auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes
Cyclopentadien 15 zugetropft Die Reaktionsmischung wird im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf 50degC erwaumlrmt und
das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt bis eine Truumlbung erkennbar ist Dann
wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h
auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert getrocknet und
mittels NMR auf das synanti-Verhaumlltnis uumlberpruumlft Der Niederschlag wird anschlieszligend in
Toluol aufgeloumlst und auf 50degC erhitzt Dann wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die
Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Dieser
Vorgang wird so oft wiederholt bis das Verhaumlltnis von synanti besser ist als 201
Ausbeute 162 g (0672 mol 40 ) gelber Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 140 (d br 2J(12-Hi 12-Ha) = 88 Hz 1 H 12-Hi) 148
(d br 2J(12-Ha 12-Hi) = 85 Hz 1 H 12-Ha) 213 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 73 Hz 1 H 11-
Ha) 221 (dt 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 3J(11-Hi 1-H) = 12 Hz 1 H 11-Hi) 323 (dd 3J(8a-
H 8-H) = 24 Hz 2J(8a-H 7-H) = 15 Hz 2 H 8a-H 10a-H) 346 (dd 3J(5-H 6-H) = 20 Hz 3J(5-H 10a-H) = 17 Hz 2 H 5-H 8-H) 396 (ddd 3J(1-H 2-H) = 39 Hz 3J(1-H 11-Ha) =
31 Hz 3J(1-H 11-Hi) = 31 Hz 2 H 1-H 4-H) 577-578 (m 2 H 6-H 7-H) 676-677 (m
2 H 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 91
Synthese von syn-910-Diacetoxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 14[46 47]
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Unter Argon werden 952 g (40 mmol) 19a und 056 g (4 mmol) 4-Dimethylaminopyridin
(DMAP) in 44 mL wasserfreiem Pyridin geloumlst Bei 0 degC werden unter Ruumlhren 24 mL (frisch
destilliertes) Essigsaumlureanhydrid zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und danach 16 h bei 50 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung auf 200 mL einer EisWasser-Mischung
gegeben Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert und viermal mit 25 mL Wasser
gewaschen Danach wird der Feststoff in moumlglichst wenig Chloroform aufgenommen und
uumlber Kieselgel mit Chloroform als Elutionsmittel filtriert Der nach dem Entfernen des
Loumlsungsmittels erhaltene gelbe Feststoff wird aus Ethanol Chloroform = 41 vv
umkristallisiert
Ausbeute 124 g (384 mmol 96 ) farblose Kristalle
RF-Wert 010 in Chloroform 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 71 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha)
226 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 71 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 234 (s 6 H 15-H 16-H) 381 (d 3J(1-H 2-H) = 15 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 675 (d 3J(2-H 1-H) = 15 Hz 4 H 2-H
3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
4 Experimenteller Teil 92
422 Synthese der Modellverbindung
Synthese von syn-910-Dihydroxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 25 (neue Vorschrift)
OH
OH
12
34
4a5 1010a6
78
8a 9 9a
11 12
Zu einer Suspension von 200 mg (54 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 30 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Loumlsung aus 200 mg (061 mmol) 14 in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran zugetropft Danach wird 5 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf 0
degC wird mit 30 mL gesaumlttigter waumlssriger Ammoniumchlorid-Loumlsung hydrolysiert Die
Reaktionsmischung wird mit 2 M waumlssriger Salzsaumlure-Loumlsung auf pH 1 eingestellt und
danach dreimal mit je 100 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen Phasen
werden dreimal mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 143 mg (060 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz DMSO-d6) δ = 196 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 63 Hz 2 H 11-Hi
12-Hi) 203 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 63 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 398 (s br 4 H H-1 H-4
H-5 H-6) 669 (s br 4 H H-2 H-3 H-6 H-7)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 93
Synthese von 1458-Tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonsaumlureester 26[65 75]
O
O
P
P
O
HO
OH
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Zu einer Loumlsung von 100 mg (420 micromol) 25 und 150 mg (113 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 175 microL
(126 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren wird der entstandene Niederschlag
mittels einer Umkehrfritte abfiltriert und mit 3 mL absolutem Tetrahydrofuran gewaschen
Zum Filtrat werden 3 mL 25-ige waumlssrige Salzsaumlure zugesetzt und nach 15 min Ruumlhren
werden 15 mL n-Hexan zugegeben Nach 16 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird der
entstandene Feststoff abfiltriert mit 3 mL 25-iger waumlssriger Salzsaumlure gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 110 mg (212 micromol 50 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) 155 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H) 218
(d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 411 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 680 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 94
Synthese von Bistetrabutylammonium-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-
910-bismethylphosphonat $$026[65 75]
+N4
2
O
O
P
P
O
-O
O-
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
17
18
Zu einer Suspension aus 50 mg (127 micromol) 26 in 10 mL Dichlormethan werden 253 microL (253
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung gegeben Anschlieszligend
wird die Reaktionsmischung 2 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel
unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 111 mg (127 mmol quantitativ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 092 (t 3J(18-H 17-H) = 73 Hz 24 H 18-H) 128-137 (m
16 H 17-H) 134 (d 2J(13-H P) = 159 Hz 6 H 13-H 14-H) 155-170 (m 16 H 16-H)
213 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 220 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) =
73 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 313-320 (m 16 H 15-H) 408 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H)
682 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 95
Synthese von 910-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-(1α4α5α8α)-1458-
tetrahydro-1458-dimethanoanthracen 27
O
O
P
P
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Zu einer Loumlsung aus 200 mg (085 mmol) 25 und 297 mg (227 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 15 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 350 microL
(250 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach 1 h ruumlhren bei 0 degC und anschlieszligend
eine weitere Stunde bei Raumtemperatur werden 10 mL absolutem Methanol zugegeben und
weitere 16 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter
vermindertem Druck entfernt und der erhaltene Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit
Chloroform Aceton = 21 vv gereinigt
Ausbeute 234 mg (056 mmol 65 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 025 in Chloroform Aceton = 21 vv
Schmelzpunkt 139 degC 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 168 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H)
219 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 225 (d 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 375 (d 3J(15-H P) = 113 Hz 6 H 15-H 16-H) 411 (d br 3J(1-H 2-H)
= 17 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 683 (d br 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 4 H 2-H 3-H 6-H
7-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2933 (s) 13C-NMR (503 MHz CDCl3) δ = 108 (d 1J(C P) = 1443 Hz C-13 C-14) 481 (d C-1
C-4 C-5 C-8) 527 (d 2J(C P) = 54 Hz C-15 C-16) 700 (s C-11 C-12) 1362 (d C-4a
C-8a C-9a C-10a) 1423-1428 (m C-2 C-3 C-6 C-7 C-9 C-10)
MS (ESI MeOH) mz 423 [M + H+]+ 445 [M + Na+]+
HR-MS ber fuumlr C20H24O6NaP2 4450946 gef 4450940
4 Experimenteller Teil 96
CHN ber fuumlr C20H24Li2O6P2frac12H2O [] C 5569 H 584 gef [] C 5515 H 555 Der
Wassergehalt kann variieren
Synthese von Bis(lithium)-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonat 28
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Eine Loumlsung aus 500 mg (118 mmol) 27 und 205 mg (236 mmol) trockenem
Lithiumbromid in 10 mL absolutem Acetonitril wird 16 h bei 85 degC geruumlhrt Der entstandene
Niederschlag wird abzentrifugiert dreimal mit 3 mL absolutem Acetonitril gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 mg (086 mmol 73) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (500 MHz Methanol-d4) δ = 127 (d 2J(13-H P) = 165 Hz 6 H 13-H 14-H)
215 (s br 4 H 11-H 12-H) 416 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 678 (s br 4 H 2-H 3-H
6-H 7-H) 31P-NMR (810 MHz Methanol-d4) δ = 253 (s) 13C-NMR (1258 MHz Methanol-d4) δ = 133 (d 1J(C P) = 1383 Hz C-13 C-14)
706 Hz (s C-11 C-12) 1396 (d 2J(C P) = 61 Hz C-9 C-10) 1433 (s C-4a C-8a C-9a
C-10a) 1441 (s C-2 C-3 C-6 C-7)
MS (ESI MeOH) mz 196 [M ndash 2Li+]2- 393 [M ndash 2Li+ + H+]- 399 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C18H18O6LiP2 3990733 gef 3990709
CHN ber fuumlr C18H18Li2O6P22H2O [] C 4889 H 501 gef [] C 4910 H 500
4 Experimenteller Teil 97
423 Synthese der Hydroxyklammer 21
Synthese von 716-Diacetoxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen 12[48 74]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
O
O
21
22
23
24
Eine Mischung aus 20 g (62 mmol) 14 200 g (478 mmol) αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-xylol
20 460 g (326 mmol) wasserfreiem Natriumiodid und 100 g (100 mmol) wasserfreiem
Calciumcarbonat in 150 mL wasserfreiem NN-Dimethylformamid (DMF) wird 30 min unter
Argon bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 5 h bei 55 degC
und 100 mbar (Membranpumpe mit vorgeschalteter KOH-Saumlule) geruumlhrt Danach wird die
noch warme Reaktionsmischung auf 600 g Eis gegossen Zum entstandenen Gemisch wird
gesaumlttigte waumlssrige NaHSO3-Loumlsung gegeben bis die Farbe von braunrot nach gelb umschlaumlgt
Nach Zugabe von 300 mL Wasser und 400 mL Dichlormethan wird das Gemisch kraumlftig
durchmischt und anschlieszligend filtriert Danach wird die waumlssrige Phase dreimal mit je
200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit 200 mL
gesaumlttigter waumlssriger NaHCO3-Loumlsung und viermal mit je 400 mL Wasser gewaschen und
anschlieszligend uumlber Natriumsulfat getrocknet Nach dem Entfernen des Loumlsungsmittels unter
vermindertem Druck wird der verbleibende Feststoff chromatographisch uumlber Kieselgel
gereinigt (Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv)
Ausbeute 22 g (42 mmol 68 ) hellbrauner Feststoff
RF-Wert 027 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 242 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
248 (s 6 H 23-H 24-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 429
(s br 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 723-727 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 752 (s 4 H
5-H 9-H 14-H 18-H) 756-759 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
4 Experimenteller Teil 98
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
Synthese von 716-Dihydroxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacen 21[48 74]
OH
OH
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
Zu einer entgasten Suspension von 200 mg (038 mmol) 12 und 50 microL Phenylhydrazin in 15
mL Ethanol wird unter Argon 500 microL einer 15igen waumlssrigen entgasten Natriumhydroxid-
Loumlsung gegeben Nach 1 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird 10 mL einer 15igen
waumlssrigen HCl-Loumlsung zugegeben Nach Zugabe von 50 mL Eiswasser wird der entstandene
Feststoff abfiltriert mit 10 mL Wasser gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 160 mg (037 mmol 97 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 251 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
256 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 446 (s br 4 H 6-H 8-H 15-H
17-H) 723-729 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 753 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 754-
758 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 99
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10
Synthese von 681517-Tetrahydro-617815-dimethanoheptacen-716-
bismethylphosphonsaumlureester 22[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
HO
O
OH
21
22
Zu einer Loumlsung aus 100 mg (228 micromol) 21 und 80 mg (600 micromol)
Dichlormethylphosphonsaumlure in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 80 microL
(058 micromol) Triethylamin zugetropft Anschlieszligend wird zuerst 1 h bei 0 degC und dann eine
weitere Stunde bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach werden 3 mL 25-ige waumlssrige HCl-
Loumlsung zugegeben Nach 20 min ruumlhren werden 5 mL n-Hexan zugegeben und weitere 16 h
geruumlhrt Die organische Phase wird mit 3 mL 25-iger waumlssriger HCl-Loumlsung gewaschen
und ohne vorheriges Trocknen unter vermindertem Druck bis zum Trockenen eingeengt Das
Rohprodukt wird anschlieszligend saumlulenchromatographisch uumlber Florisil (60-100 mesh) mit
Dichlormethan Methanol = 31 rarr 21 vv gereinigt
Ausbeute 90 mg (150 micromol 66 ) leicht braumlunlicher Feststoff (mit Kieselgel verunreinigt)
RF-Wert 002 in Dichlormethan Methanol = 21 vv 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 148 (d 2J(21-H P) = 166 Hz 6 H 21-H 22-H) 237 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 80 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 263 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 80 Hz 2 H
19-Ha 20-Ha) 465 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 693-697 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H)
721-724 (m 4 H 1-H 4-H 11-H 12-H) 742 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 100
Synthese von Bistetrabutylammonium-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen-716-bismethylphosphonat 10[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
-O
O
O-
21
22
+N4
2
23
24
2526
Eine Suspension aus 518 mg (871 micromol) 22 in 10 mL Dichlormethan werden 135 microL (135
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt Nach 2 h
Ruumlhren bei Raumtemperatur wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und
der Ruumlckstand in Methanol aufgenommen Die Loumlsung wird uumlber einen Membranfilter
(Porengroumlszlige 02 microm) filtriert und unter vermindertem Druck wieder eingeengt Nach
Uumlberpruumlfung der Stoumlchiometrie mittels der Signalintensitaumlten im 1H-NMR wird ndash falls das
Verhaumlltnis Phosphonat Tetrabutylammonium nicht 11 ist ndash entweder mehr 22 oder
Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt und anschlieszligend wieder membranfiltriert
Ausbeute 59 mg (673 micromol quantitativ bezogen auf Tetrabutylammoniumhydroxid)
hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 081 (t 3J(26-H 25-H) = 66 Hz 24 H 26-H) 105-125 (m
32 H 24-H 25-H) 152 (d 2J(21-H P) = 163 Hz 6 H 21-H 22-H) 241 (d br 2J(19-Hi
19-Ha) = 89 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 255-270 (s br 16 H 23-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi)
= 89 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 469 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 726-730 (m 4 H 2-H
3-H 11-H 12-H) 763-766 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 765 (s 4 H 5-H 9-H 14-H
18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 101
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24
Synthese von 716-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-681517-tetrahydro-
617815-dimethanoheptacen 23
O
O
P
P
O
O
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
23
24
Zu einer Loumlsung aus 330 mg (075 mmol) 21 und 264 mg (198 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 33 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 264 microL
(191 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach einigen Sekunden faumlllt ein Niederschlag
aus Die Suspension wird 1 h bei 0 degC und 1 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend
werden 15 mL absolutes Methanol zugegeben und die Loumlsung wird 16 h bei Raumtemperatur
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der
Ruumlckstand saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit Chloroform Aceton = 101 vv als
Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 260 mg (041 mmol 55 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 041 in Chloroform Aceton = 31 vv
Schmelzpunkt 110 degC 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 165 (d 2J(P-CH3) = 173 Hz 6 H P-CH3) 247 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 260-270 (m 2 H 19-Ha 20-Ha) 355 356
(2 d 3J(P-OCH3) = 1123 Hz 6 H P-OCH3) 466 470 (2 s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H)
720-735 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 759 (dd 3J(H-2 H-1) = 95 Hz 4J(H-2 H-4) =
24 Hz 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 762 766 (2 s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
(diastereomere) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2948 (s) 13C-NMR (7547 MHz CDCl3) δ = 113 (d 1J(C P) = 1441 Hz C-21 C-22) 485 (s C-6
C-8 C-15 C17) 531 (d 2J(PC) = 68 Hz) 652 (s C-19 C-20) 1206 (d C-aromatisch)
4 Experimenteller Teil 102
1255 (s C-aromatisch) 1277 1278 (2 d C-aromatisch) 1322 1415 1463 (3 s
C-aromatisch)
MS (ESI MeOH) mz 623 [M + H+]+ 645 [M + Na+]+ 661 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C36H32O6P2 6221674 gef 6221590
Synthese von Bis(lithium)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacenyl-716-
bismethylphosphonat 24
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
Eine Loumlsung aus 20 mg (32 micromol) 23 und 61 mg (71 micromol) wasserfreiem Lithiumbromid in 3
mL 2-Hexanon wird 16 h bei 120 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird der
entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL wasserfreiem Acetonitril
gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 16 mg (26 micromol 81 ) hellbrauner Feststoff
Schmelzpunkt gt 230 degC 1H-NMR (300 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 2J(P-CH3) = 163 Hz 6 H P-CH3) 236 (d 2J(19-Hi 19-Ha) = 76 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 264 (d 2J(19-Ha 19-Hi) = 79 Hz 2 H 19-Ha
20-Ha) 479 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 719 (dd 3J(H-1 H-2) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) =
27 Hz 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 755 (dd 3J(H-2 H-1) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) = 30 Hz
4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 761 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 31P-NMR (81 MHz MeOH-d4) δ = 2604 (s)
13C-NMR (7547 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 1J(PC) = 1379 Hz C-21 C-22) 657 (s
C-19 C-20) 1208 (s C-aromatisch) 1259 (s C-2 C-3 C-11 C-12) 1286 (s
C-aromatisch) 1335 (2 s C-aromatisch) 1421 (s C-aromatisch) 1488 (s C-aromatisch)
C-6 C-8 C-15 C17 erwartet unter dem MeOH-d4-Signal
4 Experimenteller Teil 103
UVVis (H2O) λ = 2186 nm (log ε = 993) MS (ESI MeOH) mz 296 [M ndash 2Li+]2- 593 [M ndash 2Li+ + H+]- 599 [M ndash Li+]- 615 [M ndash
2Li+ + Na+]-
HR-MS ber fuumlr C34H26O6LiP2 5991359 gef 5991330
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29
Synthese von 14-Dimethano-1234-tetrahydronaphthalin-23-dicarbonsaumlureanhydrid
32 (modifizierte Vorschrift)
O
O
O
12
345
6
78
9
Eine Loumlsung von 80 g (069 mol) Inden 31 (techn) 69 g (070 mol) Maleinsaumlureanhydrid 30
und 10 g 14-Hydrochinon in 100 mL 1234-Tetrahydronaphthalin wird unter Argon 35 h
mit einem auf 200 degC vorgeheiztem Oumllbad zum Sieden erhitzt Nach Abkuumlhlen auf 80-90 degC
wird die Reaktionsmischung unter kraumlftigem Ruumlhren in 500 mL 60 degC warmes Toluol
gegossen Der entstandene Niederschlag wird warm abdekantiert und bei Bedarf warm
abfiltriert Die Loumlsung wird 16 h bei -18 degC ruhen gelassen und der entstandenen Feststoff
abfiltriert Falls notwendig wird das Produkt aus Ethylacetat Ether umkristallisiert
Ausbeute 30 g (014 mol 20 ) farblose Kristalle
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 214 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 95 Hz 1 H 9-Ha) 378 (s br 2 H 2-H 3-H) 391 (s 2 H 1-H 4-H) 719-730 (m
4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 104
Synthese von 5-endo6-endo-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 33[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension von 30 g (014 mol) 32 in 400 mL absolutem Methanol werden bei 0 degC
2 mL Acetylchlorid zugegeben Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 20 h bei 40 degC
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und das Produkt
im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 g (013 mol 93 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 174 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 89 Hz 1 H 9-Hi) 188 (dd 2J(9-Ha 9-Hi) = 89 Hz) 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 347 (s 6 H 10-H 11-H) 348
(d 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 2 H 2-H 3-H) 363 (s br 2 H 2-H 3-H) 710-714 (m 2 H 6-H
7-H) 724-728 (m 2 H 5-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-56-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 34[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 35 g (013 mol) 33 in 500 mL absolutem Methanol werden 15 g
(028 mol) Natriummethylat gegeben und anschlieszligend 5 h unter Ruumlckfluss erhitzt Danach
wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck eingeengt Der Ruumlckstand wird mit
500 mL Diethylether aufgenommen und zweimal mit je 150 mL 2 M HCl-Loumlsung zweimal
4 Experimenteller Teil 105
mit je 150 mL gesaumlttigter NaHCO3-Loumlsung und einmal mit 150 mL gesaumlttigter NaCl-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen mit Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 345 g (013 mol quantitativ) brauner Feststoff
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 184 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 196 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 93 Hz 1 H 9-Ha) 285-286 (m 1 H 2-H) 353 (s 3 H 11-H) 361-365 (m 2 H
1-H 2-H) 370 (s br 1 H 4-H) 375 (s 3 H 10-H) 705-714 (m 3 H 5-H 6-H 7-H)
724-726 (m 1 H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(hydroxymethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin
35[73]
OHOH
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension aus 12 g (315 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 800 mL absolutem
Tetrahydrofuran werden bei 0 degC unter Absolutbedingungen 34 g (130 mmol) 34 in 200 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 16 h unter
Ruumlckfluss geruumlhrt Danach werden bei 0 degC 60 mL gesaumlttigte waumlssrige Magnesiumsulfat-
Loumlsung zugetropft Der entstandene Niederschlag wird anschlieszligend abfiltriert und dreimal
mit je 300 mL Diethylether fuumlr 30 min unter Ruumlhren zum Sieden erhitzt Die vereinten
etherischen Phasen werden uumlber Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck
eingeengt
Ausbeute 25 g (122 mmol 94 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 134-142 (m 1 H 3-H) 181 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) =
96 Hz 1 H 9-Hi) 184 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 96 Hz 1 H 9-Ha) 212-220 (m 3 H 2-H
11-H) 268 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H 2-H) = 93 Hz 1 H 10-H) 311 (s 1 H
OH) 331 (s 1 H -OH) 345-351 (m 1 H 4-H) 356 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H
2-H) = 99 Hz 1 H 10-H) 386-391 (m 1 H 1-H) 705-716 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
4 Experimenteller Teil 106
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(chlormethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 36[78]
ClCl
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung von 265 g (390 mmol) Imidazol in 75 mL Acetonitril und 75 mL Pyridin
wird bei 0degC eine Loumlsung aus 610 g (189 mmol) Triphenylphosphindichlorid in 150 mL
Dichlormethan zugetropft Nach 20 min ruumlhren werden bei Raumtemperatur 10 g (49 mmol)
35 zugegeben und anschlieszligend 5 h bei 55degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur
werden 200 mL eines 11 vv Gemisches aus halbkonzentrierter Salzsaumlure und Eis zugegeben
Nach Zugabe von 200 mL Dichlormethan wird die organische Phase abgetrennt und die
waumlssrige Phase dreimal mit je 200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 200 mL 2 M waumlssriger Salzsaumlure Wasser und gesaumlttigter waumlssriger
NaHCO3-Loumlsung gewaschen und uumlber Natriumsulfat getrocknet Danach wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der Ruumlckstand wird in 50 mL Diethylether
suspendiert und 5 min im Ultraschallbad behandelt Danach wird der Niederschlag abfiltriert
und noch zweimal mit Diethylether aufgenommen und im Ultraschallbad behandelt Die
vereinten Etherphasen werden unter vermindertem Druck auf 50 mL eingeengt und
anschlieszligend uumlber 60 g Kieselgel chromatographisch mit Diethylether als Elutionsmittel
gereinigt Einengen der ersten hellgelben Phase unter vermindertem Druck ergibt das
Produkt
Ausbeute 86 g (36 mmol 74) gelbes Oumll
RF-Wert 090 in Diethylether 1H-NMR (200 MHz CDCl3) δ = 136-142 (m 1 H 3-H) 180-197 (m 2 H 9-H)
220-235 (m 1 H 2-H) 266 (t 1 H 10-H) 321-330 (m 2 H 4-H 10-H) 349-352 (m
1 H 11-H) 364-370 (m 2 H 1-H 11-H) 710-731 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 107
Synthese von 23-Bisexomethylen-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 29[53 73]
1
2
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 10 g (42 mmol) $$015 und 24 g (9 mmol) 18-Krone-6 in 100 mL
absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 40 g (710 mmol) gepulvertes Kaliumhydroxid
portionsweise zugegeben Anschlieszligend wird 24 h bei 40 degC geruumlhrt Danach wird die
Reaktionsmischung in 100 mL Eiswasser gegeben Nach Zugabe von 100 mL n-Hexan wird
die organische Phase abgetrennt und die waumlssrige Phase 3 mal mit je 100 mL n-Hexan
extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter
waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die
Loumlsung unter vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der gelbe Ruumlckstand wird mit
50 mL n-Hexan aufgenommen und uumlber Kieselgel mit n-Hexan als Elutionsmittel filtriert
Ausbeute 63 g (37 mmol 90 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 029 in n-Hexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (dd 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Hi 1-H) = 17 Hz
1 H 9-Hi) 211 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 86 Hz 1 H 9-Ha) 383 (s br 2 H 1-H 4-H) 506 (s
br 2 H 10-Hi 11-Hi) 519 (s br 2 H 10-Ha 11-Ha) 705-708 (m 2 H 5-H 8-H) 720-723
(m 2 H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 108
427 Synthese der Hydoxypinzette 38
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α6aα7α9α9aα11α16α17aα18α20α20aα22α)-
566a799a1011161717a182020a2122-hexadecahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 37[53 73]
O
O
O
O
12
34567
6a8910
9a1112
13
1415 16 17
17a18 19 20 2120a
22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 750 mg (233 mmol) 14 150 g (893 mmol) 29 und 300 microL Triethylamin in
15 mL absolutem Toluol und 75 mL absolutem Acetonitril wird in einer Glasampulle dreimal
unter Argon auf -78 degC gekuumlhlt unter Hochvakuum entgast und geschlossen auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und anschlieszligend abgeschmolzen Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Die Ampulle wird 4 Tage bei 170 degC in einem
Roumlhrenofen erhitzt Danach wird die Reaktionsmischung unter vermindertem Druck auf etwa
5 mL eingeengt Der entstandene Feststoff wird abfiltriert und zweimal mit je 5 mL kaltem
Cyclohexan gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 630 mg (094 mmol 41 ) weiszliger Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 155 (d br 2J(24-Hi 24-Ha) = 63 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi)
167 (d br 2J(24-Ha 24-Hi) = 63 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 190-235 (m 16 H 6-H 6a-H
9a-H 10-H 12a-H 17-H 20a-H 21-H 26-H) 229 (s 6 H 28-H 30-H) 285 (s 4 H 7-H
9-H 18-H 20-H) 354 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 680-684 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 709-712 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 109
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 13[53 73]
O
O
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 04 g (06 mmol) 37 und 10 g (44 mmol) 23-Dichlor-56-dicyano-p-
Benzochinon (DDQ) in 15 mL absolutem Toluol werden unter Argon in einem auf 120 degC
vorgeheiztem Oumllbad 2 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf etwa 60 degC werden
03 mL 14-Cyclohexadien zugegeben und 5 min bei 60 degC geruumlhrt Das entstandene DDQH2
wird abfiltriert und zweimal mit 2 mL Methylenchlorid gewaschen Das Filtrat wird unter
vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der Ruumlckstand wird in 3 mL
Methylenchlorid aufgenommen und saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit
Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv als Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 032 g (05 mmol 82 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 038 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-253 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 235 (s 6 H
28-H 30-H) 399 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 406 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H)
668-678 (m 4 H 2-H 3-H 13-H 14-H) 705-710 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 714 (s
4 H 28-H 30-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 110
Synthese von 819-Dihydroxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 38[53 73]
OH
OH
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
Zu einer Suspension aus 100 mg (27 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Suspension aus 210 mg (032 mmol) 13 in 15 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Die Reaktionsmischung wird 5 h unter Ruumlckfluss
geruumlhrt Danach werden unter Argon bei 0 degC 15 mL gesaumlttigte waumlssrige Ammoniumchlorid-
Loumlsung zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung mit 1 M waumlssrigen Salzsaumlure
auf pH 1 eingestellt und dreimal mit 50 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 50 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen mit Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck bis zur Trockene
eingeengt
Ausbeute 180 mg (032 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-244 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 406 (s 4 H
5-H 11-H 16-H 22-H) 417 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 670-678 (m 4 H 2-H 3-H
13-H 14-H) 704-708 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 713 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 111
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11
Synthese von 819-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-
(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-octahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 39
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
P
P
OO
OO
27
28
29
30
Zu einer Loumlsung aus 82 mg (0144 mmol) 38 und 48 mg (036 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC
060 mL (043 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren bei 0 degC und 1 h Ruumlhren bei
Raumtemperatur werden 3 mL absolutes Methanol zugegeben und danach 16 h bei
Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit Chloroform Aceton =
201 vv an Kieselgel gereinigt Eventuell im Produkt verbleibende Reste an
Methylphosphonsaumluredimethylester werden durch Trocknen unter Hochvakuum bei 50 degC
entfernt
Ausbeute 60 mg (0080 mmol 56 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 062 in Chloroform Aceton = 31 vv 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 162 (d 2J(27-H P) = 179 Hz 6 H 27-H 28-H)
230-240 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 252 254 (2 d 3J(29-H P) = 113 Hz 6 H
29-H 30-H) 404 407 (2 d 3J(5-H 26-H) = 70 Hz 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 426 436
(2 d 3J(7-H 25-H) = 43 Hz 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 666-682 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 695-708 (m 4-H 1-H 4-H 12-H 15-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) 2907 (s) 13C-NMR (755 MHz CDCl3) δ = 115 (2 d 1J(C P) = 1481 Hz C-27 C-28) 487 489
(2 d C-7 C-9 C-18 C-20) 512 (s br C-29 C-30) 521 522 (2 s C-5 C-11 C-16 C-22)
4 Experimenteller Teil 112
678 (m C-24 C-25) 689 (m C-23 C-26) 1167 1176 (2 d C-6 C-10 C-17 C-21) 1210
1211 (2 d C-1 C-4 C-12 C-15) 1246 1248 (2 d C-2 C-3 C-13 C-14) 1363 (s C-8
C-19) 1422 1424 (2 d 3J(C P) = 170 Hz C-7a C-8a C-18a C-19a)
MS (ESI MeOH) mz 752 [M + H+]+ 773 [M + Na+]+ 789 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C46H41O6P2 7512373 gef 7512374
Synthese von Bis(Lithium)-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen-819-bismethylphosphonat 11
O
O
P
P
OOLi
OLiO
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
27
28
Eine Loumlsung aus 300 mg (399 micromol) 39 und 10 mg (115 micromol) trockenem Lithiumbromid in
100 mL absolutem Acetonitril wird 16 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird der entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL
absolutem Acetonitril gewaschen und im Hochvakuum getrocknet Sollte die Spaltung der
Methylester noch nicht vollstaumlndig sein wird das Produkt erneut 16 h mit 10 mg (115 micromol)
trockenem Lithiumbromid umgesetzt
Ausbeute 234 mg (319 micromol 80 ) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 130 (d 2J(27-H P) = 162 Hz 6 H 27-H 28-H) 231 (d 2J(24-Ha 24-Hi) = 80 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 233-236 (m 4 H 23-H 26-H) 247 (d 2J(24-Hi 24-Ha) = 76 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi) 416 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 438 (s
4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 629 (s br 2-H 3-H 13-H 14-H) 701-704 (m 4 H 1-H 4-H
12-H 15-H) 729 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H) 31P-NMR (810 MHz D2O) δ = 2599 (s) 13C-NMR (1256 MHz Methanol-d4) δ = 134 (d 1J(C P) = 1384 Hz C-27 C-28) 500 (s
C-7 C-9 C-18 C-20) 524 (s C-5 C-11 C-16 C-22) 689 (s C-24 C-25) 694 (s C-23
4 Experimenteller Teil 113
C-26) 1173 (s C-6 C-10 C-17 C-21) 1220 (s C-1 C-4 C-12 C-15) 1258 (s C-2 C-3
C-13 C-14) 1389 (d 2J(C P) = 81 Hz C-8 C-19) 1428 (s C-7a C-8a C-18a C-19a)
1486 (s C-6a C-9a C-17a C-20a) 1493 (s C-5a C-10a C-16a C-21a) 1520 (s C-4a
C-11a C-15a C-22a)
MS (ESI MeOH) mz 360 [M ndash 2Li+]2- 727 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C44H34O6LiP2 7271985 gef 7271985
43 NMR-Titrationen
431 Durchfuumlhrung
NMR-Titrationen mit gleichbleibender Gast-Konzentration
Zehn NMR-Roumlhrchen werden mit der gleichen Menge einer Loumlsung des Gastes in
deuteriertem Loumlsungsmittel befuumlllt Danach wird die Wirt-Loumlsung (ebenfalls in deuteriertem
Loumlsungsmittel) in Schritten mit steigenden Volumina zu den Roumlhrchen Nr 2-10 zutitriert
Anschlieszligend werden alle Roumlhrchen mit Loumlsungsmittel auf das gleiche Endvolumen
aufgefuumlllt um eventuelle Verduumlnnungseffekte des Gastes auszuschlieszligen Das Roumlhrchen Nr 1
dient als Referenz Die Konzentration des Gastes sollte idealerweise etwa dem Kehrwert der
zu bestimmende Bindungskonstante entsprechen
Zusaumltzlich wurde immer ein Roumlhrchen mit einem 11 Gemisches des Gastes der
Modellverbindung 27 oder 29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel und dem gleichen
Konzentrationsbereich vermessen um eine eventuelle Wechselwirkung ausschlieszligen zu
koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Titration mit gleichbleibender Gast-Konzentration durchgefuumlhrt wurde sind unten
die Konzentrationen der Gast- und der Wirt-Loumlsungs die jeweiligen zutitrierten Volumina
sowie die zusaumltzlich zugegebene Menge Loumlsungsmittel und die beobachteten Signale
aufgelistet Die berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte
bei den beobachtete Signale vermerkt
4 Experimenteller Teil 114
Verduumlnnungstitrationen
Wirt und Gast werden in annaumlhernd 11 Aumlquivalenten in deuteriertem Loumlsungsmittel geloumlst
Von der Loumlsung wird ein NMR-Spektrum aufgenommen Anschlieszligend wird die Loumlsung mit
deuteriertem Loumlsungsmittel mehrmals verduumlnnt Von einer Wirt- sowie einer Gast-Loumlsung mit
gleicher Konzentration wie die Komplex-Loumlsung wird ebenfalls ein NMR-Spektrum
aufgenommen und auf Shifts der Signale auf Grund der Verduumlnnung uumlberpruumlft Es koumlnnen nur
Signale ausgewertet werden die keinen Shift bei der Verduumlnnung zeigen Auch im Falle einer
Verduumlnnungstitration wird eine 11 Mischung vom Gast und der Modellverbindung 27 oder
29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel vermessen um eine eventuelle
Wechselwirkung ausschlieszligen zu koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Verduumlnnungstitration durchgefuumlhrt wurde sind unten die Einwaagen des Gastes
und Wirtes aufgefuumlhrt die Verduumlnnungsschritte der Stammloumlsung (Probe Nr 1) mit der
Menge Loumlsungsmittel mit der verduumlnnt wurde sowie die beobachteten Signale Die
berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte bei den
beobachteten Signale vermerkt
JOB-Plots
Der Molenbruch des Gastes wurde aus den Konzentrationen der entsprechenden
NMR-Titration berechnet und aufgetragen gegen den Molenbruch des Gastes multipliziert mit
∆δ[79 193 194]
4 Experimenteller Teil 115
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxythymidin 60
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0370 mg (1526 micromol) 2rsquo-Deoxythymidin 60 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 500 30510-3 13810-3 76106 62600 18545 76747 73326 1 25 500 15310-4 69010-5 75398 62401 18213 76592 73011 2 50 500 30510-4 13810-4 74923 62246 17929 76503 73000 3 75 500 45810-4 20710-4 74735 62180 17860 76481 72867 4 125 500 76310-4 34510-4 74448 62069 17672 76426 72801 5 250 500 15310-3 69010-4 74072 61914 17451 76339 72679 6 500 500 30510-3 13810-3 73751 61760 17263 76194 72525
∆δsat (ppm) 06184 plusmn 2
02379 plusmn 2
03495 plusmn 3
00617 plusmn 5
00869 plusmn 5
Ka (molL) 2701 plusmn 6
1707 plusmn 7
2184 plusmn 10
2162 plusmn 16
3064 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 116
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminhydrochlorid 75
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 10 und
0078 mg (0818 micromol) Thiaminhydrochlorid 75 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 500 28310-3 13810-3 55294 76747 73326 1 25 500 14210-4 69010-5 52255 76161 72602 2 50 500 28310-4 13810-4 51768 75995 72536 3 75 500 42510-4 20710-4 51746 75973 72414 4 125 500 70810-4 34510-4 51326 75884 72381 5 250 500 14210-3 69010-4 51127 75796 72326 6 500 500 28310-3 13810-3 51039 75741 72292
∆δsat (ppm) 08954 plusmn 2
01048 plusmn 2
01063 plusmn 2
Ka (molL) 23100 plusmn 12
12120 plusmn 9
20470 plusmn 13
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
He
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030 00035
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 117
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
Hc
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
OH
4 Experimenteller Teil 118
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NADP 57
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
1061 mg (1427 micromol) NADP 57 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 600 23810-3 11510-3 94309 92695 82991 76957 76747 733261 30 600 11910-4 57610-5 93447 88223 81535 76741 75990 726532 60 600 23810-4 11510-4 93330 87818 81071 76323 75154 718953 90 600 35710-4 17310-4 93252 87635 80875 76140 74867 715364 150 600 59510-4 28810-4 93238 87511 80653 75801 74129 707725 300 600 11910-4 57610-4 - - - 75311 73255 698576 600 600 23810-3 11510-3 93193 87347 80470 74665 72811 69460
∆δsat (ppm) 02375 plusmn 1
1120 plusmn 0
05602 plusmn 2
04002 plusmn 7
05461plusmn 5
05575plusmn 7
Ka (molL) 41840 plusmn 12
66450 plusmn 2
14750 plusmn 12
769 plusmn 13
1893 plusmn 14
1669 plusmn 16
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OOH
OPOO-
O
P O-HOO
PO
OOHO
N+
NH2
O
Ha
Hb
Hc
OHOH
4 Experimenteller Teil 119
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyguanosin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0416 mg (1459 micromol) 2rsquo-Deoxyguanosin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 24310-3 - 80212 63408 1 30 600 12210-4 57710-5 79910 63203 2 60 600 24310-4 11510-4 79848 63070 3 90 600 36510-4 17310-4 79650 63012 4 150 600 60810-4 28910-4 79511 62896 5 300 600 12210-3 57710-4 79303 62717 6 600 600 24310-3 11210-3 79124 62532
∆δsat (ppm) 03033 plusmn 5
02480 plusmn 4
Ka (molL) 2000 plusmn 13
1718 plusmn 9
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hc
HeHd
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
4 Experimenteller Teil 120
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyadenosin 55
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0239 mg (0922 micromol) 2rsquo-Deoxyadenosin 55 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 500 18410-3 13810-3 82903 82096 64556 76957 76747 733261 25 500 92210-5 69010-5 81599 81355 64059 76514 76238 727012 50 500 18410-4 13810-4 80980 80980 63826 76426 76117 725253 75 500 27710-4 20710-4 80836 80692 63694 76393 76072 724364 125 500 46110-4 34510-4 80615 80261 63517 76316 76017 722925 250 500 92210-4 69010-4 80316 79709 63275 76205 75818 720946 500 500 18410-3 13810-3 80051 79289 62997 76050 75663 72884
∆δsat (ppm) 05955 plusmn 1
03318 plusmn 2
02660 plusmn 3
01308 plusmn 6
01602plusmn 6
01662plusmn 4
Ka (molL) 5771 plusmn 3
6068 plusmn 6
4115 plusmn 8
10300 plusmn 25
9076 plusmn 25
7710 plusmn 14
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
NH
N
N
O
NH2N
O
OH Hb
HO
Ha
4 Experimenteller Teil 121
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OH Hc
HO
Ha
Hb
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
HfHe
4 Experimenteller Teil 122
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminpyrophosphat 76
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0378 mg (0820 micromol) Thiaminpyrophosphat 76 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 13810-3 11510-3 55147 76747 1 30 600 13810-3 55810-5 53874 76293 2 60 600 13810-3 11510-4 53727 76101 3 90 600 13810-3 17310-4 53539 - 4 150 600 13810-3 22910-4 53329 76037 5 300 600 13810-3 65810-4 53031 75963 6 600 600 13810-3 11510-3 52765 75940
∆δsat (ppm) 03144 plusmn 5
01308 plusmn 6
Ka (molL) 17850 plusmn 22
10300 plusmn 25
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
O PO
O
PHO
OH
O
HO
4 Experimenteller Teil 123
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyuridin 61
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0220 mg (0965 micromol) 2rsquo-Deoxyuridin 61 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 16110-3 - 62339 58324 1 30 600 80510-5 57710-5 - 56402 2 60 600 16110-4 11510-4 62005 55505 3 90 600 24110-4 17310-4 61877 54730 4 300 600 80410-4 57710-4 61446 51885 5 600 600 16110-3 11210-3 61286 51079
∆δsat (ppm) 1465 plusmn 5
02384 plusmn 6
Ka (molL) 3012 plusmn 12
1922 plusmn 16
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
4 Experimenteller Teil 124
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxycytidin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0194 mg (0793 micromol) 2rsquo-Deoxycitidin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 13210-3 - 78492 63008 60741 1 30 600 66110-5 57710-5 77209 62665 58807 2 60 600 13210-4 11510-4 - 62481 57873 3 90 600 19810-4 17310-4 76527 62381 57319 4 250 600 33010-4 28910-4 76096 62239 56595 5 300 600 66110-4 57710-4 75615 62074 55775 6 600 600 13210-3 11510-3 75244 61945 55133
∆δsat (ppm) 04738 plusmn 2
01646 plusmn 1
08499 plusmn 1
Ka (molL) 8545 plusmn 8
6332 plusmn 4
7197 plusmn 3
NH
O
ON
O
OH Hb
HOHa
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 125
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit A2E 58
Stammloumlsung 0564 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0350 micromol A2E 58 in 1000 microL Methanol-d4 D2O = 31 vv
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 1000 35010-4 - 865231 100 1000 35010-5 52410-5 856892 150 1000 62910-5 94410-5 850983 250 1000 87410-5 13110-4 848644 500 1000 17510-4 26210-4 835135 1000 1000 35010-4 52410-4 82533
∆δsat (ppm) 09207 plusmn 10
Ka (molL) 2125 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
N
NH2
O
Ha
Hc
4 Experimenteller Teil 126
Titration von Wirt 10 mit Folsaumlure 72
Wirtloumlsung 0768 mg (071410-6 mol) Wirt 10 in 400 microL D2O
Gastloumlsung 0457 mg (103610-6 mol) Folsaumlure 72 in 4200 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 600 0 800 18510-4 0 878401 600 10 800 18510-4 22310-5 871542 600 20 800 18510-4 44610-5 865753 600 40 800 18510-4 89210-5 855644 600 60 800 18510-4 13410-4 845225 600 80 800 18510-4 17810-4 838046 600 170 800 18510-4 37910-4 82195
∆δsat (ppm) 06875 plusmn 2
Ka (molL) 20230 plusmn 12
C(Gast) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
N+
Ha
HO
4 Experimenteller Teil 127
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit FAD 71
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0587 mg (0678 micromol) FAD 71 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 96810-4 10210-3 78393 76957 73326 1 35 700 48410-5 50910-5 78303 76711 72957 2 70 700 96810-5 10210-4 78202 76663 72885 3 105 700 14510-4 15310-4 78184 76645 72879 4 175 700 24210-4 25210-4 78045 76548 72758 5 700 700 96810-4 10210-3 77604 76271 72269
∆δsat (ppm) 02112 plusmn 8
01048 plusmn 11
01672 plusmn 15
Ka (molL) 908 plusmn 14
5378 plusmn 30
4435 plusmn 38
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
Ha
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 128
C(Klammer) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa - berechnet
P
O
O
PO
LiO
O
OLi
Hb
Hc
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
Ha
4 Experimenteller Teil 129
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit AMP $G026
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) AMP $G026 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 14410-3 - 823171 25 500 71810-5 71310-5 821842 50 500 14410-4 14310-4 820963 75 500 21510-4 21410-4 820524 100 500 28710-4 28510-4 819195 125 500 35910-4 35610-4 818756 250 500 71810-4 71310-4 816157 500 500 14410-3 14310-4 81477
∆δsat (ppm) 01881 plusmn 10
Ka (molL) 1126 plusmn 19
N
NN
N
NH2
O
OH
OPNaOONa
OHa
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb - berechnet∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 130
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 384721 30 600 60210-5 59410-5 363392 60 600 12010-4 11910-4 352453 90 600 18010-4 17810-4 348364 300 600 60210-4 59410-4 324935 600 600 12010-3 11910-3 32548
∆δsat (ppm) 08087 plusmn 7
Ka (molL) 7940 plusmn 22
N+
NCHa
3
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 131
Titration von Wirt 10 mit N-Methylthiazoliumiodid 74
Wirtloumlsung 1535 mg (142510-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0524 mg (230710-6 mol) N-Methylthiazoliumiodid 74 in 250 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 25 0 700 33010-4 0 429601 25 10 700 33010-4 31310-5 425562 25 20 700 33010-4 62710-5 421283 25 30 700 33010-4 94010-5 416674 25 40 700 33010-4 12510-4 413025 25 50 700 33010-4 15710-4 407526 25 60 700 33010-4 18810-4 403817 25 80 700 33010-4 25110-4 392228 25 120 700 33010-4 37610-4 383269 25 200 700 33010-4 62710-4 35176
∆δsat (ppm) 1758 plusmn 17
Ka (molL) 1267 plusmn 29
N+
S
Ha3C
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 132
N+
O
OHOH He
OP-OOH
O
NH2
O
Ha
Hc
Hd
Hb
Titration von Wirt 10 mit NMN 54
Wirtloumlsung 1512 mg (140410-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0314 mg (093910-6 mol) NMN 54 in 1000 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 700 13410-4 0 95766 93565 90371 83429 62418 1 100 10 700 13410-4 30910-5 95714 93330 89823 82782 62242 2 100 20 700 13410-4 61710-5 95492 93082 89372 82266 62151 3 100 30 700 13410-4 92610-5 95407 92951 89130 82012 62092 4 100 40 700 13410-4 12310-4 95341 92860 88948 81783 62046 5 100 50 700 13410-4 15410-4 95165 92677 88654 81424 62001 6 100 80 700 13410-4 24710-4 95034 92455 88157 80856 61916 7 100 120 700 13410-4 37010-4 94754 92128 87504 80203 61756 8 100 200 700 13410-4 61710-4 94525 91743 86884 - 61648
∆δsat (ppm) 01970 plusmn 10
02494 plusmn 6
04572 plusmn 6
04442 plusmn 10
00890 plusmn 9
Ka (molL) 3277 plusmn 22
4882 plusmn 16
5912 plusmn 17
9043 plusmn 29
10690 plusmn 33
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 133
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Koffein 70
Stammloumlsung 0390 mg (0362 micromol) Wirt 10 und
0143 mg (0736 micromol) Koffein 70 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 39895 35712 33889 1 35 700 52610-5 25710-5 35940 34134 33231 2 70 700 10510-4 51710-5 35160 33783 33073 3 105 700 15810-4 77110-5 34730 33608 32994 4 140 700 21010-4 10310-4 34415 33468 32924 5 175 700 26310-4 12910-4 34309 33415 32898 6 350 700 52610-4 25710-4 33573 33029 32661 7 700 700 10510-3 51710-4 33590 33038 32670
∆δsat (ppm) 1364 plusmn 2
05839 plusmn 2
02717 plusmn 3
Ka (molL) 36800 plusmn 9
29730 plusmn 11
21490 plusmn 15
N
N N
N
O CHa3
Hb3C
OCHc
3
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 134
Verduumlnnungstitration von Wirt 24 mit AZT 68
Stammloumlsung 0433 mg (0714 micromol) Wirt 24 und
0190 mg (0717 micromol) AZT 68 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 76200 61936 16839 1 30 600 59810-5 59510-5 75022 61461 18059 2 60 600 12010-4 11910-4 74050 61096 17650 3 90 600 17910-4 17910-5 73011 60688 17219 4 120 600 23910-4 23810-4 72259 60389 16865 5 150 600 29810-4 29810-4 71696 60179 16622 6 300 600 59810-4 59510-4 68269 58752 14842 7 600 600 12010-3 11910-3 62464 57659 13759
∆δsat (ppm) 3116 plusmn 6
1245 plusmn 8
1400 plusmn 11
Ka (molL) 707 plusmn 11
696 plusmn 14
730 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
N3Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 135
Titration von Wirt 24 mit 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69
Wirtloumlsung 1593 mg (262910-6 mol) Wirt 24 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0435 mg (194410-6 mol) 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 in 750 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δf (ppm)
0 75 0 600 32410-4 0 76417 69692 64877 59824 18810 1 75 10 600 32410-4 67410-5 76312 69632 64790 59765 18719 2 75 20 600 32410-4 13510-4 76110 69536 64758 59693 18545 3 75 30 600 32410-4 20210-4 75973 69454 64699 59623 18426 4 75 40 600 32410-4 27010-4 75798 99376 64634 59559 18274 5 75 50 600 32410-4 33710-4 75611 99280 64538 59453 18114 6 75 60 600 32410-4 40410-4 75450 69211 64492 59389 17977 7 75 80 600 32410-4 53910-4 75133 69078 64383 59275 17720 8 75 120 600 32410-4 80910-4 74589 68799 64140 59000 - 9 75 200 600 32410-4 13510-3 73618 68350 63764 58565 16415
∆δsat (ppm) 1645 plusmn 17
06014 plusmn 9
06108 plusmn 18
08318 plusmn 19
1399 plusmn 20
Ka (molL) 160 plusmn 20
226 plusmn 12
174 plusmn 21
138 plusmn 23
160 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
Hb
HON
NH
O
O
He3C
Ha
HcHd
4 Experimenteller Teil 136
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylpyraziniumiodid 50
Stammloumlsung 0713 mg (0971 micromol) Wirt 11 und
0234 mg (1052 micromol) N-Methylpyraziniumiodid 50 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 17510-3 - 44827 93911 1 60 600 17510-4 16210-4 39025 - 2 90 600 26310-4 24310-4 37953 84130 3 120 600 35010-4 32410-4 37246 83400 4 300 600 87510-4 80910-4 36494 82295 5 600 600 17510-3 16310-3 34936 80029
∆δsat (ppm) 1270 plusmn 5
1737 plusmn 6
Ka (molL) 11070 plusmn 22
12930 plusmn 34
N+
N
CHa3
I-Hb
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 137
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Benzylaminhydrochlorid 77
Stammloumlsung 0531 mg (0640 micromol) Wirt 11 und
0083 mg (0640 micromol) Benzylaminhydrochlorid 77 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 12810-3 - 416111 25 500 64010-5 64010-5 414122 50 500 12810-4 12810-4 414013 75 500 19210-4 19210-4 413024 100 500 25610-4 25610-4 412245 125 500 32010-4 32010-4 411696 250 500 64010-4 64010-4 405397 500 500 12810-3 12810-3 39898
∆δsat (ppm) 1510 plusmn 38
Ka (molL) 115 plusmn 45
Ha2C
NH3Cl
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 138
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 11 und
0078 mg (0818 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29908 17049 10022 1 35 700 58410-5 58410-5 28628 15761 09136 2 70 700 11710-4 11710-4 27646 14771 08444 3 105 700 17510-4 17510-4 26725 13878 07803 4 140 700 23410-4 23410-4 25989 - 07295 5 350 700 58410-4 58410-4 22508 09566 04857 6 700 700 11710-3 11710-3 19649 06734 02814
∆δsat (ppm) 2651 plusmn 2
2642 plusmn 3
1884 plusmn 2
Ka (molL) 891 plusmn 4
912 plusmn 6
867 plusmn 22
C(Wirt) [molL]00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
018
020
δ∆aδ∆a (berechnet)
Hc3C
Hb2
CCHa
2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 139
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0539 mg (0734 micromol) Wirt 11 und
0070 mg (0734 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 28821 10199 1 35 700 52610-5 52610-5 25940 08779 2 70 700 10510-4 10510-4 24066 07771 3 105 700 15810-4 15810-4 22215 06787 4 140 700 21010-4 21010-4 20947 06104 5 175 700 26310-4 26310-4 19788 05481
∆δsat (ppm) 3451 plusmn 6
2006 plusmn 5
Ka (molL) 1826 plusmn 8
1534 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
Hb3C C
Ha2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 140
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Adrenalinhydrochlorid 79
Stammloumlsung 0689 mg (0938 micromol) Wirt 11 und
0206 mg (0938 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 79 in 750 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (mol_)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 750 12510-3 - 33029 27961 1 375 750 62510-5 62510-5 32538 27462 2 75 750 12510-4 12510-4 32126 27041 3 1125 750 18810-4 18810-4 31767 26611 4 150 750 25010-4 25010-4 31451 26260 5 1875 750 31310-4 31310-4 31074 25875 6 375 750 62510-4 62510-4 29417 24305 7 750 750 11710-3 11710-3 27628 22472
∆δsat (ppm) 2149 plusmn 8
2017 plusmn 4
Ka (moll) 364 plusmn 11
416 plusmn 6
OH
OHOH
Ha2CNH2Cl
Hb3C
C(Wirt) [molL]
000000 000005 000010 000015 000020 000025 000030
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
10
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 141
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Propanololhydrochlorid 82
Stammloumlsung 0633 mg (0862 micromol) Wirt 11 und
0255 mg (0862 micromol) Propanololhydrochlorid 82 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12310-3 - 137191 60 600 12310-4 12310-4 129682 90 600 18510-4 18510-4 127693 120 600 24610-4 24610-4 125924 150 600 30810-4 30810-4 124265 600 600 12310-3 12310-3 11133
∆δsat (ppm) 05482 plusmn 3
Ka (molL) 1361 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
HO
ClH2N
Ha3C CHa
3
4 Experimenteller Teil 142
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Noradrenalinhydrochlorid 80
Stammloumlsung 0612 mg (0833 micromol) Wirt 11 und
0171 mg (0833 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 80 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 320841 70 700 11910-5 11910-5 319182 105 700 17910-4 17910-4 317973 140 700 23810-4 23810-4 317414 175 700 29810-4 29810-4 316645 350 700 59510-4 59510-4 312256 700 700 11910-4 11910-4 30692
∆δsat (ppm) 09012 plusmn 17
Ka (molL) 184 plusmn 22
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
OH
OHOH
Ha2CNH3Cl
4 Experimenteller Teil 143
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Dopaminhydrochlorid 81
Stammloumlsung 0603 mg (0821 micromol) Wirt 11 und
0156 mg (0821 micromol) Dopaminhydrochlorid 81 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29058 32562 68726 1 35 700 58610-5 58410-5 28010 31257 68433 2 70 700 11710-4 11710-4 27051 29988 68217 3 105 700 17610-4 17510-4 26308 29169 68012 4 140 700 23510-4 23410-4 25618 28262 67897 5 175 700 29310-4 29310-4 25109 27484 67655 6 350 700 58610-4 58410-4 22161 - 66889 7 700 700 11710-3 11710-3 20464 21757 66503
∆δsat (ppm) 2169 plusmn 9
2670 plusmn 2
05658 plusmn 12
Ka (molL) 989 plusmn 16
975 plusmn 3
988 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δa∆δa (berechnet)
CHb2
OHOH
Ha2CNH3Cl
Hc
4 Experimenteller Teil 144
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylnicotinamidiodid 51
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0231 mg (0875 micromol) N-Methylnicotinamidiodid 51 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 92629 89567 88860 81565 44540 1 70 700 12510-4 12510-4 90363 88119 86638 80140 41545 2 105 700 18810-4 18810-4 89435 87799 85456 79598 40550 3 140 700 25010-4 25010-4 88749 87589 84450 79200 39721 4 175 700 31310-4 31310-4 88208 87412 83809 78891 39069 5 350 700 62510-4 62510-4 85378 86495 79996 77332 35124 6 700 700 12510-3 12510-3 84063 86163 78261 76658 33278
∆δsat (ppm) 1870 plusmn 9
05524 plusmn 5
2657 plusmn 13
1001 plusmn 8
2576 plusmn 10
Ka (molL) 1364 plusmn 18
3685 plusmn 15
969 plusmn 5
1667 plusmn 18
1195 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N+
NH2
O
CHe3
Ha
Hb
Hd
HcI-
4 Experimenteller Teil 145
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1940 mg (264210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0632 mg (166710-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
700 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 70 0 600 23810-4 0 39983 18159 16721 1 70 10 600 23810-4 58110-5 39228 16510 13134 2 70 20 600 23810-4 11610-4 38290 14500 13177 3 70 30 600 23810-4 17410-4 37685 13099 13099 4 70 40 600 23810-4 23210-4 36738 11170 09724 5 70 60 600 23810-4 34810-4 35484 08549 07000 6 70 80 600 23810-4 46510-4 34871 07216 05734 7 70 120 600 23810-4 69710-4 34485 06024 04638 8 70 180 600 23810-4 10510-3 34257 05366 04042
∆δsat (ppm) 06808 plusmn 7
1547 plusmn 6
1472 plusmn 5
Ka (molL) 7988 plusmn 29
6778 plusmn 23
8762 plusmn 24
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 146
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1074 mg (146310-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0379 mg (100010-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
400 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 16710-4 0 39943 18119 16900 1 40 10 600 16710-4 37510-5 39251 16726 15453 2 40 20 600 16710-4 75010-5 38797 15819 14362 3 40 30 600 16710-4 11310-4 38087 14060 13093 4 40 40 600 16710-4 15010-4 37629 13121 11641 5 40 50 600 16710-4 18810-4 37011 11953 10363 6 40 60 600 16710-4 22510-4 36516 10913 09332 7 40 160 600 16710-4 30010-4 36086 09144 07958
∆δsat (ppm) 1002 plusmn 25
4093 plusmn 26
3292 plusmn 27
Ka (molL) 2811 plusmn 44
1077 plusmn 36
1519 plusmn 40
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 147
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1084 mg (147710-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0419 mg (104810-6 mol) RGD 86 in 400 microL D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 17510-4 0 32772 19855 17361 1 40 10 600 17510-4 37910-5 31561 19719 16872 2 40 20 600 17510-4 75710-5 30376 19236 16124 3 40 30 600 17510-4 11410-4 29229 19056 15528 4 40 40 600 17510-4 15210-4 28204 18734 15010 5 40 50 600 17510-4 18910-4 27083 18547 14488 6 40 60 600 17510-4 22710-4 - 18289 14017 7 40 80 600 17510-4 30310-4 - 17793 13077 8 40 120 600 17510-4 45410-4 21092 17071 11357 9 40 180 600 17510-4 68210-3 - 16330 07692
∆δsat (ppm) 4578 plusmn 3
08838 plusmn 11
2022 plusmn 6
Ka (molL) 836 plusmn 4
1109 plusmn 17
1012 plusmn 9
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 148
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1006 mg (137010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0400 mg (100010-6 mol) RGD 86 in 1000 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 16710-4 0 32682 19320 17291 1 100 10 600 16710-4 35110-5 31562 19134 16600 2 100 20 600 16710-4 70310-5 30608 18904 16113 3 100 30 600 16710-4 10510-4 29693 18680 15595 4 100 40 600 16710-4 14110-4 28637 18430 15000 5 100 50 600 16710-4 17610-4 27773 18206 14648 6 100 60 600 16710-4 21110-4 27037 17969 14091 7 100 80 600 16710-4 28110-4 - 17566 13394 8 100 120 600 16710-4 42210-4 - 16894 11736 9 100 200 600 16710-4 70310-3 - 15979 10034
∆δsat (ppm) 3413 plusmn 22
09234 plusmn 10
1502 plusmn 5
Ka (molL) 1092 plusmn 28
901 plusmn 15
1532 plusmn 5
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 149
Titration von Wirt 11 mit (S)-Glycinyl-(S)-argininyl-(S)-glycinyl-(S)-glycin (GRGG) 87
Wirtloumlsung 1135 mg (154610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0673 mg (117510-6 mol) GRGG2TFA 87 in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 19610-4 0 32543 19241 18525 1 100 10 600 19610-4 39610-5 30751 18770 17914 2 100 20 600 19610-4 79310-5 28394 18150 17279 3 100 30 600 19610-4 11910-4 26627 17663 16724 4 100 40 600 19610-4 15910-4 24618 17121 16101 5 100 50 600 19610-4 19810-4 - 16590 15521 6 100 60 600 19610-4 23810-4 21114 16187 15015 7 100 80 600 19610-4 31710-4 18265 15377 - 8 100 120 600 19610-4 47610-4 - - 12746 9 100 180 600 19610-4 71310-3 - 11964 10569
∆δsat (ppm) 7461 plusmn 15
2213 plusmn 4
2058 plusmn 7
Ka (molL) 857 plusmn 20
755 plusmn 5
972 plusmn 10
HN
NH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 150
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-alaninyl-(S)-alanin (KAA) 88
Wirtloumlsung 0878 mg (119610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0406 mg (100010-6 mol) KAACH3COOH 88 in 200 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (KAA 71)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 20 0 600 16410-4 0 39096 18894 1 20 10 600 16410-4 36910-5 38994 18557 2 20 20 600 16410-4 79310-5 38924 18302 3 20 30 600 16410-4 11910-4 38841 18112 4 20 40 600 16410-4 15910-4 38765 17807 5 20 50 600 16410-4 19810-4 38702 17622 6 20 60 600 16410-4 23810-4 38619 17298 7 20 80 600 16410-4 31710-4 38466 16910 8 20 120 600 16410-4 47610-4 38282 16166 9 20 200 600 16410-4 71310-3 37913 -
∆δsat (ppm) 02920 plusmn 6
1030 plusmn 14
Ka (molL) 1242 plusmn 9
1116 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hb2C
NH2
HN
OOH
OHa
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 151
Titration von Wirt 11 mit tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
Wirtloumlsung 1022 mg (139210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0295 mg (109410-6 mol) tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
in 500 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δb (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 600 18210-4 0 70658 31722 30421 1 100 10 600 18210-4 35710-5 69926 31545 30376 2 100 20 600 18210-4 71410-5 69124 31406 30238 3 100 30 600 18210-4 10710-4 - 31254 30054 4 100 40 600 18210-4 14310-4 67555 31128 29909 5 100 50 600 18210-4 17910-4 66920 30995 29764 6 100 60 600 18210-4 21410-4 66162 30837 29606 7 100 80 600 18210-4 28610-4 65057 30604 29366 8 100 120 600 18210-4 42810-4 62708 30124 28905 9 100 180 600 18210-4 71410-4 68932 29461 28299
∆δsat (ppm) 3764 plusmn 4
06543 plusmn 5
07925 plusmn 24
Ka (molL) 688 plusmn 5
817 plusmn 7
565 plusmn 33
C(Wirt) [moll]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa - gemessen∆δa - berechnet∆δb - gemessen∆δb - berechnet
HN
O
OO
O
NH
N
Ha
HbHc
4 Experimenteller Teil 152
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0208 mg (0875 micromol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 700 microL
D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 442851 35 700 62510-5 62510-5 427622 70 700 12510-4 12510-4 422663 105 700 18810-4 18810-4 419304 140 700 25010-4 25010-4 419115 175 700 31310-4 31310-4 418306 350 700 62510-4 62510-4 416807 700 700 12510-3 12510-3 41244
∆δsat (ppm) 03580plusmn 4
Ka (molL) 23010 plusmn 18
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
4 Experimenteller Teil 153
Titration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Wirtloumlsung 1130 mg (154010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0239 mg (100110-6 mol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 500
microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 50 0 600 16710-4 0 44199 19278 18000 1 50 10 600 16710-4 34210-5 43837 18238 16960 2 50 20 600 16710-4 68410-5 43250 16714 15572 3 50 30 600 16710-4 10310-4 42994 15865 - 4 50 40 600 16710-4 13710-4 42627 - - 5 50 60 600 16710-4 20510-4 41981 12892 11921 6 50 80 600 16710-4 27410-4 - 11774 10718 7 50 120 600 16710-4 41010-4 40905 09978 09007 8 50 200 600 16710-4 61610-3 40442 08682 07963
∆δsat (ppm) 05677 plusmn 8
1572 plusmn 8
1454 plusmn 10
Ka (molL) 3993 plusmn 20
4295 plusmn 19
4730 plusmn 27
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
HcHb
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 154
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-lysinyl-(S)-leucinyl-(S)-valinyl-(S)-
phenylalaninyl-(S)-phenylalanin (KKLVFF) 91
Wirtloumlsung 1367 mg (1013-6 mol) Wirt 11 in 650 microL [25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Gastloumlsung 1107 mg (988310-7 mol) KKLVFF3TFA 91 in 2000 microL [25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 200 0 600 16710-4 0 29643 16809 1 200 10 600 16710-4 35110-5 29351 16548 2 200 20 600 16710-4 70310-5 29109 16097 3 200 30 600 16710-4 10510-4 28995 16014 4 200 40 600 16710-4 14110-4 28791 15766 5 200 50 600 16710-4 17610-4 28652 - 6 200 60 600 16710-4 21110-4 28607 - 7 200 80 600 16710-4 38110-4 - 15556 8 200 120 600 16710-4 42210-4 28505 15524 9 200 200 600 16710-4 70310-4 28499 -
∆δsat (ppm) 01214 plusmn 3
01365 plusmn 6
Ka (molL) 32290 plusmn 21
43310 plusmn 45
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 155
H2NNH
O
Hb2C
CHa2
NH2
Hb2C
CHa2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
pm]
HaHbHa (berechnet)Hb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 156
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysin (KTTK) 89
Wirtloumlsung 0859 mg (1169-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0837 mg (102610-6 mol) KTTK3TFA 89 in 1750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 175 0 600 34210-4 0 39847 18700 1 175 10 600 34210-4 35110-5 39599 18366 2 175 20 600 34210-4 70310-5 39425 18247 3 175 30 600 34210-4 10510-4 39127 17949 4 175 40 600 34210-4 14110-4 38917 17894 5 175 50 600 34210-4 17610-4 38729 17793 6 175 60 600 34210-4 21110-4 38536 17597 7 175 80 600 34210-4 38110-4 38156 17290 8 175 120 600 34210-4 42210-4 37684 17010 9 175 200 600 34210-4 70310-4 36961 16085
∆δsat (ppm) 04061 plusmn 5
04217 plusmn 16
Ka (molL)(21 Komplex)
6821 plusmn 18
4205 plusmn 45
H2NNH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
4 Experimenteller Teil 157
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
007
008
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 158
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysinyl-(S)-serin (KTTKS) 90
Wirtloumlsung 1111 mg (1513-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0724 mg (800110-7 mol) KTTKS3TFA 90 in 750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 75 0 600 26610-4 0 39518 14881 1 75 10 600 26610-4 19410-5 39318 - 2 75 20 600 26610-4 38810-5 38848 11067 3 75 30 600 26610-4 58210-5 - 10165 4 75 40 600 26610-4 77610-5 38439 09121 5 75 50 600 26610-4 97010-5 38204 07755 6 75 60 600 26610-4 11610-4 37882 06000 7 75 80 600 26610-4 15510-4 37746 04300 8 75 120 600 26610-4 23310-4 37136 01300 9 75 180 600 26610-4 34910-4 36722 -
∆δsat (ppm) 03903 plusmn 8
2620 plusmn 15
Ka (molL)(21 Komplex)
4998 plusmn 24
3307 plusmn 33
H2N NH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
OH
O
OH
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 159
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln
10 100 1000 10000 und 10900 Aumlquivalente deuteriertes DMSO werden zu 600 microL einer
aumlquimolaren Loumlsung aus Wirt 11 und Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 25
mmolL Na2HPO4NaH2PO4-Puffer (pH 7) in D2O gegeben (2 10-4 M) sowie zu eine
Referenzloumlsung die nur Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 enthaumllt (gleiche
Konzentration) Die kleinen Veraumlnderungen der chemischen Verschiebung in der
Referenzloumlsung wurden von den groumlszligeren Effekten im GastWirt-Gemisch abgezogen Diese
Ergebnisse werden in der unten gezeigten Tabelle als ∆δobs angegeben Um die Auswirkung
von Acetonitril und Methanol vergleichen zu koumlnnen wurden zu den oben genannten Proben
mit 10 und 100 Aumlquivalenten jeweils 200 microL deuteriertes Acetonitril beziehungsweise 200 microL
deuteriertes Methanol zugegeben
0
001
002
003
004
005
006
007
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 160
zugegebenes Loumlsungsmittel
Aumlquivalente ∆δobs (εCH2) ∆δobs (βCH2)
DMSO-d6 10 nicht sichtbar (breites Signal) -052 DMSO-d6 100 nicht sichtbar (breites Signal) -047 DMSO-d6 1000 nicht sichtbar (breites Signal) -013 DMSO-d6 10000 -001 -001 DMSO-d6 10900 lt -001 lt -001 Acetonitril-d3 16000 lt -001 lt -001 Methanol-d4 20600 -035 -010
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 441 Das Messgeraumlt
Die Messungen wurden mit einem VP-ITC der Firma MicroCal durchgefuumlhrt Gesteuert wird
das Geraumlt mit der WINDOWSTM-Software MicroCal VPViewer Die fuumlr die Messung
verwendete Spritze (250 microL) ist eine Spezialanfertigung der Firma MicroCal Am unteren
Ende der langen Nadel geht die Spritze in einen kleinen Ruumlhrer uumlber um durch die Drehung
der Spritze die Durchmischung der Loumlsung in der Messzelle zu gewaumlhrleisten Das Volumen
der Messzelle betraumlgt 14211 mL Die Messzelle laumlsst sich mit einer Hamilton-Spritze mit
entsprechend langer Kanuumlle befuumlllen Die Spritze fuumlr das Messgeraumlt wird mit Hilfe eines
kleinen Schlauches und einer weiteren Spritze befuumlllt
4 Experimenteller Teil 161
Abb 41 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
442 Reinigung des Messgeraumltes Die Messzelle muss regelmaumlszligig zuerst mit 200 mL TritonregX100-Loumlsung (1100 verduumlnnt)
und anschlieszligend mit 1 L Wasser gespuumllt werden Bei staumlrkeren Verschmutzungen (wie z B
bei ausgefallenen Substanzen) kann optional eine Reinigung mit 500 mL 2 iger SDS-
Loumlsung und anschlieszligend 15 L Wasser durchgefuumlhrt werden Die Spritze fuumlr die Messungen
muss immer gruumlndlich mit Wasser gespuumllt werden Fuumlr die Hamilton-Spritzen empfiehlt es
sich noch zusaumltzlich mit Ethanol zu spuumllen und anschlieszligend zu trocknen
443 Kalibrierung des Messgeraumltes Das Kalorimeter muss halbjaumlhrlich kalibriert werden wobei die Kalibrierung mittels einer
Reihe elektrischer Standardpulse erfolgt Die beiden Zellen muumlssen dazu mit Wasser gefuumlllt
sein Zur Anpassung der Kalibrierungskonstanten dient ein Mittelwert der aus den
Verhaumlltnissen von gemessener Waumlrmemenge zu theoretisch zu erwartender Waumlrmemenge
uumlber alle Waumlrmeimpulse gebildet wird Die neue Kalibrierungskonstante constneu wird dabei
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
4 Experimenteller Teil 162
durch Multiplikation der alten Konstante constalt mit dem durchschnittlichen Verhaumlltnis von
erwarteter zu gemessener Waumlrmemenge erhalten
PulsederAnzahlWW
constconst gemessen
erwartet
altneu
sumsdot= (Gleichung 41)
Diese Anpassung der Kalibrierungskonstante ist allerdings nur notwendig falls die
gemessenen Waumlrmemengen um mehr als 1 von den erwarteten Waumlrmemengen abweichen
Eine Abweichung wurde bisher noch nicht gefunden
444 Durchfuumlhrung der Messungen
Alle Messungen wurden bei 298 K durchgefuumlhrt Dazu wurde das Thermostat des
Kalorimeters auf 25degC eingestellt Um zu verhindern dass die gemessenen Reaktionswaumlrmen
nicht von Mischungseffekten von verschiedenen Loumlsungsmittel oder von
Verduumlnnungseffekten des Puffers uumlberlagert werden ist es sehr wichtig sowohl den Gast als
auch den Wirt in den gleichen Loumlsungsmittel (gegebenenfalls mit gleichen
Pufferkonzentrationen) zu loumlsen
Bevor die Loumlsungen in die Messzelle bzw in die Spritze gefuumlllt werden koumlnnen muumlssen sie
unter vermindertem Druck und Ruumlhren entgast werden Mit einer Hamiltonspritze wird die
Protein-Loumlsung langsam und ohne Luftblasen in die Messzelle gefuumlllt die vorher mit dem
gleichen Loumlsungsmittel vorgespuumllt wurde Beim Befuumlllen der Spezialspritze mit der
Ligandloumlsung ist ebenfalls darauf zu achten keine Luftblasen in die Spritze zu bekommen Da
sich durch Luftblasenbildung stoumlrende Effekt ergeben koumlnnen empfiehlt es sich bei der
ersten Einspritzung nur eine geringe Menge (5 microL) zu verwenden und erst danach mit der
eigentlichen Messung zu beginnen
Nach dem das Geraumlt die Loumlsungen in der Zelle vollstaumlndig thermostatisiert und die
Heizleistung equilibriert hat kann die eigentliche Messung beginnen Es wurden bis zu 30
Einspritzungen eines Aliquots von je 10 microL durchgefuumlhrt Die Wartezeit zwischen zwei
Einspritzungen haumlngt hauptsaumlchlich davon ab wie lange das System braucht um nach einer
Einspritzung die Basislinie wieder zu stabilisieren dh die Temperaturdifferenz zwischen
Mess- und Referenzzelle auszugleichen Im vorgliegenden Fall liegt dieser Zeitraum bei einer
Ruumlhrgeschwindigkeit von 240 Umdrehungen pro Minute bei etwa 300 bis 360 s Das
verwendete Volumen pro Einspritzung haumlngt von einigen unterschiedlichen Faktoren ab wie
zB Gast- und Wirtkonzentration erwarteter Waumlrmetoumlnung und Bindungskonstante K Bei
4 Experimenteller Teil 163
einer 11 Bindung muumlssen die Konzentrationen so gewaumlhlt werden dass die
Gesamtkonzentration des Gastes in der Messzelle am Ende der Messung mindestens zweimal
so groszlig ist wie die Gesamtkonzentration an Wirt Das bedeutet dass die letzten Signale die
betraumlchtlich hinter dem Aumlquivalenzpunkt liegen nur noch aufgrund von Verduumlnnungseffekten
des Liganden oder unspezifischen Bindungsvorgaumlngen zustande kommen sollten da zu
diesem Zeitpunkt bereits eine nahezu vollstaumlndige Saumlttigung vorliegen sollte Diese
Verduumlnnungswaumlrme muss daher von der eigentlichen Bindungsisothermen subtrahiert werden
Deswegen sollten fuumlr jedes Experiment drei Messungen durchgefuumlhrt werden Einmal nur mit
Gast der in das Loumlsungsmittel titriert wird einmal mit Loumlsungsmittel und Wirtloumlsung und
einmal die eigentliche Titration von der Gast-Loumlsung in die Wirt-Loumlsung Die gemessenen
Waumlrmen der ersten beiden Titrationen werden zur Bestimmung der eigentliche
Komplexierungswaumlrme von der dritte Titration abgezogen
Die Anpassung der Bindungsisothermen an die Messpunkte erfolgte nach der Methode der
kleinsten Fehlerquadrate (least squares fit) Dabei wurde jede Messung mehrmals
durchgefuumlhrt bis mindestens zwei exakt gleiche Kurven erhalten wurden Fuumlr die endguumlltige
Bestimmung der thermodynamischen Parameter des Gast-Wirt-Komplexes wurde der
Durchschnitt dieser Messungen verwendet Die Abweichung zwischen den Messungen betrug
maximal 10
4 Experimenteller Teil 164
445 Messergebnisse
Titration von Wirt 24 (5010-4 M) mit Thiaminhydrochlorid 75 (7510-3 M) in Wasser Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2312 plusmn 024 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 0774 plusmn 0006 -093 2 -2407 plusmn 016 160 middot 104 plusmn 35 middot 102 0740 plusmn 0004 010
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1 2
4 Experimenteller Teil 165
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1
Titration von Wirt 11 (5010-4 M) mit Acetyl-(S)-lysinmethylesterhydrochlorid 83
(7510-3M) in Wasser
Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2748 plusmn 034 150 middot 104 plusmn 55 middot 102 0651 plusmn 0006 -373 2 -2641 plusmn 016 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 0735 plusmn 0003 -235
2
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
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174
Erklaumlrung
Ich versichere dass ich meine Dissertation
Wasserloumlsliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von
biorelevanten Molekuumllen
selbstaumlndig ohne unerlaubte Hilfe angefertigt und mich dabei keiner anderen als der von mir
ausdruumlcklich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient habe
Die Dissertation wurde in der jetzigen oder einer aumlhnlichen Form noch bei keiner anderen
Hochschule eingereicht und hat noch keinen sonstigen Pruumlfungszwecken gedient
Marburg den 10 Juni 2005
(Michael Fokkens)
175
LEBENSLAUF MICHAEL MILAN FOKKENS
10 Juni 1976 Geboren in Amsterdam (NL)
Juli 1988 Abschluss der Grundschule De Emmausschool Arnhem (NL)
Juni 1995 Erreichen des Diploma voorbereidend wetenschappelijk onderwijs (VWO)
am Thomas a Kempis College Arnhem (NL)
Oktober 1998 Erreichen des Vordiploms in Chemie an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH)
Maumlrz ndash April 2000 Bayer AG Leverkusen Angestellt in der Zentralen Forschung
Januar 2001 Diplompruumlfung des Chemiestudiums an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH) in den Faumlcher Anorganische Chemie Physikalische Chemie
Organische Chemie und Biochemie
September 2001 Abgabe der Diplomarbeit in der Organischen Chemie zum Thema
bdquoNeuartige Inhibitoren der Rezeptor-Tyrosin-Kinasenldquo in dem
Arbeitskreis von Prof Athanassios Giannis an der Universitaumlt
Karlsruhe (TH)
Juli 2005 Ende der Promotion mit dem Thema bdquoWasserloumlsliche molekulare
Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekuumllenldquo
in dem Arbeitskreis von Prof Thomas Schrader an der Philipps-
Universitaumlt Marburg
Bei meinen Eltern moumlchte ich mich fuumlr ihre Unterstuumltzung bedanken Meinen Freunden danke
ich fuumlr die Abwechslung und die lustigen Treffen Insbesondere Edgar amp Silvia Specker
Tanja Sgraja und Daniel Hahn moumlchte ich fuumlr die langen cocktailgetraumlnkten Spieleabende
danken
Schlieszliglich moumlchte ich mich ganz besonders bei meiner Frau Jasmine fuumlr ihre Hilfe ihre
Unterstuumltzung und ihre Geduld mit mir bedanken und dafuumlr dass sie mir immer wieder Mut
gemacht hat Ich moumlchte ihr auch fuumlr die schoumlne Zeit in Marburg danken Ihre Unterstuumltzung
war ein groszliger Beitrag zum Gelingen dieser Arbeit
Inhaltsverzeichnis VI
Teile dieser Arbeit sind publiziert eingereicht oder auf Kongressen praumlsentiert worden
[1] NAD+-Erkennung in Wasser Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader
Jolanta Polkowska Jens Panitzky Frank-Gerrit Klaumlrner Poster praumlsentiert auf dem
Symposium bdquoMolekulare Erkennungldquo des Sonderforschungsbereichs SFB 452 Essen
Maumlrz 2002
[2] Neue Wirkstoffe zu Therapie Diagnostik und Prophylaxe der Makuladegeneration
Patentanmeldung vom 24112004 Erfinder Thomas Schrader Michael Fokkens
Reza Zadmard Christian Jasper Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta Polkowska Frank
Bastkowski DE 10 2004 056 8227
[3] Selective Complexation of N-Alkylpyridinium Salts Binding of NAD+ in Water
Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader Felix Koziol Christian
Ochsenfeld Jolanta Polkowska Matthias Lobert Bjoumlrn Kahlert Frank-Gerrit Klaumlrner
Chem Eur J 2005 11 477-494
[4] A Molecular Tweezer for Lysine and Arginine Michael Fokkens Thomas Schrader
Frank-Gerrit Klaumlrner eingereicht bei J Am Chem Soc 2005
[5] Inclusion of Thiamine Diphosphate and S-Adenosylmethionine at their Chemically
Active Sites Thomas Schrader Michael Fokkens Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta
Polkowska Frank Bastkowski eingereicht bei J Org Chem 2005
Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
Seite
Inhaltsverzeichnis I
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Nomenklatur der Aminosaumluren V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
11 Die Natur als Vorbild 1
12 Molekulare Klammern und Pinzetten 2
13 Vorarbeiten 7
14 Aufgabenstellung 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
21 Synthesen 14
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 24
221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
24
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+ 27
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen 38
224 Bindungsexperimente mit Thiamin 48
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer) 55
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 56
231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
56
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen 56
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen 57
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren 60
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
65
236 Einfluss von von dipolaren aprotischen Kosolventien 68
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette) 69
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 70
241 Einleitung 70
242 Theoretische Grundlagen 71
Inhaltsverzeichnis II
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24 77
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 78
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
4 Experimenteller Teil 85
41 Material und Methoden 85
42 Synthesen 88
421 Synthese des Spacers 14 88
422 Synthese der Modellverbindung 92
423 Synthese der Hydroxyklammer 21 97
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10 99
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24 101
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29 103
427 Synthese der Hydoxypinzette 38 108
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11 111
43 NMR-Titrationen 113
431 Durchfuumlhrung 113
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer 115
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette 136
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln 159
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 160
441 Das Messgeraumlt 160
442 Reinigung des Messgeraumltes 161
443 Kalibrierung des Messgeraumltes 161
444 Durchfuumlhrung der Messungen 162
445 Messergebnisse 164
5 Literatur 166
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Abkuumlrzungsverzeichnis
Aring Aringngstroumlm (1 Aring = 10-10 m)
abs absolut
Ac Acetyl
AMD altersbedingten Makuladegeneration
AMP Adenosinmonophosphat
ATP Adenosintriphosphat
AZT 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin
A2E N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
ber berechnet
Bu Butyl
CHN Elementaranalyse
CMP Cytidinmonophosphat
COX Cytochrom c Oxidase
d Tag(e)
DDQ 23-Dichlor-56-dicyanobenzochinon
DMAP 4-Dimethylaminophenol-Hydrochlorid
DMF NN-Dimethylformamid
DMSO Dimethylsulfoxid
ESI Elektronenspray Ionisierung
Et Ethyl
FAD Flavin-Adenin-Dinukleotid
gef gefunden
G Gast
GMP Guanosinmonophosphat
h Stunde(n)
HOMO highest occupied molecular orbital
HPLC high perfomance liquid chromatography
HR High Resolution
ITC Isothermale Titrationskalorimetrie
k Kilo- (103)
konz konzentriert
L Liter
LAH Lithiumaluminiumhydrid
Abkuumlrzungsverzeichnis IV
LUMO lowest unoccupied molecular orbital
micro Mikro- (10-6)
m Milli (10-3)
M Molaritaumlt (mol L-1)
Me Methyl
min Minute(n)
MS Massenspektrometrie
NAD+ Nikotinamidadenindinukleotid
NADH Nikotinamidadenindinukleotid
NADP Nikotinamidadenindinukleotidphosphat
NMN Nikotinamidmononukleotid
NMR Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonanz)
NOE Nuclear Overhauser Enhancement
p para
Ph Phenyl
ppm parts per million
RT Raumtemperatur
S Stearinsaumlure
Smp Schmelzpunkt
THF Tetrahydrofuran
TMP Thymidinmonophosphat
TPP Thiaminpyrophosphat
UMP Uridinmonophosphat
UV ultraviolett
verd verduumlnnt
VIS sichtbarer Wellenlaumlngenbereich des Lichts
W Wirt
Abkuumlrzungsverzeichnis V
Nomenklatur der Aminosaumluren
Aminosaumlure Dreibuchstabencode Einbuchstabencode
Alanin Ala A
Arginin Arg R
Asparagin Asn N
Asparaginsaumlure (Aspartat) Asp D
Cystein Cys C
Glutamin Gln Q
Glutaminsaumlure (Glutamat) Glu E
Glycin Gly G
Histidin His H
Isoleucin Ile I
Leucin Leu L
Lysin Lys K
Methionin Met M
Phenylalanin Phe F
Prolin Pro P
Serin Ser S
Threonin Thr T
Tryptophan Trp W
Tyrosin Tyr Y
Valin Val V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
1 Einleitung und Aufgabenstellung
11 Die Natur als Vorbild
In der Natur werden viele molekularbiologische Vorgaumlnge durch intermolekulare
nichtkovalente Wechselwirkungen vermittelt So beruhen unter anderem die
Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat oder Wirkstoff auf nichtkovalenten
Wechselwirkungen Auch Interaktionen zwischen Proteinen[1] bei Transmembrantransporten
oder bei der Protein- und DNA-Faltung beruhen auf nichtkovalenten Wechselwirkungen[2-4]
Trotz immer umfangreicheren Kenntnissen der biochemischen Systeme bleiben weiterhin
viele Fragen in Hinblick auf die beteiligten intermolekularen Wechselwirkungen offen
Zusaumltzlich werden durch die immer weiter voranschreitenden Genomics- und Proteomics-
Untersuchungen immer mehr Informationen gewonnen aber auch neue Fragen aufgeworfen
Die Kenntnis welche Gene in einem Organismus vorhanden sind und exprimiert werden
koumlnnen (Genomics) reicht nicht um alle biologischen Vorgaumlnge erklaumlren zu koumlnnen Auch die
Kenntnisse daruumlber welche Proteine in einem Organismus vorhanden sind (Proteomics)
helfen nicht weiter Entscheidend ist wie die Proteine miteinander mit kleinen Biomolekuumllen
und mit anderen supramolekularen Verbindungen wechselwirken Molekulare Interaktionen
und chemische Umwandlungen bilden die Grundlage der Biologie[5]
Die supramolekulare Chemie versucht mit einem synthetischen Molekuumll ein anderes Molekuumll
von Interesse uumlber nichtkovalente Wechselwirkungen zu binden und so durch Kombination
von biochemischen und organischen Methoden mehr uumlber die Wechselwirkungen die bei der
Bildung von Komplexen relevant sind zu erfahren[6] Die organische Chemie bietet dabei die
Moumlglichkeit Modellverbindungen mit zu dem Substrat komplementaumlren
Wechselwirkungszentren zu konzipieren und zu synthetisieren[7 8]
Aus der Untersuchung der Wechselwirkungseigenschaften von synthetischen Rezeptoren
ergibt sich neben der verbesserten Syntheseplanung fuumlr neue supramolekulare Komplexe
auch die Moumlglichkeit Wechselwirkungen in biologischen Systemen genauer zu studieren
Diese Erkenntnisse koumlnnen wiederum fuumlr das rationale Wirkstoffdesign benutzt werden[7 9 10]
Zusaumltzlich bieten solche Ergebnisse eine Grundlage fuumlr die Entwicklung von neuen
analytischen und diagnostischen Methoden[7 11]
Mit der Formulierung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips legte Emil Fischer schon fruumlh den
Grundstein der supramolekularen Chemie[12] Das Prinzip erklaumlrt warum Proteine selektiv
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 2
Substrate erkennen koumlnnen Sie nehmen ausschlieszliglich Substrate auf die in ihrer Form und
Anordnung komplementaumlr zur Bindungsstelle im Enzym sind (Abb 11)
Abbildung 11 Schematische Darstellung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips
In den 30rsquoer Jahren des letzten Jahrhunderts war zum ersten Mal die Rede von einem
Uumlbermolekuumll im Zusammenhang mit koordinativ gesaumlttigten Komplexen[13] Werden
Bindungsstellen fuumlr nichtkovalente Wechselwirkungen gezielt in ein Molekuumll eingebaut um
damit ein anderes Molekuumll binden zu koumlnnen und so ein Supermolekuumll zu kreieren so spricht
man von der Supramolekularen Chemie[14] Das Supermolekuumll auch Komplex genannt
besteht aus dem Wirtmolekuumll (meistens der groumlszligere der beiden Komplexpartner oder auch
jenes Molekuumll dessen Bindungsstellen bei der Bindung konvergieren) und dem Gastmolekuumll
(das Substrat oder auch jenes Molekuumll das vom Wirt aufgenommen wird)[15 16]
Um eine moumlglichst effektive Komplexbildung zwischen Wirt und Gast zu erreichen sollte der
Wirt sowohl in Bezug auf die sterischen Eigenschaften als auch in Bezug auf die
Bindungsstellen komplementaumlr auf den Gast abgestimmt dh praumlorganisiert werden[17] Eine
geschickte Praumlorganisation soll verhindern dass bei der Bindung des Gastes eine unguumlnstige
Reorganisation des Wirtes stattfinden muss und damit eine entropisch unguumlnstige Situation
entsteht[8]
12 Molekulare Klammern und Pinzetten
In den letzten Jahren hat es viele Ansaumltze gegeben Wirtmolekuumlle zu schaffen die eine
optimale Praumlorganisation der Bindungsstellen sowie eine guumlnstige sterische Konfiguration zur
Aufnahme von Gaumlsten besitzen[18-21] Whitlock et al stellten als erste einen Wirttyp vor der
als molekulare Pinzette bezeichnet wurde[22] Whitlock definierte eine Pinzette als ein
Molekuumll das zwei Bindungsstellen anbietet die von einem Spacer in einem definierten
1 Einleitung und Aufgabenstellung 3
Abstand gehalten und fixiert werden und so einen Gast sandwich-artig umschlieszligen koumlnnen
(Abb 12) Bei den Bindungsstellen handelt es sich in der Regel um Aromaten Spaumlter wurde
die Definition um eine Eigenschaft erweitert es sollte sich bei den angebotenen
Bindungsstellen um Chromophore handeln[23]
GastSpacer
Abbildung 12 Schematische Darstellung der Wirkungsweise einer molekularen Pinzette
Whitlock verwirklichte dieses Prinzip indem er zwei Koffein-Molekuumlle uumlber einen Spacer
miteinander verknuumlpfte Durch Variation des Spacers konnte die optimale Laumlnge ermittelt
werden (Abb 13) Der Einfluss der Praumlorganisation wird deutlich wenn die
Bindungskonstante der Pinzette 2 fuumlr die Bindung zB von 13-Dihydroxynaphthalin-2-
carbonsaumlure mit der Bindung an das entsprechende Monomer 1 verglichen wird Dabei lag die
Bindungskonstante des Monomers 1 im guumlnstigsten Fall (Ka = 47400 M-1 in einem
Zweiphasensystem aus Wasser und Ethylendichlorid) um zwei Groumlszligenordnungen unter der
der Pinzette
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 4
N
N
N
O
O N
NN
O
O
N
N
N
O
O1
2
Abbildung 13 Die von Whitlock vorgestellte Pinzette 2 und das entsprechende Monomer 1
Eine der allgemeinen Forderungen an Pinzetten hatte Whitlock jedoch nicht mit seiner
Pinzette erfuumlllt die Bindungsstellen sind nicht fixiert Die Koffein-Einheiten befinden sich
nicht immer in der syn-Anordnung sondern koumlnnen unabhaumlngig von einander rotieren
Whitlocks Pinzette wurde zum Ursprung fuumlr viele weitere Pinzetten[24-31] Die Faumlhigkeit den
Gast uumlber π-π-Wechselwirkungen und den hydrophoben Effekt zu binden wird bei vielen
Rezeptoren noch um die Moumlglichkeit erweitert Wasserstoffbruumlcken zum Gastmolekuumll
auszubilden Als Beispiel sei hier die Rezeptorfamilie die von Rebek et al auf Basis der
Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelt wurde genannt (Abb 14)[32]
O
OHO
O
O
O OH
O
3
Abbildung 14 Ein Beispiel aus der von Rebek et al auf Basis der Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelten Pinzetten-Familie mit zusaumltzlichen Bindungsstellen fuumlr Wasserstoff-Bruumlcken Abgebildet ist ein Rezeptor fuumlr Adenin
Das Problem der freien Rotation der beiden Seitenwaumlnde wurde bei den Systemen von
Zimmerman et al durch eine entsprechende Praumlorganisation verhindert Die Seitenwaumlnde die
durch einen Dibenz[ch]acridin-Spacer fixiert werden sind in ihrer Rotation stark eingegrenzt
Aufgrund ihrer Anordnung kann der Abstand zwischen den beiden Seitenwaumlnden zwischen
627 Aring und 724 Aring variieren und somit kann sich der Rezeptor optimal dem Gast anpassen[23]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 5
Spaumltere Rezeptoren verfuumlgten auszligerdem uumlber die Moumlglichkeit gezielt Wasserstoffbruumlcken
zum Gast ausbilden zu koumlnnen[23]
Abbildung 15 Schematische Darstellung der Pinzetten die von Zimmerman et al konzipiert wurden (links) Rechts ein Beispiel fuumlr diese Anordnung
Ein anderer Ansatz wurde von Nolte et al verfolgt Die Gruppe um Nolte synthetisierte eine
Familie von Pinzetten und molekularen bdquoKoumlrbenldquo auf Basis von Glykoluril (Abb 16) Dieses
Molekuumll besitzt eine konkave Geometrie und ist damit eine gute Grundlage fuumlr groumlszligere
Molekuumlle die einen Hohlraum aufweisen Diese Pinzetten dienen als Rezeptoren fuumlr
13-Dihydroxybenzol Die Bindung erfolgt dabei uumlber eine Kombination aus π-π-Stacking
Wasserstoffbruumlckenbindungen und dem sogenannten Kavitaumltseffekt[33-36] Der Kavitaumltseffekt
aumluszligert sich darin dass es entropisch guumlnstig ist die Kavitaumlt des Rezeptors mit einem Gast
auszufuumlllen und somit Loumlsungsmittelmolekuumlle zu verdraumlngen Durch Variation des Aufbaus
des Rezeptors konnte genau untersucht werden wie hoch die Beitraumlge der
π-π-Wechselwirkungen der Wasserstoffbruumlcken und des Kavitaumltseffekts sind[37]
Obwohl die Rezeptoren urspruumlnglich als biomimetische Katalysatoren gedacht waren stellte
sich bald heraus dass die Rezeptoren in waumlssriger Loumlsung definierte Nanopartikel bilden[35
36]
N
N
O OH
4
724 Aring 627 Aring
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 6
H
NHHN
H
HN NH
OO
N
N
N
NR R
OMe
OMe
OMe
OMe
O
O
N+Br-
R =
5
6
Abbildung 16 Beispiel einer Pinzette (unten) auf Glycoluril-Basis (oben)[35]
Ein aumlhnliches Prinzip wird in den von Harmata et al beschriebenen chiralen Pinzetten
benutzt Als Grundlage dient Kaganrsquos Ether 7 (Abb 17)[38] Da die erste Pinzette dieser
Familie keinen Einschluss von Gaumlsten sondern lediglich eine Selbstassoziation zeigte folgten
bald Derivate mit groumlszligeren Kavitaumlten Diese binden Gaumlste uumlber π-π-Wechselwirkungen[39 40]
Abbildung 17 Kagans Ether 7 (links) und eine chirale Pinzette auf Basis von Kagans Ether (mitte) sowie eine Abbildung der Kristallstruktur des Komplexes mit Maleinsaumlureanhydrid zur Verdeutlichung der raumlumlichen Anordnung[40]
Ebenfalls auf einem cyclischen Ether basieren die Pinzetten von Fukazawa et al (Abb 18)
Obwohl diese Pinzetten nicht in ihrer bdquoU-Formldquo fixiert sind sind sie doch in der Lage
elektronenarme aromatische Gaumlste zu binden Aufgrund ihrer Flexibilitaumlt bilden die Pinzetten
anstatt 11 meist Komplexe 21- oder 12-Komplexe mit dem Gast[41]
O O
8
O
7
1 Einleitung und Aufgabenstellung 7
O
OO
O9
Abbildung 18 Beispiel einer flexiblen Pinzette nach Fukazawa et al (links) und ein Beispiel fuumlr die Struktur eines 21-Komplexes (rechts)[41]
In polar aprotischen Loumlsungsmitteln sind die Beitraumlge der π-π-Wechselwirkungen und
π-Kation-Wechselwirkungen relativ gering[10 42] In protischen Loumlsungsmitteln jedoch sind
die π-Wechselwirkungen viel effektiver vor allem weil sie hier haumlufig mit dem hydrophoben
Effekt gepaart sind wodurch die Bindung von Gaumlsten meist noch effektiver wird Gleichzeitig
birgt dies den Vorteil mehr uumlber biologische Vorgaumlnge lernen zu koumlnnen und eine bessere
Vergleichbarkeit von kuumlnstlichen Systemen mit biologischen Systemen erreichen zu koumlnnen
Aus diesem Grund sind wasserloumlsliche Rezeptoren zusaumltzlich von besonderem Interesse
Daher liegen die Bemuumlhungen vieler Supramolekular arbeitender Gruppen in letzter Zeit auf
der Entwicklung von wasserloumlslichen Rezeptoren[43 44]
13 Vorarbeiten
Vor etwa 10 Jahren stellten Klaumlrner et al eine neue Klasse von Pinzetten vor (Abb 19)[45]
Im Vergleich mit analogen Makrozyklen die bereits zwei Jahre vorher beschrieben wurden
(Abb 19)[46 47] erlauben die Pinzetten ein ausfuumlhrlicheres Gast-Portfolio weil sie nach unten
offen sind Zusaumltzlich koumlnnen sie sich aufgrund einer erstaunlichen Flexibilitaumlt ihrer
Seitenwaumlnde besser an die Geometrie ihrer Gaumlste anpassen[45] Spaumlter wurden auf Basis der
gleichen Spacer-Einheit noch molekulare Klammern entwickelt[48 49] Entgegen der sonst
uumlblichen Bezeichnungsweise bevorzugt Klaumlrner die Bezeichnung Pinzette fuumlr ein Molekuumll
das die Faumlhigkeit besitzt (wie eine Pinzette) um den Gast herum zu greifen Dieser Effekt wird
durch die relativ geringe Energie die zur Veraumlnderung der Winkel zwischen Seitenwand und
Spacer benoumltigt wird verstaumlrkt[50] Molekuumlle mit geraden Seitenwaumlnden werden hingegen als
Klammer bezeichnet Diese Nomenklatur wird im Folgenden beibehalten Die Klammer
besitzt im Gegensatz zu den meisten Makrozyklen eine ausgepraumlgte Selektivitaumlt bezuumlglich der
Substrattopologie da sie zwischen planaren (zyklischen) Gaumlsten und kugelfoumlrmigen Gaumlsten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 8
unterscheiden kann Letztere werden in der schlanken Klammer aus sterischen Gruumlnden nicht
eingeschlossen
Weil viele Pinzetten und Klammern aus ein und demselben Spacer aufgebaut werden kann
man ihre Synthese auch als molekulares bdquoLegoldquo bezeichnen[50] Durch Variation des Spacers
oder der Seitenwaumlnde kann dadurch die Geometrie des Rezeptors optimal auf den Gast
angepasst werden Damit bieten die Pinzetten und Klammern vielfaumlltige und einzigartige
Moumlglichkeiten Vor kurzem wurden von Chen Iptycenchinone vorgestellt die eine aumlhnliche
Geometrie besitzen aber aufgrund ihrer Synthese eine andere Modularitaumlt aufweisen[51]
Pinzette Klammer
OP
O
H3CO
P OCH3
OLi+Li+
OP
OH3CO P
OCH3
O
Abbildung 19 Von Klaumlrner entwickelte Pinzetten und Klammern
Die Pinzetten der Klaumlrner-Gruppe (mit Benzol- oder Naphthalin-Spacer Abb 110) stellten
sich in apolaren Loumlsungsmitteln schon bald als gute Rezeptoren fuumlr Kationen und
elektronenarme Aromaten heraus wie zB fuumlr Terephthalsaumlure-dinitril oder
p-Benzochinon[45 52 53] Das Gastprofil wurde inzwischen um eine Vielzahl von
elektronenarmen Aromaten erweitert Die Bindung erfolgt dabei uumlber dispersive
Wechselwirkungen wie zB π-π- CH-π- und Kation-π-Wechselwirkungen[50 54] Kuumlrzlich
konnte gezeigt werden dass bei der Bindung von 1245-Tetracyanobenzol eine
komplexinduzierte Lumineszenz auftritt Dabei handelt es sich hauptsaumlchlich um eine
Charge-Transfer-Wechselwirkung[55]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 9
O
H3CO
CH3
O
Abbildung 110 Pinzette mit Benzol-Spacer (links) und Naphthalin-Spacer (rechts im Komplex mit Tetracyanobenzol)[50]
Durch Variation der Seitenketten Rrsquo wurde der Einfluss der Substituenten auf die Bindung
von Gaumlsten in Chloroform untersucht Dabei wurde festgestellt dass Reste wie -OH -OAc
und -OCONHPh den Gasteinschluss beguumlnstigen waumlhrend -OMe-Reste die Bindung negativ
beeinflussen Die Erklaumlrung folgt aus einer genauen Betrachtung der elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentiale[56 57] und der Roumlntgenstrukturen von solchen Wirt-Gast-Komplexen[57
58] Sie beruht interessanterweise weniger auf einer Aumlnderung des elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentials sondern vielmehr auf den unterschiedlichen Groumlszligen und
Konformationen der Substituenten Die -OMe-Reste bevorzugen eine syn-Anordnung zu dem
Grundgeruumlst der Pinzette und blockieren damit die Kavitaumlt Im Falle der Pinzette mit Benzol-
Spacer wird der laumlngere -OCH2COOCH2CH3-Rest sogar in die Kavitaumlt hinein gezogen und
gibt damit einen Hinweis auf einen zusaumltzlichen Einschluss von Gaumlsten mit Alkylketten[57]
Die Pinzette mit Naphthalin-Spacer eignet sich aufgrund ihres breiten Gastprofils sehr gut fuumlr
vertiefende Untersuchungen des Bindungsmodus So konnte im Festkoumlrper-NMR-Spektrum
gezeigt werden dass die Aumlnderung der chemischen Verschiebung der Gast-Protonen (bis zu
3 ppm) noch groumlszliger ist als in Loumlsung Auszligerdem ist im Festkoumlrper-NMR-Spektrum eine
Aufspaltung von in Loumlsung chemisch-aumlquivalenten Protonen sichtbar was den nach
Betrachtung der Experimenten in Loumlsung vorgeschlagenen Bindungsmodus unterstuumltzt[59 60]
Zusaumltzlich wurde gezeigt dass es moumlglich ist einen Wert fuumlr die chemische Verschiebung der
Komplexpartner mit quantenchemischen Methoden vorherzusagen[59-61] Auszligerdem wurde der
Einfluss von Druck und Temperatur auf die Komplexbildung untersucht Dabei wurde
festgestellt dass bei der Komplexbildung teilweise eine groszlige Zunahme der Entropie
stattfindet Dies ist vermutlich auf das Freisetzen von Loumlsungsmittelmolekuumllen bei der
Komplexbildung zuruumlckzufuumlhren[62] Durch kovalente Immobilisierung der Pinzette an einer
stationaumlren HPLC-Phase konnte eine fuumlr elektronenarme Aromaten selektive stationaumlre
HPLC-Phase geschaffen werden Die Retentionszeiten der Gaumlste auf der stationaumlren Phase
korrelieren mit den in Bindungsexperimenten bestimmten Bindungskonstanten[63]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 10
Bis vor kurzem waren jedoch alle Pinzetten und Klammern nur in organischen
Loumlsungsmitteln loumlslich Durch die Einfuumlhrung von Bisphosphonat-Substituenten an die
Klammer mit Benzol-Spacer (Abb 111) wurde es zum ersten Mal moumlglich mit diesem
wertvollen System Studien in Wasser durchzufuumlhren[64 65] Die Klammer kombiniert die
Bindungseigenschaften der Kavitaumlt mit denen der Bisphosphonate Die Erkennung von
Ammonium-[66-68] und Guanidinium-Kationen[69 70] durch p-Xylylenbisphosphonate wurde
bereits von Schrader et al gezeigt Mit dieser wasserloumlslichen Klammer wurde es nun
moumlglich N-Alkylpyridinium-Salze unter anderem auch NAD+ in Wasser zu binden Da in
Wasser die π-π- und π-Kation-Wechselwirkung mit dem hydrophoben Effekt gepaart
werden[71] sind sie viel ausgepraumlgter als in aprotischen Loumlsungsmitteln und es werden houmlhere
Bindungskonstanten erreicht So konnte zum Beispiel fuumlr die Bindung des Kosower Salzes an
der Acetat-Klammer in Chlorform eine Bindungskonstante von 137 M-1 beobachtet
werden[57] Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung desselben Gastes an der Bisphosphonat-
Klammer 10 in Wasser ist uumlber 30 mal houmlher (Ka = 4500 M-1)[64]
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
10
Abbildung 111 Die Bisphosphonat-Klammer 10
14 Aufgabenstellung
Die vorliegende Dissertation beschaumlftigt sich mit der Synthese von kleinen wasserloumlsslichen
molekularen Klammern und Pinzetten deren Eigenschaften und moumlglichen Anwendungen
Im ersten Teil der Arbeit soll die von Christian Jasper aus der Arbeitsgruppe Schrader
erstmals synthetisierte Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb 111) weiter erforscht werden In
ersten von Christian Jasper durchgefuumlhrten Bindungsexperimenten konnten bereits
elektronenarme Aromaten als geeignete Gaumlste identifiziert werden[64 65]
Mit ihrem stark negativen elektronischen Oberflaumlchenpotential in der konkaven Kavitaumlt ist
die Klammer somit optimal fuumlr die Bindung von Gaumlsten mit positivem elektronischem
Oberflaumlchenpotential geeignet (Abb 112)
1 Einleitung und Aufgabenstellung 11
Abbildung 112 Links berechnete Struktur der molekularen Klammer 10 (Monte Carlo Simulation MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Die Elemente sind mit folgenden standardisierten Farben gekennzeichnet Kohlenstoff (blau) Wasserstoff (weiszlig) Sauerstoff (rot) Phosphor (orange) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1[72]
Zusaumltzlich zur Kavitaumlt besitzt die Bisphosphonat-Klammer die Moumlglichkeit ionische
Wasserstoffbruumlcken zum Gast ausbilden zu koumlnnen Die Phosphonate sind aufgrund ihres
pKs-Wertes von 18 in neutraler waumlssriger Loumlsung vollstaumlndig deprotoniert[66] Sie koumlnnen bei
der Einlagerung des Gastes wie eine Zange zugreifen Wasserstoffbruumlcken zum Gast
ausbilden und so die Bindung zusaumltzlich unterstuumltzen (Abb 113) Auszligerdem fuumlhren die
Bisphosphonat-Einheiten zur gewuumlnschten Loumlslichkeit in polaren protischen Loumlsungsmitteln
wie Methanol und Wasser
Abbildung 113 Komplexierung eines Gastes in der Klammer durch Wechselwirkung mit der Kavitaumlt und den Phosphonaten
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Komplexierungsverhalten der Bisphosphonat-Klammer 10
mit verschiedenen physikalischen Methoden naumlher untersucht und beschrieben werden
bull Die Bindung von NAD+ soll genauer untersucht werden insbesondere die Beitraumlge
von Teilstrukturen von NAD+ wie zB von Nicotinamidmononukleotid (NMN) und
Adenosin
-
+
-P
P
G
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 12
bull Falls eine Komplexierung von Adenosin festgestellt wird sollen die anderen
Nukleoside ebenfalls untersucht werden und mit Nukleotiden verglichen werden
bull Das Bindungsverhalten von anderen kationischen biologisch relevanten
Verbindungen insbesondere Aminosaumluren soll uumlberpruumlft werden
bull Das Gastprofil soll um weitere elektronenarme biologisch relevante Aromaten
erweitert werden und auf eventuelle Anwendungen uumlberpruumlft werden
Im zweiten Teil der Arbeit soll die von Markus Kamieth aus der Arbeitsgruppe Klaumlrner
erstmals synthetisierte molekulare Pinzette mit Benzolspacer (Abb 110)[45 73] als
Bisphosphonat-Pinzette 11 synthetisiert werden (Abb 114)
Abbildung 114 Die Bisphosphonat-Pinzette 11
Anschlieszligend sollen die Komplexierungseigenschaften der neuen Pinzette untersucht werden
Die Pinzette besitzt genau wie die Klammer eine extrem elektronenreiche Kavitaumlt (Abb 115)
Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu geschlossen und kann dadurch nur
schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser nicht sehr anspruchsvoll sind
Experimente in organischen Loumlsungsmitteln haben gezeigt dass sekundaumlre Amine ebenfalls
von der (Acetat)-Pinzette komplexiert werden[50] und sogar die Methyl-Gruppe der Methoxy-
substituierten Pinzette in die Kavitaumlt gezogen wird[57] Dies sind Hinweise darauf dass die
Pinzette im Gegensatz zur Klammer ein neuer kuumlnstlicher Rezeptor fuumlr Ammonium-Kationen
in Wasser sein koumlnnte Die Phosphonat-Gruppen koumlnnen dabei wie bei der Klammer den Gast
wie eine Zange umklammern
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
11
1 Einleitung und Aufgabenstellung 13
Abbildung 115 Links berechnete Struktur der molekularen Pinzette 11 (Monte Carlo MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von -1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 An der Markierung betraumlgt das molekulare elektronische Potential ndash1301 kJmol[72]
Die Untersuchung der Komplexierungseigenschaften der Pinzette soll sich neben der
allgemeinen Charakterisierung des Gastprofils vor allem auf die Komplexierungsmoumlglichkeit
von biologisch relevanten Verbindungen in waumlssriger Loumlsung konzentrieren mit einer
Betonung auf Amoniumkationen wie Adrenalin und Noradrenalin oder basischen
Aminosaumluren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21 Synthesen
Sowohl die Acetat-Klammer 12 als auch die Acetat-Pinzette 13 besitzen die gleiche Spacer-
Einheit und lassen sich modular aus dem Acetat-Spacer 14 uumlber Diels-Alder-Reaktionen
aufbauen (Abb 21)[50]
O
O
O
O
1
2 DDQ
Br
Br
Br
BrO
O O
O
H3CO
CH3
O
1213
14
20 29
Abbildung 21 Schematischer Aufbau der Acetat-Klammer 12 und der Acetat-Pinzette 13 aus dem Acetat-Spacer
Anschlieszligend kann die Hydrochinon-Funktionalitaumlt entschuumltzt und dann phosphoryliert
werden Der Spacer wird parallel dazu ebenfalls entschuumltzt und phosphoryliert und soll in
Bindungsstudien als Vergleichssubstanz dienen um nachzuweisen dass eine eventuelle
Bindung in die Rezeptoren durch Einschluss in der Kavitaumlt stattfindet
Synthese des Spacers
Das Grundgeruumlst des Spacers 14 wird mit Hilfe von Diels-Alder-Reaktionen aufgebaut
Zunaumlchst wird Cyclopentadien 15 mit p-Benzochinon 16 umgesetzt (Abb 21)[47] Das
Produkt 17 wird mit Triethylamin umgesetzt und das in situ hergestellte Hydrochinon mit
p-Benzochinon 16 oxidiert Die darauf folgende Umsetzung mit Cyclopentadien 15 liefert das
syn-Addukt 19a als Hauptprodukt[47] Das syn- und das anti-Addukt koumlnnen im 1H-NMR
voneinander unterschieden und durch Umkristallisation voneinander getrennt werden[48 74]
Anschlieszligend wird das syn-Addukt 19a basisch aromatisiert und die entstehenden Hydroxy-
Funktionen als Acetate geschuumltzt[46 47]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 15
O
O
0 degC RT80
O
O
1 Et3N MeOH RT
2 OO
CHCl3 50 degC
O
O
83
Toluol-78 degC RT40 (syn)
O
O
O
O
syn-19a anti-19b
Ac2O DMAPPyridin 40 degC
96
O
O
O
O
15
16
16
1517
18
14
Abbildung 22 Synthese des Benzol-Spacers 14
Synthese der Klammer
In einer weiteren Diels-Alder-Reaktion wird der Spacer 14 mit αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol umgesetzt (Abb 22) Bei dieser Reaktion wird aus dem αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol 20 durch Eliminierung von zwei Bromatomen in situ ein Dien erzeugt das anschlieszligend
mit dem Spacer 14 reagiert Das dabei entstehende Intermediat wird durch eine weitere
Eliminierung von zwei Molekuumllen Bromwasserstoff aromatisiert[48 74] Die Acetat-Klammer
12 wird danach basisch verseift[48 74] Die entstandene Hydroxy-Klammer 21 wird
anschlieszligend mit Methylphosphonsaumluredichlorid phosphoryliert Nach saurer Hydrolyse der
intermediaumlr entstandenen Methylphosphonsaumlurechlorid-Klammer wird die
Methylphosphonsaumlure-Klammer 22 erhalten[64 65] Da die Phosphonsaumlure 22 nur in sehr
geringem Maszlige in Methanol oder Wasser loumlslich ist wird durch Deprotonierung mit
Tetrabutylammoniumhydroxid das in nahezu allen Loumlsungsmitteln gut loumlsliche
Tetrabutylammoniumsalz 10 hergestellt[64 65] Alternativ zu Tetrabutylammoniumhydroxid
wurde von der Arbeitsgruppe Klaumlrner auch Lithiumhydroxid eingesetzt da in
Bindungsexperimenten festgestellt wurde dass das Tetrabutylammonium-Ion ebenfalls in der
Kavitaumlt eingeschlossen wird und daher eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste darstellt[75]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 16
Aufgrund der sehr aufwendigen Aufreinigung der Phosphonsaumlure-Klammer 22 wurde ein
alternativer Weg zur Darstellung des Phosphonatsalzes 24 entwickelt (Abb 24) Dabei wird
nach der Phosphorylierung mit Methylphosphonsaumluredichlorid nicht waumlssrig sondern mit
wasserfreiem Methanol hydrolysiert Der dabei erhaltene Methylphosphonsaumluremethylester
23 ist leichter uumlber Kieselgel zu reinigen und kann abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten
werden Dieser Reaktionsweg hat auszligerdem den Vorteil dass das Endprodukt nicht mehr mit
sonst unvermeidlichen geringen Mengen Kieselgel verunreinigt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 17
O
O
O
O
Br
Br
Br
Br
2
NaI CaCO3 DMF100 mbar 55 degC
O
O
O
O
68
NaOHH2O EtOH RT97
OH
OH
O
O
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT66
P
P
O
HO
O
OH
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Bu4NOHH2O CH2Cl2 RTquantitativ
20
1412
21
22
10
Abbildung 23 Synthese der Tetrabutylammonium-bisphosphonat-Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 18
OH
OH
O
O
P
P
O
O
O
O
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT55
LiBr 2-Hexanon 120 degC81
21
23
24
Abbildung 24 Alternative Synthese des Bisphosphonat-Salzes 24
Parallel zur Synthese der Klammer wurde nach demselben Protokoll auch der Spacer 14
phosphoryliert (Abb 25) Der phosphorylierte Spacer soll in Bindungsexperimenten als
Vergleichssubstanz dienen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 19
O
O
O
O
LAH THF ∆
98
OH
OH
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT 50
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT 65
O
O
P
P
O
HO
OH
O
O
O
P
P
O
O
O
O
Bu4NOHH2OCH2Cl2 RTquantitativ
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
LiBr Acetonitril 85 degC73
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
14 25
26
27
27
28
Abbildung 25 Phosphorylierung des Spacers
Synthese der Pinzette
Analog zur Synthese der Klammer 12 kann auch die Pinzette 13 aus dem Spacer 14 durch
Diels-Alder-Reaktionen und einem Baustein fuumlr die Seitenwand aufgebaut werden Alternativ
zur bereits bekannten Synthese des Diens 29[76 77] wird eine von der Gruppe Klaumlrner
entwickelte Synthese benutzt welche bessere Ausbeuten liefert Die erste Stufe besteht aus
einer Diels-Alder-Reaktion von Maleinsaumlureanhydrid 30 mit Inden 31 welches aufgrund der
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 20
hohen Reaktionstemperatur in situ zum Dien umlagert (Abb 26)[73] Anschlieszligend wird das
Anhydrid 32 geoumlffnet und der entstandene Diester 33 basisch epimerisiert da die
nachfolgenden Reaktionen wegen der sterischen Naumlhe der beiden Gruppen eine erheblich
geringere Ausbeute erbringen wenn sie mit dem reinen Endo-Produkt 33 durchgefuumlhrt
werden[73] Der epimerisierte Diester 34 wird danach mit Lithiumaluminiumhydrid zum
Dialkohol 35 reduziert[73] und anschlieszligend in einer Appel-aumlhnlichen Reaktion chloriert[73 78]
Nach doppelter basischer Eliminierung wird das Dien 29 erhalten[73]
O
O
O
p-HydrochinonTetralin 200degC
O
O
O
O
O
O
O
AcCl MeOH40 degC
20 93
NaOMeMeOH ∆quantitativ
O
O
O
O
LAH THF70degCOH
OH
KOH 18-Krone-6THF 40 degC90
ClCl
PPh3Cl2PyridinCH3CN CH2Cl255 degC
74 94
3031
32 33
343536
29
Abbildung 26 Synthese der Seitenwand 29 der Pinzette
Das Grundgeruumlst der Pinzette wird in zwei Schluumlsselschritten aufgebaut Zuerst werden in
einer Diels-Alder-Reaktion die Seitenwaumlnde 29 mit dem Spacer 14 verknuumlpft Es hat sich
herausgestellt dass die Bedingungen fuumlr diese Reaktion aumluszligerst sorgfaumlltig eingestellt werden
muumlssen Die Loumlsung in der Ampulle soll bevor sie zugeschmolzen wird gruumlndlich entgast
werden und unter Vakuum abgeschmolzen werden Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Anschlieszligend werden mit 23-Dichlor-56-dicyano-
benzochinon (DDQ) die in der letzten Reaktion gebildeten Sechsringe aromatisiert[53 73]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21
2
O
O
O
O
O
O
O
O
Toluol Acetonitril Et3NAmpulle 170 degC41
DDQ Toluol 120 degC82
O
O
O
O
29
14
37
13
Abbildung 27 Darstellung des Pinzetten-Grundgeruumlstes
Die Acetoxyfunkionen werden mit Lithiumaluminiumhydrid entschuumltzt (Abb 27)[53 73] Die
darauffolgende Reaktion mit Methylphosphonsaumluredichlorid und die anschlieszligende Hydrolyse
mit SalzsaumlureWasser ergab laut DC-Kontrolle zwar das Produkt dieses konnte jedoch trotz
aufwendiger Saumlulenchromatographie nur in sehr geringer Ausbeute und wegen des polaren
Elutionsmittels immer noch stark verunreinigt isoliert werden Deswegen wurde die Reaktion
mit Methylphosphonsaumluredichlorid hier mit Methanol abgebrochen (Abb 28) Das Produkt
39 kann einfach uumlber Kieselgel saumlulenchromatographisch gereinigt werden und der als
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 22
Nebenprodukt entstandene Methylphosphonsaumluredimethylester durch Trocknen im
Hochvakuum bei etwa 50 degC entfernt werden Der Methylphosphonsaumluremethylester 39 wird
abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten Das erhaltene Bisphosphonat-Salz 11 ist gut in
polar aprotischen und protischen Loumlsungsmitteln wie DMSO Acetonitril Methanol oder
Wasser loumlslich
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 23
Abbildung 28 Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11
O
O
O
O
OH
OH
O
O
P
P
OO
O
O
O
O
P
P
OO-
O
O-
2 Li+
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT56
LAH THF ∆98
LiBr Acetonitril ∆80
13
38
39
11
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 24
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Die Komplexierungseigenschaften der Klammer wurden hauptsaumlchlich mit 1H-NMR-
Methoden untersucht Um festzustellen ob eine Komplexierung des Gastes stattfindet
wurden die chemischen Verschiebungen der Gastprotonen und der Wirtprotonen in einer
11-Mischung mit den chemischen Verschiebungen der reinen Wirt- und der reinen
Gastprotonen verglichen Eine markante Hochfeld-Verschiebung im Komplex im Vergleich
zu den chemischen Verschiebungen der reinen Verbindungen weist auf eine Veraumlnderung der
chemischen Umgebung hin und hier spezifisch auf einen Einschluss in der Kavitaumlt Dabei ist
darauf zu achten dass alle Loumlsungen die gleiche Konzentration haben um eventuelle
konzentrationsabhaumlngige Aumlnderungen auszuschlieszligen
Falls die gewuumlnschte Aumlnderung der chemischen Verschiebung beobachtet wird wird die
Loumlsung anschlieszligend schrittweise verduumlnnt Aus dieser Verduumlnnungstitration kann die
Bindungskonstante ermittelt werden[79] Dabei muss allerdings beachtet werden dass Signale
die waumlhrend der Verduumlnnungstitration beobachtet werden keinen konzentrationsabhaumlngigen
Shift aufweisen Um dies sicherzustellen wurde immer parallel zur Titration eine Probe des
Gastes bei der entsprechenden Anfang- und Endkonzentration vermessen Zeigten die
beobachteten Gast-Signale einen konzentrationsabhaumlngigen Shift dann wurde eine
konventionelle NMR-Titration durchgefuumlhrt bei der die Konzentration der beobachteten
Komponente konstant gehalten wurde waumlhrend die andere Komponente sukzessive
hinzutitriert wurde
Vor der Durchfuumlhrung der Bindungsexperimente wurde die Bisphosphonat-Klammer 10 auch
auf Veraumlnderungen ihrer chemischen Verschiebungen bei Verduumlnnung hin uumlberpruumlft Bei
einer Verduumlnnung um einen Faktor von uumlber 30 wurde festgestellt dass die aromatischen
Signale der Bisphosphonat-Klammer 10 in waumlssriger Loumlsung lediglich einen
nichtsignifikanten Shift von etwa 003 ppm zeigten Die aliphatischen Signale des
Tetrabutylammoniums jedoch zeigten einen deutlichen Hochfeld-Shift von 011 bis 014 ppm
Dies weist auf einen Einschluss des Tetrabutylammoniums in der Kavitaumlt der Klammer hin
Weiterfuumlhrende Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner zeigten dass dieser Effekt
geringer wird wenn das Loumlsungsmittel unpolarer wird und anstatt von reinem Wasser ein
MethanolWasser-Gemisch (11) oder reines Methanol verwendet wird Auszligerdem ergaben
direkte Vergleiche zwischen Assoziationskonstanten von Komplexen des
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 25
Tetrabutylammoniumsalzes 10 und des Lithiumsalzes 24 mit NAD+ dass das
Tetrabutylammonium eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste bei der Komplexierung darstellt[75] Aus
diesem Grund und wegen der einfacheren Aufreinigung des Bisphosphonsaumlureesters 23
wurden ab diesem Zeitpunkt alle weiteren Bindungsexperimente mit dem Lithiumsalz 24
durchgefuumlhrt
Zur quantitativen Auswertung der Bindungsexperimente wurden in der Regel die stark
shiftenden Signale der Gast-Molekuumlle benutzt Bei den Bindungsexperimenten mit
N-Alkylpyridiniumsalzen und der Bisphosphonat-Klammer 10 wurden in der Regel die
Signale des Wirtes zur Auswertung benutzt um eine bessere Vergleichbarkeit mit den
fruumlheren Ergebnissen von Christian Jasper zu erhalten
In ersten Bindungsexperimenten mit der Bisphosphosphonat-Klammer 10 konnte Christian
Jasper beobachten dass die Klammer in waumlssriger Loumlsung keine Wechselwirkung mit
Ammonium-Verbindungen eingeht In DMSO findet eine Bindung statt jedoch ist diese
hauptsaumlchlich auf eine Wechselwirkung zwischen den Bisphosphonat-Einheiten und dem
Ammonium-Kation zuruumlckzufuumlhren wie Vergleiche zwischen der Bisphosphonat-Klammer
10 und dem Bisphosphonat-Spacer 27 zeigten Sowohl die Bisphosphonat-Klammer 10 als
auch der Bisphosphonat-Spacer 27 binden in DMSO Ammoniumkationen mit einer
Bindungskonstante von etwa 103 M-1 Auszligerdem wurde im 1H-NMR-Spektrum kein
Hochfeldshift der Bisphosphonat-Klammer-Signale beobachtet Daraus laumlsst sich schlieszligen
dass die Kavitaumlt hier nicht an der Bindung beteiligt ist welche daher vor allem auf Coulomb-
Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem positiv geladenen
Ammoniumkation beruht[64]
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Inklusion weiterer potentieller kationischer Gaumlste
uumlberpruumlft werden Von besonderem Interesse waren dabei zunaumlchst die basischen
Aminosaumluren Arginin und Histidin da diese bei spaumlteren Versuchen in biologischer
Umgebung eine Konkurrenz zur Bindung von NAD+ in der Klammer darstellen wuumlrden
Sowohl Arginin als auch Histidin erscheinen mit ihrer planaren kationischen Struktur
praumldestiniert fuumlr die Komplexierung im elektronenreichen schlanken Innenraum der Klammer
Weder Guanidinumhydrochlorid 40 noch C- und N-terminal geschuumltztes Arginin 41 zeigten in
waumlssriger Loumlsung jedoch eine Wechselwirkung mit der Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 26
NH2+ Cl-
NH
H2N
NH2+ Cl-
NH
H2NNHBz
CO2Et40 keine Shifts 41 keine Shifts
Abbildung 29 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete guanidiniumhaltige Gaumlste
Im Falle von Histidin wurde der Nachweis einer moumlglichen Komplexierung dadurch
erschwert dass der Imidazolium-Ring einen relativ niedrigen pKs-Wert von ca 6 hat
Aufgrund dieses niedrigen pKs-Wertes zeigen alle Imidazolium-Derivate (Abb 210) eine
signifikante konzentrationsabhaumlngige Aumlnderung der chemischen Verschiebung ihrer
aromatischen Signale Aus diesem Grund wurde stets bei gleichbleibender Konzentration
titriert Sowohl Imidazoliumhydrochlorid 42 als auch Histaminhydrochlorid 43 zeigten
waumlhrend der Titration zwar deutliche Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber die
Auftragung der Shifts ergab keine Saumlttigungskurve Im Vergleich dazu wurden beim C-
terminal geschuumltzten Histidin nur sehr geringe Shifts beobachtet Das C- und N-terminal
geschuumltzte Histidin 45 zeigte zwar auch Shifts aber es war nicht moumlglich hierzu eine
Bindungskonstante zu bestimmen Da die Shifts in fast allen Faumlllen auf eine
Protonenuumlbertragung schlieszligen lieszligen weil der Endwert der chemischen Verschiebung in der
Naumlhe der deprotonierten Spezies lag wurde das C- und N-terminal geschuumltzte Histidin 45
ebenfalls in Natriumphosphatpuffer (pH 7 65-facher Puffer-Uumlberschuss) titriert Auch hier
waren Shifts im Histidin zu beobachten nicht allerdings in der Bisphosphonat-Klammer 10
Insgesamt erscheint es unwahrscheinlich dass die beobachteten Shifts auf einen Einschluss in
der Kavitaumlt zuruumlckzufuumlhren sind da bei einer Komplexierung immer auch signifikante
Hochfeld-Shifts der aromatischen Protonen der Bisphosphonat-Klammer auftreten
Das NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 ist im Gegensatz zu den anderen getesteten
Imidazolium-Derivaten ein permanentes Kation ndash die Hydrochloride liegen immer im
Gleichgewicht mit ihrer deprotonierten Form vor 46 wird daher auch mit einer
Bindungskonstante von 7940 M-1 in der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Hier treten
wieder alle gewohnten Effekte auf
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 27
N+
N
H
H
Cl- N+
N
H
H
NH3+
2 Cl-N+
N
H
H
NH3+
CO2Me
2 Cl-
N+
N
H
H
NH
CO2Me
OOCl-
42 Shifts keineSaumlttigung
43 Shifts keineSaumlttigung
44 kleine Shifts 45 Shifts
N+
N
I-
46 Ka = 7940 M-1
081
Abbildung 210 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete imidazoliumhaltige Gaumlste Die angegebene Bindungskonstante sowie der ∆δsat-Wert gelten fuumlr die Bindung in Wasser
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+
Im Gegensatz zu den in Wasser abgewiesenen Ammoniumkationen zeigt die Bisphosphonat-
Klammer 10 eine starke Komplexierung von N-Alkylpyridiniumkationen und verwandten
Verbindungen in ihrer Kavitaumlt In ersten Untersuchungen die von Christian Jasper
durchgefuumlhrt wurden stellte sich heraus dass die Bisphosphonat-Klammer 10
N-Alkylpyridiniumkationen in Wasser mit einer Affinitaumlt von mindestens 103 bis 104 M-1
bindet (Abb 211 und 212)[64 65] Auffaumllligerweise werden in protischer Loumlsung nur
permanente Kationen komplexiert Hydrochloride wie zB Pyridinhydrochlorid werden nicht
eingeschlossen Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass keine permanente Ladung
vorhanden ist oder eine groszlige Solvatationshuumllle vorhanden ist welche nicht von der
Bisphosphonat-Klammer 10 entfernt werden kann Von besonderem Interesse sind neben den
N-Alkylpyridinium-Farbstoffen (Abb 211) der Cofaktor NAD+ 52 und dessen
Modellverbindung N-Methyl-Nikotinamid 51 (Abb 212)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 28
H H
H
H
H HN+
N(n-Bu)2
I-
N+ N+ OH
2 BF4-
094
256 243
085
074
-010 -009 H H H049049060
085
47 48
Abbildung 211 Getestete Farbstoffe auf N-Alkylpyridinium-Basis Die ∆δsat-Werte fuumlr die Bindung in Wasser sind an den Protonen vermerkt
OHOH
N+O
ON+ N
I- I-
N+
NH2
O
I-
N
NN
N
NH2
O
OHOH
OPOO-
OPO
OOHO
N+
NH2
O
50 Ka = 9400 M-149 Ka = 4800 M-1 51 Ka = 12700 M-1
52 Ka = 6500 M-1
HH
HH
H
HH
020
018016
028036
048
049
H
HH
H175
228262
124076
Abbildung 212 Getestete N-Alkylpyridiniumsalze und N-Alkylpyraziniumiodid 50 Die angegebenen Bindungskonstanten gelten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser Beim Nikotinamid 51 und NAD+ 52 sind die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen in ppm angegeben
Im Gegensatz zu den bereits bekannten Pinzetten von Nolte et al ndash die aufgrund ihrer
Praumlorganisation ebenfalls flache Pyridiniumkationen binden koumlnnen ndash erlaubt die
Bisphosphonat-Klammer 10 die Untersuchung dieser Komplexierung in Wasser Auszligerdem
besitzt die Bisphosphonat-Klammer 10 ein selektiveres Gastprofil das sich auf
elektronenarme Aromaten zu begrenzen scheint wohingegen Noltersquos Klammer einen Vielzahl
an aromatischen Gaumlsten wie zB verschiedene Phenole einschlieszligt[34 80]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 29
Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Farbstoffen
Bei der Bindung der Farbstoffe aus Abb 211 in der Bisphosphonat-Klammer 10 konnten
trotz eindeutiger Shifts im 1H-NMR-Spektrum keine Farbaumlnderung oder eine Aumlnderung des
UVVis Spektrums beobachtet werden[64] Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein weiterer
N-Alkylpyridinium-Polymethin-Farbstoff 53 untersucht (Abb 213) Aufgrund seiner
geringen Loumlslichkeit wurde lediglich ein 21-Gemisch aus Bisphosphonat-Klammer 10 und
Farbstoff betrachtet Das Gemisch zeigt auch hier im 1H-NMR-Spektrum aufgrund der stark
verschobenen aromatischen Signale eindeutige Hinweise auf eine Komplexierung (Abb
213) jedoch trat auch in diesem Fall keine Farbaumlnderung bei der Komplexierung auf
Moumlglicherweise ist der HOMO-LUMO-Abstand zwischen dem Naphthalin-Donor und dem
Pyridinium-Akzeptor zu groszlig
NN+
Br
BF4-
025
025
050-065
53 WirtGast = 21-Gemisch
00
Abbildung 213 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung von Polymethin-Farbstoff 53 im 21-Gemisch mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Bindungsexperimente mit NAD+ und NAD+-Modellverbindungen
NAD+ 52 und NADP 57 gehoumlren zu den wichtigsten Cofaktoren die in der Natur
vorkommen Bei nahezu einem Viertel aller bekannten enzymatischen Reaktionen handelt es
sich um Redox-Reaktionen Ein Groszligteil der beteiligten Enzyme braucht NAD+ 52 oder
NADP 57 als Cofaktor[81] Dehydrogenasen katalysieren zB mit Hilfe dieser Cofaktoren die
Oxidation von Alkoholen zu den entsprechenden Carbonyl-Verbindungen[82-84] Auszligerdem
spielt NAD+ 52 eine wichtige Rolle bei der Replikation und Reparatur der DNA die DNA-
Ligase die sowohl an der Replikation als auch an der Reparatur der DNA beteiligt ist braucht
NAD+ 52 als Cofaktor zur Uumlbertragung eines Adenosyl-Restes auf das 5rsquo-Ende eines DNA-
Einzelstrangbruchs[82 85 86] Im Enzym befindet sich NAD+ haumlufig in der sogenannten
Rossmann-Falte[87-89] Sowohl das Adenin als auch das Nikotinamid befinden sich in einer
hydrophoben Tasche und werden dort von hydrophoben Wechselwirkungen und dispersiven
Kraumlfte gehalten[90]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 30
Die bislang bekannten kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr NAD+ 52 nutzen fuumlr ihre Komplexierung
die Wechselwirkung zwischen den negativ geladenen Phosphaten des NAD+ 52 und einem
makrozyklischen Anionen-Rezeptor[91] einem acridiniumfunktionalisierten
Azakronenether[92] oder protonierten Azakronenether[93] Der Nikotinamidring an dem die
Katalyse stattfindet wurde bislang jedoch nicht gezielt komplexiert
Wegen der groszligen Bedeutung von NAD+ 52 waren die anfangs noch von Christian Jasper
durchgefuumlhrten Untersuchungen von besonderem Interesse Bereits in den ersten
Bindungsexperimenten mit NAD+ 52 waren nicht nur Shifts bei den Protonen des
Nikotinamids zu sehen sondern auch bei denen des Adenins (Abb 212) Diese Befunde
werden von Molecular Modelling Untersuchungen unterstuumltzt (Abb 214)[64 65] Waumlhrend das
Nikotinamid sich in der Kavitaumlt befindet orientiert sich das Adenin-Ringsystem parallel zur
Naphthalin-Seitenwand der Bisphosphonat-Klammer 10 Denkbar waumlre jedoch auch eine
Struktur bei der sich das Adenosin in der Kavitaumlt befindet und das Nikotinamid auszligen an der
Naphthalin-Seitenwand andockt Von der Seite betrachtet befinden sich in beiden Faumlllen die
vier Ringssysteme uumlbereinander und koumlnnen so π-π-Stapelwechselwirkungen ausbilden Um
mehr Informationen uumlber die tatsaumlchliche Struktur des Komplexes zu gewinnen wurde im
Rahmen dieser Arbeit die Komplexierung von Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54 und
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 in der Bisphosphonat-Klammer 10 getrennt untersucht
um die einzelnen Beitraumlge der beiden Bestandteile von NAD+ zu quantifizieren Die
verhaumlltnismaumlszligig niedrigen ∆δsat-Werte des Komplexes von NAD+ und der Bisphosphonat-
Klammer 10 deuten daraufhin dass der Nikotinamid-Ring sich nicht permanent in der Kavitaumlt
befindet Bei einer dauerhaften Komplexierung muumlssten die beobachtete Werte deutlich houmlher
liegen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 31
Abbildung 214 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Zwischen den Strukturen gibt es lediglich eine Energiedifferenz von etwa 1 kJmol
Wie bereits nach der Betrachtung der Molecular Modelling Ergebnisse vermutet wurde bildet
die Bisphosphonat-Klammer 10 auch Komplexe mit dem natuumlrlichen Nucleosid
2rsquo-Desoxyadenosin 55 oder AMP 56 aus (Abb 215) 2rsquo-Desoxyadenosin 55 wird mit einer
auffaumlllig hohen Bindungskonstante gebunden (Ka = 5151 M-1) waumlhrend AMP 56 mit einer
deutlich geringeren Bindungskonstante gebunden wird (Ka = 1126 M-1) Dieser Unterschied
deutet darauf hin dass sich das negativ geladene Phosphat des AMP 56 und die ebenfalls
negativ geladenen Phosphonate des Wirtes 10 gegenseitig abstoszligen und so die Bindung
schwaumlchen Die im Vergleich zu NAD+ 52 etwas schwaumlchere Bindung von NADP 57
unterstuumltzt diese Uumlberlegung Dies spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen
der beiden Komplexe wieder (Abb 216) Im Gegensatz zum 2rsquo-Desoxyadenosin 55 ist AMP
56 unter Verzicht auf eine Ribose-OH-Phosphat-Wasserstoffbruumlcke so in der Kavitaumlt
angeordnet dass sein Phosphat moumlglichst weit von den Phosphonaten des Wirtes entfernt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 32
H
O
OH
HO
H
N
NN
N
NH2
HH
O
OH
O
N
NN
N
NH2
HPO
NaOONa
025
044
020
018
O
OHOH
OPO-
OHO
H
N+
NH2
O
H
HH
H020
025
044046
009
N
N N
N
NH2
O
O OH
O POH
OHH
H
O
OHOH
OPO-
OO
H
N+
NH2
O
H
HH
H
049
036
028
016018
020
048
P OHOO-
NMN 54 Ka = 6760 M-1 plusmn 23
55 Ka = 5151 M-1 plusmn 6 AMP 56 Ka = 1126 M-1 plusmn 19
NADP 57 Ka = 1444 M-1 plusmn 14
Abbildung 215 Bindungsexperimente mit NADP 57 und NAD+-Teilstrukturen Die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen sind in ppm angegeben
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 33
Abbildung 216 Berechnete Strukturen der Komplexe von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 (links) und AMP 56 (rechts) in der Bisphosphonat-Klammer 10 (links) in der Bisphosphonat-Klammer 56 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Da AMP 56 immerhin von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden wird kann davon
ausgegangen werden dass auch der Adenin-Teil des NAD+ 52 in der Kavitaumlt der Klammer 10
gebunden wird Es ist also anzunehmen dass ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt in dem
ein Teil der Nikotinamid-Reste und ein Teil der Adenin-Reste eingeschlossen ist Allerdings
deutet die erheblich staumlrkere Bindung des NMN 54 im Vergleich zum AMP 56 daraufhin
dass mehr Nikotinamid als Adenin gebunden vorliegt Dieses Gleichgewicht muss auf der
NMR-Zeitskala schnell sein da nur gemittelte ∆δsat-Werte ermittelt werden koumlnnen und keine
Aufspaltung der entsprechenden Signale beobachtet wird
Ein Vergleich der beiden elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale unterstuumltzt diese Annahme
erheblich der Nikotinamid-Ring ist insgesamt viel positiver geladen als der Adenin-Ring
(Abb 217) Es sollte allerdings beruumlcksichtigt werden dass die elektronischen
Oberflaumlchenpotentiale in der Gasphase berechnet werden und die elektrostatische
Wechselwirkung zwischen den polarisierten Aromaten in waumlssriger Loumlsung nicht allein an der
Komplexierung beteiligt ist Wenn die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Gast- und
Wirtaromat in waumlssriger Loumlsung ausschlaggebend waumlre dann wuumlrde im Falle des NAD+ 52
gar keine Komplexierung des Adenins stattfinden Dies deutet daraufhin dass andere Effekte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 34
wie zB der hydrophobe Effekt und dispersive Kraumlfte auch eine wichtige Rolle bei der
Komplexierung spielen
Abbildung 217 Die Struktur (links) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (rechts) von NAD+ 52 Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 aus der Struktur von NAD+ im Komplex welche aus einer Monte Carlo-Berechnung erhalten wurde[72]
Der Komplex von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 konnte trotz
seiner relativ geringen freien Bindungsenergie zusaumltzlich in ESI-MS-Spektren nachgewiesen
werden (Abb 218)
Abbildung 218 ESI-MS-Spektrum des Komplexes von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Das Spektrum wurde im negativen Bereich aufgenommen Die berechnete Massen sind [10+55]2- 421 [10-OPOMe]- 515 [10+H+]- 593 [10+Na+]- 615 [10+Bu4N+]- 834 [10+Bu4N++Na+] 866 [10+Bu4N++55]- 1085 Uumlber mz = 1100 wurden keine Peaks gefunden
Neuere Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner haben gezeigt dass die Komplexierung
von NAD+ 52 stark pH-Wert abhaumlngig ist Bei Betrachtung des Komplexes aus NAD+ 52 und
der Bisphosphonat-Klammer 24 in Puffer wurden wieder die gewohnten starken Hochfeld-
Shifts beobachtet Somit scheint die Komplexierung stark vom Protonierungsgrad der
Phosphate abhaumlngig zu sein[94]
mz400 600 800 1000
Cou
nts
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1085
834
615593
515
421866
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 35
Bindungsexperimente mit A2E
Ein weiterer Naturstoff auf N-Alkylpyridinium-Basis ist N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
(A2E) 58 (Abb 219) A2E 58 spielt eine maszliggebliche Rolle bei der Entstehung der
altersbedingten Makuladegeneration (AMD) AMD ist eine der Hauptursachen fuumlr
altersbedingte Sehstoumlrungen[95 96] Weltweit sind ca 25 der uumlber 75-jaumlhrigen von
unterschiedlichen Stufen dieser Erkrankung betroffen Fuumlr 5 dieser Altersgruppe hat die
Krankheit eine hochgradige Sehbehinderung zur Folge[97] Man unterscheidet zwischen der
feuchten und trockenen Form der AMD Die feuchte Form wird durch abnorme Blutgefaumlszlig-
Bildung in der Makula und unter der Retina verursacht Die trockene Form an der 90 der
Patienten leiden wird durch Ablagerungen auf der Makula verursacht Dadurch kommt es zu
einer Makula-Atrophie und die Funktion der Lichtrezeptoren ist stark eingeschraumlnkt
Hauptsaumlchlich der retinale Pigmentepithel ist von der AMD betroffen Genaue Ursachen
dieser Krankheit sind bislang weitgehend unbekannt Therapiemoumlglichkeiten gibt es bis zum
heutigen Tage noch nicht aber es gibt Moumlglichkeiten das Fortschreiten der Krankheit mit
negativ geladenen Phospholipiden wie zB Phosphatidylglycerol[98] blaues Licht filternden
Molekuumllen wie Lutein[98] oder durch das Implantieren von einer blaues Licht filternden Linse
zu bremsen[99] Diese Methoden haben bislang jedoch noch keine klinische Anwendung
A2E 58 und seine Isoform mit einer cis-Doppelbindung in Nachbarstellung zum Pyridinring
iso-A2E kommen gehaumluft in den Lysosomen und Mitochondrien der Zellen der Retina
vor[100-103] Mit steigendem Alter nimmt die Konzentration an A2E 58 in den Epithelialzellen
zu[104] Die Uumlberlastung der Epithelialzellen mit diesem Kation ist vermutlich die Ursache fuumlr
die pathogenen Schritte Zwar initiiert A2E 58 die Freisetzung der pro-apoptotischen Proteine
Cytochrom c und dem Apoptose-induzierenden Faktor aber A2E 58 ist kein generelles
mitochondriales Gift A2E 58 verhindert die kardiolipinvermittelte Bindung von Cytochrom c
an die Cytochrom c Oxidase (COX) Vermutlich konkurriert A2E 58 mit Kardiolipin bei der
Bindung an Cytochrom c Dies fuumlhrt zu einer Anhaumlufung an Cytochrom c in der Zelle was
einerseits eine Unterbrechung der Atmungskette der Zelle und damit die Entstehung von
oxidativem Stress und andererseits die Ausloumlsung der Apoptose zur Folge hat[98]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 36
Abbildung 219 A2E 58 mit ∆δmax fuumlr die Bindung in Methanol-d4D2O = 31 (links) und die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von A2E 58 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Diese Struktur entspricht der mit einer Wasserbox berechneten (Sybyl 67 Tripos Kraftfeld)[105]
Aufgrund der geringen Loumlslichkeit von A2E 58 in Wasser wurde die NMR-Titration mit der
Bisphosphonat-Klammer 10 in einem Methanol-d4D2O-Gemisch durchgefuumlhrt Das
Bindungsexperiment zeigte deutliche Hochfeld-Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber
aufgrund der Komplexitaumlt des Spektrums war es nur moumlglich fuumlr ein Proton ∆δmax zu
bestimmen Die resultierende Bindungskonstante ist vergleichbar mit denen anderer
N-Alkylpyridiniumsalze Im Molecular Modelling-Bild zeigt sich warum die
Bindungskonstante von etwa 2000 M-1 trotz sterisch relativ anspruchsvollen Substituenten am
Pyridiniumring nur unwesentlich niedriger ist als bei den anderen Pyridinium-Derivate Trotz
der sperrigen Substituenten ist es immer noch moumlglich den Pyridinium-Ring zu komplexieren
ohne dass die Substituenten dabei stoumlren Um den Einfluss diskreter Wassermolekuumlle auf die
Struktur bestimmen zu koumlnnen wurde die energetisch guumlnstigste Struktur einer Monte Carlo
Simulation in einer Wasserbox minimiert Die Wasserbox zeigte dabei keinerlei Einfluss auf
die Struktur des Komplexes
A2E 58 zeigt aufgrund seiner hydrophoben Terpen-Seitenketten eine deutliche Einlagerung in
Modellmembranen[102 106] Damit ist A2E 58 gut geeignet fuumlr Langmuir-Blodgett
Experimente an Modellmembranen[107] Mit der Acetat-Pinzette 12 wurden bereits erste
Versuche in Modellmembranen gemacht[108] Die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt selbst
N+
H
HO
092
Ka = 2125 M-1 plusmn 19
58
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 37
jedoch nur relativ geringe zusaumltzliche pA-Shifts bei der Einlagerung in eine monomolekulare
Schicht aus Stearinsaumlure (Abb 220) Erst beim Auftropfen von 2 Aumlquivalenten der
Bisphosphonat-Klammer 10 auf die gespreizte Lipidschicht ist ein Zuwachs der Monoschicht
um ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Wird dagegen eine reine Strearinsaumlure-Monoschicht uumlber
eine 10-7 M Loumlsung aus A2E 58 in Wasser erzeugt so ist auch in diesem Fall ein pA-Shift
von ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Dies ist einen bemerkenswerter Anstieg da Langmuir-
Blodgett Experimente uumlblicherweise bei Konzentrationen durchgefuumlhrt werden die um drei
Groumlszligenordnungen uumlber der hier gewaumlhlten Konzentration liegen Die zeigt die effektive A2E-
Einlagerung in der Stearinsaumlure-Monoschicht an Bei der kombinierten Einlagerung der
Bisphosphonat-Klammer 10 in die Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber eine Loumlsung von A2E 58
in Wasser wurde jedoch wieder lediglich ein Anstieg von 2 AringMolekuumll beobachtet Somit
erfolgte also kein zusaumltzlicher Anstieg der Monoschicht der auf die Bildung eines Komplexes
hindeuten wuumlrde welche die Monoschicht zusaumltzlich aufweitet (Abb 220)
-1
4
9
14
19
24
29
34
20 22 24 26 28 30 32 34 36
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
S H2OS + 2eq 10 H2OS A2ES + 2eq 10 A2E
Abbildung 220 DruckFlaumlche-Diagramm der Filmwaage-Untersuchung zur Bindung von A2E 58 an die immobilisierte Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Diese Beobachtung koumlnnte auf folgende Ursache zuruumlckzufuumlhren sein Gemaumlszlig ihrer
Amphiphilie sollte sich die Bisphosphonat-Klammer 10 in der Monoschicht mit ihrer Oumlffnung
nach oben ausrichten also von der Subphase abgewandt (Abb 221) Daher kann sie kein
zusaumltzliches A2E 58 aus der Subphase aufnehmen Obwohl dieser Zustand natuumlrlich
a a
b b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 38
dynamisch ist und in der fluiden Membran sicherlich auch Molekuumlle mit ihrer Kavitaumlt nach
unten ausgerichtet sind koumlnnte die Umorientierung zuviel Energie kosten und so die
effiziente Komplexierung von A2E 58 verhindern
P-
P-
P-
P-
P-
P-
Abbildung 221 Schematische Darstellung der vermuteten Anordnung der Bisphosphonat-Klammer 10 in der Stearinsaumlure-Monoschicht
In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit Epithelzellen die von der Firma Lynkeus
Biotech durchgefuumlhrt wurden konnte beobachtet werden dass die Bisphosphonat-Klammer
10 die Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das
Potential der Bisphosphonat-Klammer 10 sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen
Bei den Untersuchungen zur NAD+ Bindung wurde uumlberraschend festgestellt dass nicht nur
kationische Aromaten in der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert werden sondern dass
auch das elektronenarme neutrale Adenosin relativ stark gebunden wird Dieser Befund wirft
die Frage auf wie das Komplexierungsverhalten der Bisphosponat-Klammer in Hinblick auf
die anderen Nukleinbasen und verwandte Verbindungen aussieht
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung der Nukleinbasen[82] standen sie schon fruumlh
im Mittelpunkt des Interesses supramolekularer Chemiker[109] Dementsprechend gibt es eine
groszlige Vielfalt an kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr Nukleinbasen[24 110-117] insbesondere fuumlr
Adenin[118-120] Diese Rezeptoren benutzen meist eine Kombination aus Wasserstoff-Bruumlcken
und π-π-Wechselwirkungen zur Komplexierung des Gastes Die historisch ersten Rezeptoren
arbeiteten noch in organischer Loumlsung aber spaumltere Generationen wie zB Rezeptoren auf
Cyclophan-Basis erkennen Nukleotide in Wasser[118] Mit Rezeptoren auf Phenanthridinium-
Basis werden in gepufferter Loumlsung sogar Bindungskonstanten bis zu 106 M-1 erreicht[121]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 39
Nukleoside
Bei unseren Bindungsexperimenten wurde der Schwerpunkt auf die Untersuchung der
Komplexierung von Nukleosiden und Nukleotiden gelegt da die unsubstituierten
Nukleinbasen sich als sehr schwer wasserloumlslich herausstellten und kaum biologische
Bedeutung haben Ein Vergleich der Ka-Werte fuumlr die Bindung von Nukleosiden in der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt auf den ersten Blick dass die Bindungskonstanten alle in
gleichen Groumlszligenordnung liegen (Abb 222) Dabei werden die beiden Nukleotide
2rsquo-Deoxyadenosin 55 und 2rsquo-Deoxycytidin 62 relativ stark gebunden waumlhrend
2rsquo-Deoxyguanosin 59 2rsquo-Deoxythymidin 60 und 2rsquo-Deoxuridin 61 um dem Faktor zwei bis
drei schwaumlcher gebunden werden
O
OH H
HON
NH
O
O
H3C
H
H
O
OH
N
NN
N
NH2
H
025
044
020
2-Deoxyadenosin 55Ka = 5151 M-1 plusmn 6
HO
NH
N
N
O
NH2N
O
OH H
HO
H
NH
O
ON
O
OH H
HOH
O
OH H
HON
N
NH2
O
H
H
2-Deoxyguanosin 59Ka = 1859 M-1 plusmn 11
2-Deoxythymidin 60Ka = 2364 M-1 plusmn 12
2-Deoxyuridin 61Ka = 2467 M-1 plusmn 14
2-Deoxycytidin 62Ka = 7358 M-1 plusmn 6
030
025H
035
062
024
147
024
047
085
016
Abbildung 222 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleosiden Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser sind an den jeweiligen Nukleosiden vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei der Analyse der Aumlnderungen in den chemischen Verschiebungen im Komplex faumlllt auf
dass die Protonen an den aromatischen Ringsystem ausnahmslos starke Hochfeldshifts
aufweisen die Fuumlnfringe zeigen jedoch etwas geringere Shifts als die Sechsringe Das
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 40
anomere Wasserstoffatom an der 1rsquo-Position zeigt auszligerdem in allen Faumlllen immer noch einen
deutlichen Hochfeldshift waumlhrend die anderen Protonen der Ribose nur verschwindend
geringe Aumlnderungen ihrer chemischen Verschiebung aufweisen Dies deutet daraufhin dass
sich das elektronenarme Ringsystem der Nukleinbasen wie erwartet in der Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Klammer befindet Besonders deutlich wird dies bei der Betrachtung der
chemischen Verschiebungen des 2rsquo-Deoxythymidins 60 und 2rsquo-Deoxuridins 61 Waumlhrend das
Thymidin eine sterisch relativ anspruchsvolle Methylgruppe besitzt welche die
Komplexierung erschwert hat das Uridin an der gleichen Position ein Wasserstoffatom
Dadurch wird die Komplexierung erleichtert was sich zwar nicht auf die Bindungskonstante
niederschlaumlgt aber wohl auf den ∆δsat-Wert Dies bedeutet vermutlich dass die Ringsysteme
unterschiedlich in der Kavitaumlt angeordnet sind Eine quantenchemische Berechnung der
chemische Verschiebungen im Komplex koumlnnte diesbezuumlglich bei der Aufklaumlrung helfen[61]
Ein Vergleich der Bindungskonstanten mit dem elektrostatischen Oberflaumlchenpotential der
Nukleinbasen zeigt eine verhaumlltnismaumlszligig gute Korrelation (Abb 223) Adenosin hat deutlich
groumlszligere elektronenarme Flaumlchen als Guanosin Bei den Pyrimidin-Basen sind nur kleine
Unterschiede sichtbar welche den Selektivitaumltsunterschied nicht erklaumlren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 41
Abbildung 223 Die Struktur (rechts) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (links) der Nukleosiden Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau)[72] Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung der entsprechenden Nukleoside an die Bisphosphonat-Klammer 10 ist bei den Nukleinbasen vermerkt
Nukleotide
Nach den Nucleoside wurden auch die entsprechenden Nukleotide auf ihre
Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Bis auf das AMP 56 werden jedoch keine anderen
Nukleotide von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Alle Aumlnderungen in Ihren
chemischen Verschiebungen sind so gering (lt 003 ppm) dass eine Komplexierung
ausgeschlossen werden kann Auch Adenosintriphosphat 67 (ATP) wird nicht gebunden
wahrscheinlich generell wegen der starken Phosphonat-Phosphat-Abstoszligung bei der
Annaumlherung der Komplexpartner
Adenosin Ka = 5151 M-1 Guanosin Ka = 1859 M-1
Thymidin Ka = 2364 M-1 Uridin Ka = 2467 M-1
Citidin Ka = 7358 M-1
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 42
OO
N
NH
O
O
OH
PO
ONaNaO
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
NaOONa
NH
N
N
O
NH2N
OO
H
PO
NaOONa
OHOH
NH
O
ON
OO
OH OH
PO
NaOONa O
ON
N
NH2
O
OH OH
PO
NaOONa
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
OONa
PO
OOH
PO
HOONa
018
AMP 56Ka = 1126 M-1 plusmn 19
GMP 63 Ka lt 10 M-1
TMP 64Ka lt 10 M-1
UMP 65Ka lt 10 M-1
CMP 66Ka lt 10 M-1
ATP 67Ka lt 10 M-1
Abbildung 224 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleotiden Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsa-Werte der beobachteten Signale
Auffaumllligerweise bindet auch Cytidinmonophosphat 66 (CMP) nicht in der Bisphosphonat-
Klammer 10 obwohl 2rsquo-Deoxycytidin 59 sogar die groumlszligte Bindungskonstante unter den
Nukleosiden aufweist Die Bindung von AMP 56 ist deshalb wahrscheinlich auf die groumlszligere
aromatische Flaumlche des Adenins im Vergleich zum Cytidin zuruumlckzufuumlhren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 43
Wirkstoffe auf Nukleosid-Basis
Da die Bisphosphonat-Klammer 10 eine starke Bindung der Nukleoside zeigt wurde das
Komplexierungsverhalten von weiteren Verbindungen auf Nukleosid-Basis uumlberpruumlft
Zunaumlchst wurden zwei Nukleosid-Analoga getestet die (potentielle) Therapeutika sind Das
3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 und 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69
sind beide sehr effiziente Inhibitoren fuumlr das menschliche (human) Immunodefizienz-Virus
(HIV)[122] Diese besitzen jedoch eine geringe Permeabilitaumlt fuumlr die Blut-Hirn-Schranke[123]
Aus diesem Grund ist ein synthetischer Rezeptor von besonderem Interesse da dieser als
Transportmolekuumll dienen koumlnnte Sowohl AZT 68 als auch 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-
dideoxythymidin 69 werden von der Bisphosphonat-Klammer 24 gebunden (Abb 225)
O
N3H
HON
NH
O
O
H3C
H
O
H
HON
NH
O
O
H3C
H
HH
140
311
125
140
165
060061083
AZT 68Ka = 711 M-1 plusmn 15
23-Didehydro-23-dideoxythymidin 69Ka = 172 M-1 plusmn 19
Abbildung 225 Ergebnisse der Bindungsstudien mit 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 sowie 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69 mit der Bisphosponat-Klammer 24 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Die geringere Bindungskonstante des AZT 68 im Vergleich zum 2rsquo-Deoxythymidin 60 ist
wahrscheinlich auf die Azido-Gruppe zuruumlckzufuumlhren Eine Monte Carlo Untersuchung zeigt
dass diese im Komplex relativ weit entfernt von den Phosphonaten der Klammer angeordnet
ist (Abb 226) Die Ribose des 2rsquo3rsquo-Deoxythymidins 68 ist jedoch viel naumlher an den
Phosphonaten angeordnet und somit liefert die Monte Carlo Simulation keine
zufriedenstellende Begruumlndung warum 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 relativ schwach gebunden
wird
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 44
Abbildung 226 Links die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von AZT 68 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte) Rechts die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Koffein und FAD
Eine weitere Purinbasen-analoge Verbindung ist Koffein 70 Aufgrund seiner Bekanntheit
war Koffein schon vielfach Mittelpunkt von Untersuchungen zur Wirt-Gast-Wechselwirkung
Neben ausschlieszliglich in organischen Loumlsungsmitteln loumlslichen Systemen[124-126] wurde in
letzter Zeit auch ein wasserloumlslicher Rezeptor fuumlr Koffein beschrieben[127]
Die Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Koffein 70 mit einer fuumlr Nukleinbasen erstaunlich
hohen Bindungskonstante von 29340 M-1 Damit ist die Bindungskonstante um einen
Groumlszligenordnung houmlher als die bislang in Wasser bekannten Bindungskonstanten[127] Von
daher wuumlrde sich dieses Gast-Wirt-System gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen eignen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 45
N
N N
N
O CH3H3C
OCH3
136058
027
70 Ka = 29340 M-1 plusmn 12
Abbildung 227 Ergebnis der Bindungsstudien von Koffein 70 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Ein weiterer wichtiger Cofaktor der genauso wie NAD+ 52 eine Adenosin-Einheit enthaumllt ist
Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) 71 (Abb 228) Wie NAD+ 52 ist FAD 71 an vielen
enzymatischen Redox-Reaktionen beteiligt[82] Aumlhnlich wie beim NAD+ 52 besitzt das FAD
71 zwei elektronenarme Ringsysteme und somit zwei moumlgliche Komplexierungsstellen fuumlr die
Bisphosphonat-Klammer 10 Das Bindungsexperiment zeigt jedoch nur minimale
Aumlnderungen der chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem und eine deutliche
Aumlnderung fuumlr das Adenin Die Auswertung ergibt eine Bindungskonstante von 908 M-1
Werden jedoch die Signale des Wirtes ausgewertet ergibt sich eine Bindungskonstante von
4900 M-1 Die Ursache dieser groszligen Diskrepanz ist jedoch unklar Die geringe Aumlnderung der
chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem deutet daraufhin dass dieses nicht von
der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert wird oder dass die beoachteten Signale sich zu
weit von der Kavitaumlt entfernt sind um einen Shift aufzuweisen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 46
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
H021
71 Ka = 908 M-1 plusmn 14
Abbildung 228 Ergebnis der Bindungsstudien von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei Monte Carlo Rechnungen wird deutlich dass die Methyl-Protonen des Flavins die als
einzige seine Komplexierung anzeigen koumlnnten sich bei einer Komplexierung wahrscheinlich
nicht in der Kavitaumlt befinden (Abb 229 links) Analog zum Komplex mit NAD+ 52 ist auch
hier eine Struktur denkbar bei der sich das Adenin in der Kavitaumlt befindet (Abb 229 rechts)
In diesem Fall orientiert sich das Flavin-Ringsystem an die Seitenwand der Bisphosphonat-
Klammer In dieser Anordnung muumlssten deutliche Shifts in Adenin und nur geringe in Flavin
auftreten Diese Anordnung erklaumlrt die experimentellen Beobachtungen am besten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 47
Abbildung 229 Die berechnete Strukturen fuumlr den Komplex von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Links befindet sich das Flavin in der Kavitaumlt rechts das Adenin
Folsaumlure
Eine weitere elektronenarme Verbindung deren moumlgliche Komplexierung in der
Bisphosphonat-Klammer 10 untersucht wurde ist Folsaumlure 72 (Abb 230) Das
Bindungsexperiment zeigt eine hohe Bindungskonstante von 20230 M-1 Die Folsaumlure besitzt
nur ein nichtacides Proton am aromatischen Ring das als Sensor fuumlr den
Komplexierungsmodus dienen kann Die Methylenbruumlcke zeigt zwar eine Aumlnderung der
chemischen Verschiebung bei der Komplexierung aber diese ist in der Titration zu
unregelmaumlszligig um sie auswerten zu koumlnnen Die anderen Protonen zeigen dagegen keine
Aumlnderung Es wurde versucht diese Bindungskonstante mittels mikrokalorimetrische
Messungen zu bestaumltigen aber es stellte sich heraus dass Folsaumlure in Wasser zu schlecht
loumlslich ist um mikrokalorimetrische Messung durchfuumlhren zu koumlnnen Eine Molecular
Modelling Studie des Komplexes zeigt jedoch dass das beobachtete Proton bereits nicht mehr
in der Kavitaumlt liegt ist genauso wie die Methylenbruumlcke wodurch die Beobachtungen im
Bindungsexperiment unterstuumltzt werden (Abb 231)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 48
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
H069
72 Ka = 20230 M-1 plusmn 12
Abbildung 230 Ergebnis der Bindungsstudien von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Abbildung 231 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
224 Bindungsexperimente mit Thiamin
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 ist ein wichtiger Cofaktor der im Koumlrper aus Thiamin
(Vitamin B1) 75 aufgebaut wird[82] TPP 76 ist an vielen enzymatischen Reaktionen
beteiligt[128 129] Neben Decarboxylierungen[130] und Oxidationen[131] katalysiert TPP 76
Ligations-Reaktionen In diesem Fall bildet das TPP 76 ein nukleophiles Enamin als
Intermediat welches somit als umgepoltes Acyl-Anion dient[132] Im Enzym ist TPP 76 in
einer typischen V-Form gebunden Diese relativ energiereiche Konformation wird von
hydrophoben Wechselwirkungen mit unpolaren Aminosaumluren stabilisiert Beide Ringsysteme
des Thiamins werden so stabilisiert (Abb 232) [133]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 49
Abbildung 232 Ausschnitt aus der Struktur der Transketolase aus Hefe Die V-Konformation des TPPs 76 wird an der konvexen Seite von einem Leucin stabilisiert Zusammen mit Phenylalanin Histidin und Isoleucin wird eine hydrophobe Tasche gebildet[134]
In einem ersten Bindungsexperiment mit einem Thiazolium-Salz 73 konnte Christian Jasper
starke Hochfeld-Shifts der Gast-Signale beobachten (Abb 233)[64]
N+
S
HH
HHBF4
-
140
034042081
021
021
057
73
Abbildung 233 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung im 11 Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10[64]
Daraufhin wurde im Rahmen dieser Arbeit das Komplexierungsverhalten von
N-Methylthiazoliumiodid 74 Thiamin 75 und TPP 76 in der Bisposphonat-Klammer
untersucht (Abb 234) Dabei wurde festgestellt dass das N-Methylthiazoliumiodid 74 eine
starke Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt Im Vergleich dazu zeigen Thiamin
75 und TPP 76 eine deutlich houmlhere Bindungskonstante In beiden Faumlllen werden die houmlchsten
komplexinduzierten Shifts an der Methylenbruumlcke welche die beiden Aromaten verbindet
sowie am Proton am Pyrimidinium-Ring beobachtet Beide liegen nahe am Mittelpunkt des
Molekuumlls Auch die anderen Protonen zeigen einen deutlichen Hochfeld-Shift Lediglich die
Protonen an der Alkyl-Kette zeigen einen relativ kleinen Shift Dies deutet darauf hin dass
beide Ring-Systeme an der Bindung beteiligt sind
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 50
N+
S
176
74 Ka = 1267 M-1 plusmn 29
N
N
N+S
OH
NH3+
032
013044 022
013
010
75 Ka = 18563 M-1 plusmn 11
N
N
N+S
O
NH3+
024
004044 009
001
001
PO
OHO P
O
OHOH
76 Ka = 14075 M-1 plusmn 20
Abbildung 234 Ergebnisse der Bindungsstudien von Thiazolium-Salzen mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werte mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
Interessanterweise zeigt eine Monte Carlo Untersuchung eine Struktur in der beide Ring-
Systeme sich teilweise in der Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer 10 befinden (Abb 235)
Diese Struktur erklaumlrt die in den Bindungsstudien gefundenen komplexinduzierten Shifts sehr
gut Allerdings ist die Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer in diesem Fall extrem aufgeweitet
Der Abstand der beiden Seitenwaumlnde betraumlgt in dieser Struktur etwa 12 Aring waumlhrend in
Roumlntgenstrukturanalyse Abstaumlnde von etwa 8 bis 11 Aring beobachtet wurden[48] Aus
Untersuchungen von weiteren Molecular Modelling Strukturen sowie den Kristallstrukturen
zeigte sich jedoch dass die Aufweitung der Kavitaumlt nur eine geringe Aktivierungsenergie
benoumltigt Diese sollte maximal etwa 4 kJmol betragen[50]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 51
Abbildung 235 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte Schwefel ist in gelb dargestellt)
Diese Struktur wird von einem NOESY-Experiment unterstuumltzt Im NOESY-Experiment mit
einem 11-Komplex aus Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 sind neben starken
intermolekularen NOE Crosspeaks auch schwaumlchere intramolekulare NOE Crosspeaks
sichtbar Diese sind in Abb 236 dargestellt
P
O
CH3
O
PO
CH3
O
O
N
N
N+H
H
H N
H
+
Abbildung 236 Beobachtete intramolekulare NOE-Crosspeaks
Das CH-Signal des Thiazolium-Rings war bislang in den Bindungsexperimenten aufgrund
seiner Aciditaumlt nicht sichtbar Bei einer Messung des 11-Komplexes mit Watergate-
Unterdruumlckung in nichtdeuteriertem Wasser wird das Proton bei etwa 10 ppm sichtbar[135]
Damit ist es um ca 1 ppm tieffeldverschoben im Vergleich zum reinen Thiamin Auch dieser
Befund deutet daraufhin dass die aus Molecular Modelling erhaltene Struktur ein gutes
Modell fuumlr den Bindungsmodus ist da sich dieses Proton im Modell in der Kavitaumlt befindet
und damit einen starken Shift zeigen sollte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 52
Eine Molekulardynamik-Simulation des 11-Komplexes aus Thiamin 75 und der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt dass die vorgeschlagene Struktur keinesfalls starr ist (Abb
237) Das Thiamin 75 besitzt eine groszlige Beweglichkeit in der Kavitaumlt Es scheint so als
wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen so
dass immer einer der beiden Aromaten eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingehen kann
Abbildung 237 Eine molekulardynamische Simulation fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Macromodel 71 298K 10 ps mit 1 ps Schnappschuumlsse) Alle Schnappschuumlsse wurden uumlbereinander projiziert und die Protonen wurden aus Gruumlnde der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
Eine 1H-NMR-Untersuchung des Thiamin 75Bisphosphonat-Klammer 10 Komplexes in
Methanol bei verschiedenen Temperaturen zeigt unterhalb von 0 degC eine deutliche
Linienverbreiterung und eine Aumlnderung der chemischen Verschiebungen Bis -100 degC blieb
die Loumlsung klar Ein Auftrag der chemischen Verschiebung gegen die Temperatur zeigt eine
deutliche Temperaturabhaumlngigkeit fuumlr das aromatische Pyrimidin-Proton (Abb 238) Dies
verdeutlicht den verlangsamten Assoziations- Dissoziationsprozess
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 53
6464565
65566
66567
67568
68569
695
290K 280K 270K 260K 250KT (K)
δ (p
pm)
Abbildung 238 Temperaturabhaumlngigkeit der chemischen Verschiebung des aromatischen Pyrimidin-Protons von Thiamin 75 im Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Da die Bisphosponat-Klammer eine Einlagerung in eine monomolekulare Stearinsaumlureschicht
zeigt wurde versucht eine Bindung des Thiamins 75 in der Bisphosphonat-Klammer 10
nachzuweisen[106] Eine Einlagerung von zwei Aumlquivalenten der Bisphosphonat-Klammer 10
in eine Stearinsaumlure-Monoschicht fuumlhrt zu einer Vergroumlszligerung der Oberflaumlche von ca 2
AringMolekuumll waumlhrend eine Stearinsaumlure-Monoschicht die auf einer 10-4 M Loumlsung von
Thiamin 75 hergestellt wird ebenfalls eine Vergroumlszligerung der Oberflaumlche um ca 2 AringMolekuumll
bewirkt Werden nun zu einer Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber einer Thiamin-Subphase zwei
Aumlquivalente der Bisphosphonat-Klammer 10 getropft so vergroumlszligert sich die Oberflaumlche um
ca 3 AringMolekuumll Das bedeutet dass ein zusaumltzlicher komplexbedingter Anstieg der
Oberflaumlche um ca 1 AringMolekuumll beobachtet werden konnte (Abb 239) Dies ist vermutlich
darauf zuruumlckzufuumlhren dass sich Bisphosphonat-Klammer-Molekuumlle in der Subphase
befinden Thiamin 75 binden und dadurch unpolarer werden und deswegen in der
Monoschicht aufgenommen werden (Abb 240)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 54
Abbildung 239 Ergebnisse der Filmwaage-Untersuchung von der Bindung von Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Abbildung 240 Darstellung der Komplexierung von Thiamin 75 in der Subphase wodurch ein unpolarer Komplex gebildet wird Dieser Komplex wird anschlieszligend in der Monoschicht eingelagert
Wegen der hohen freien Bindungsenergie eignet sich das System Thiamin 75Bisphosphonat-
Klammer sehr gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen
0
10
20
30
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
SA H2O
SA H2O - 2eq 10
SA 75
SA 75 - 2eq 10
+ Gast
+
LuftH2O
++
++
++
++
----
--
-- ----
a a b
b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 55
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer)
Es konnte gezeigt werden dass die Bisphosphonat-Klammer eine hohe Affinitaumlt gegenuumlber
N-alkylierten Pyridinium-Salzen hat Von besonderem Interesse ist dabei NAD+ Die
Untersuchung des Bindungsmodus fuumlr die Bindung von NAD+ hat ergeben dass sie
komplizierter ist als es auf dem ersten Blick erscheint Scheinbar liegt ein dynamisches
Gleichgewicht vor bei dem sich abwechselnd mal der Nikotinamid-Ring und der Adenosin-
Ring in der Kavitaumlt befindet Das Gleichgewicht liegt jedoch stark auf der Seite des
Nikotinamids Aus der Untersuchung der NAD+-Fragmente wurde zusaumltzlich die Erkenntnis
gewonnen dass die Bisphosphonat-Klammer nicht nur kationische Aromaten bindet sondern
auch elektronenarme neutrale Aromaten Damit umfasst das Gast-Portfolio der
Bisphosphonat-Klammer elektronenarme neutrale und kationische Aromaten wobei im letzen
Fall jedoch ausschlieszliglich permanente Kationen gebunden werden Nichtpermanente
Kationen wie zB Pyridiniumhydrochlorid oder basische Aminosaumluren werden dagegen nicht
gebunden Entweder weil ein permanentes Kation fuumlr die Bindung gebraucht wird oder weil
diese Kationen so stark solvatisiert sind dass sie nicht von der Klammer desolvatisiert werden
koumlnnen
Die Bisphosphonat-Klammer bindet alle Nukleoside aber bei den entsprechenden
Nukleotiden wird lediglich AMP 56 gebunden Die Bindungskonstante ist dabei deutlich
niedriger Somit scheint die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen Nukleosiden und
Nukleotiden zu unterscheiden Das negativ geladene Phosphat spielt dabei anscheinend eine
entscheidende Rolle Die Abstoszligung durch die Bisphosphonate der Klammer scheint fuumlr die
schlechte Bindung verantwortlich zu sein Die deutliche staumlrkere Bindung von NMN 54 im
Vergleich zum AMP 56 deutet darauf hin dass die π-Kation-Wechselwirkung einen
entscheidenden Beitrag zur staumlrkeren Bindung von kationischen Gaumlsten hat
Die Betrachtung des Komplexes von Thiamin 75 zeigt dass es sich beim Komplex mit der
Bisphosphonat-Klammer trotz seiner hohen Bindungskonstante keinesfalls um einen starren
Komplex handelt Das Thiamin 75 wird von dispersiven Wechselwirkungen
Wasserstoffbruumlcken und hydrophoben Effekten in einer natuumlrlichen V-aumlhnlichen
Konformation gehalten aber der Komplex scheint hochdynamisch zu sein
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 56
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Wie die Bisphosphonat-Klammer besitzt die Bisphosphonat-Pinzette 11 eine extrem
elektronenreiche Kavitaumlt Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu
geschlossen und kann dadurch nur schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser
nicht sehr anspruchsvoll sind wie zB para-substituierte Aromaten oder Ammonium-Salze
Bereits die Methylphosphonsaumluremethylester-Pinzette 39 zeigt dass die Kavitaumlt eine hohe
Tendenz zur Komplexierung von unpolaren Gaumlsten besitzt Die beiden Methylestergruppen
befinden sich naumlmlich in einem schnellen Gleichgewicht bei dem sich immer eine der beiden
Gruppen in der Kavitaumlt der Pinzette befindet Dadurch wird die Pinzette unsymmetrisch Dies
zeigt sich sehr deutlich im 1H-NMR-Spektrum das aufgrund dieser Unsymmetrie eine sehr
komplizierte Aufspaltung der aromatischen Signale zeigt sowie einen starken Hochfeld-Shift
des Methylestersignals um ca 15 ppm Nach der Spaltung der Methylester wird diese
Unsymmetrie aufgehoben und das 1H-NMR-Spektrum zeigt wieder das einfache
Aufspaltungsmuster eines spiegelsymmetrischen Molekuumlls
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt im 1H-NMR bei Verduumlnnung von 10-3 bis 10-5 M-1 einen
signifikanten Shift der chemischen Verschiebung der aromatischen Protonen Da dies auf eine
Selbstassoziation hinweist wurde versucht eine Selbstassoziationskonstante zu bestimmen
aber die Aumlnderungen der chemischen Verschiebung lies sich nicht mit dem Fitprogramm
anpassen Diese Beobachtung bedeutet dass eine Selbstassoziation bzw eine Micellen-
Bildung in waumlssriger Loumlsung wahrscheinlich ist Da diese jedoch nicht quantifiziert werden
konnte koumlnnte dies auf eine houmlhere Assoziations-Stoumlchiometrie hinweisen Weiterhin
bedeutet dies dass die Signale der Bisphosphonat-Pinzette nicht zur Auswertung von
Titrationen genutzt werden koumlnnen
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen
Als erste Gaumlste wurden N-alkylierte Pyridiniumsalze auf ihr Bindungsverhalten in der
Bisphosphonat-Pinzette 11 uumlberpruumlft um einen Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer
ziehen zu koumlnnen
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt mit 1776 M-1 eine deutlich geringere Bindungskonstante
fuumlr die Bindung von N-Methylnikotinamid 51 als die Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 57
241)[75] Dies ist vermutlich auf die deutlich kleinere Kavitaumlt der Pinzette zuruumlckzufuumlhren
Die ∆δsat-Werte scheinen diese Annahme zu unterstuumltzen Im Gegensatz zum Komplex von
N-Methylnikotinamid 51 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 sind die houmlchsten ∆δsat-Werte in
diesem Fall in der Umgebung der N-Methylgruppe zu beobachten Dies laumlsst darauf schlieszligen
dass sich nur dieser Molekuumllteil nahe der Methylgruppe voumlllig in der Kavitaumlt befindet aber
nicht das gesamte Molekuumll Im Gegensatz dazu ist das N-Methylpyraziniumiodid 50 klein
genug um in die Kavitaumlt zu passen Dies zeigt die mit der Bisphosphonat-Klammer 10
uumlbereinstimmende Bindungskonstante[75] Das Kosower-Salz 49 zeigt beim
Bindungsexperiment eine starke Verbreiterung der Signale wodurch die Bestimmung der
Bindungskonstante nicht moumlglich war Die beobachtete Aumlnderung der chemischen
Verschiebung deutet jedoch darauf hin dass auch das Kosower-Salz 49 in der Pinzette
eingeschlossen wird
N+
N
CH3I- 174
127
H N+
O O
I- 095
011
014
HN+
CH3
NH2
O
H
HH
H
258
187266
055100
51Ka = 1776 M-1 plusmn 15
50Ka = 12000 M-1 plusmn 28
I-
49
Abbildung 241 Ergebnisse der Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Salzen und N-Methylpyraziniumiodid 50 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werten mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen
Aufgrund ihrer biologischen Bedeutung wurden bei den Bindungsexperimenten mit der
Pinzette der Schwerpunkt auf die Untersuchung von Ammonium-Salzen gelegt
Erste Experimente mit Benzylaminhydrochlorid 77 und n-Propylaminhydrochlorid 78 zeigten
fuumlr die Komplexierung in der Bisphosphonat-Pinzette 11 zwar sehr groszlige ∆δsat-Werte aber
die korrespondierenden Bindungskonstanten waren geringer als erwartet (Abb 241) Die
Bindung in Methanol scheint dagegen eine houmlhere Bindungskonstante als in Wasser zu
besitzen Dieser Effekt koumlnnte auf den houmlheren Beitrag der Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und dem Gast in dem unpolareren Loumlsungsmittel Methanol sowie auf den
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 58
geringeren Aufwand der betrieben werden muss um das Ammoniumkation zu
desolvatisieren zuruumlckzufuumlhren zu sein Die Bindungskonstanten des Adrenalins 79 und der
Adrenalinvorlaumlufer Noradrenalin 80 und Dopamin 81 sind im Vergleich zu den einfacheren
Aminen Benzylamin 77 und n-Propylamin 78 vermutlich aufgrund des houmlheren sterischen
Anspruchs noch ein wenig niedriger Damit liegen die Bindungskonstanten deutlich unter der
eines bereits bekannten makrozyklischen Adrenalin-Rezeptors auf Bisphosphonat-Basis[136]
Allerdings zeigen diese Experimente dass die Kavitaumlt der Pinzette ausschlaggebend fuumlr die
Bindung ist da einfache aromatische Bisphosphonate Adrenalin zwar in unpolaren
aprotischen Loumlsungsmitteln binden koumlnnen jedoch nicht in Wasser[67 137 138] Dies bedeutet
dass in waumlssriger Loumlsung π-Kation-Wechselwirkungen sowie der hydrophobe Effekt welche
die Kavitaumlt hier besonders auszeichnen zur Komplexierung gebraucht werden
Die Reihe Adrenalin 79 Noradrenalin 80 und Dopamin 81 zeigt anhand der ∆δsat-Werte
deutlich dass ein sterisch weniger anspruchsvoller Gast tiefer in die Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Pinzette 11 hineinragt Waumlhrend beim Dopamin 81 die ∆δsat-Werte deutlich
zeigen dass der Benzol-Ring teilweise noch in die Kavitaumlt hineinragt fungiert beim
Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 die Hydroxy-Gruppe als bdquoStopperldquo Die Protonen des
Benzol-Ringes von Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 zeigen keine Aumlnderung der chemischen
Verschiebung Das Propanolol 82 verhaumllt sich in methanolischer Loumlsung aumlhnlich ndash in
waumlssriger Loumlsung faumlllt der Komplex dagegen als Niederschlag aus
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 59
NH3ClNH3Cl
OHOH
OHNH2Cl
HO
ClH2N
OHOH
OHNH3Cl
OHOH
NH3Cl
H
82Ka = 1361 M-1 plusmn 6
151
265
264
188345201
202
215
055
090057
217 267
77Ka = 115 M-1 plusmn 45
78Ka = 890 M-1 plusmn 11 Ka = 1680 M-1 plusmn 7
79Ka = 390 M-1 plusmn 9
80Ka = 184 M-1 plusmn 22
81Ka = 984 M-1 plusmn 13
Abbildung 242 Ergebnisse der ersten Bindungsuntersuchungen mit Ammonium-Salzen Die Werte mit einem sind fuumlr die Bindung in Methanol
Die deutliche Tendenz bezuumlglich der Groumlszlige von Gaumlsten die von den ∆δsat-Werten angedeutet
wird spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen der Komplexe wieder auch
wenn hier die Unterschiede nicht so eindeutig sind (Abb 243) Im Falle des Dopamin-
Komplexes befindet sich die kurze Alkylkette groumlszligtenteils in der Kavitaumlt und auch der
Benzol-Ring befindet sich nahe an der Kavitaumlt Beim Noradrenalin 80 ist der Benzol-Ring
zwar weiter von der Kavitaumlt entfernt aber die Hydroxy-Gruppe befindet sich groumlszligtenteils
innerhalb der Kavitaumlt In diesem Fall ist es fraglich ob das Ergebnis als zuverlaumlssig betrachtet
werden kann Dieses Ergebnis laumlsst vermuten dass die beiden Wasserstoff-Bruumlcken in
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 60
Wirklichkeit nicht so wichtig fuumlr die Bindung sind wie die berechneten Strukturen vermuten
lassen Die berechnete Struktur fuumlr die Bindung von Adrenalin 79 scheint dem tatsaumlchlichen
Bindungsmodus naumlher zu kommen Der Benzol-Ring ist hierbei noch weiter von der Kavitaumlt
entfernt angeordnet und die Hydroxy-Gruppe befindet sich nicht in der Kavitaumlt Sekundaumlre
Amine wie Adrenalin 79 oder Propanolol 82 werden auch gebunden aber vermutlich wegen
ihres erhoumlhten sterischen Anspruchs weniger schlecht als die primaumlren Aminen
Abbildung 2 43 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Dopamin 81 (Links) Noradrenalin 80 (Mitte) und Adrenalin 79 (Rechts) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 H2O 2000 Schritte)
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren
Biologische Bedeutung von Lysin und Arginin
Lysin und Arginin sind neben ihrer Funktion als Bausteine von Proteinen von fundamentaler
Bedeutung in vielen biologischen Prozessen
bull Proteine die proteosomisch abgebaut werden sollen werden an deren Lysin-Resten
ubiquitinyliert (Kiss of death)[139]
bull Histone werden spezifisch am Lysin-ε-Stickstoffatom acetyliert und deacetyliert um
die Transkription zu aktivieren oder zu unterdruumlcken[140]
bull Lysin ist ein bestimmender Faktor bei der Phosphorylierung von Mannose von
lysomalen Proteinen[141]
bull Der interzellulaumlre Vesikel-Transport wird uumlber Dilysin-Einheiten in Transport-
Proteinen reguliert[142]
bull Das Antibiotikum Vancomycin erkennt die Lys-D-Ala-D-Ala-Sequenz ein wichtiger
Bestandteil der bakteriellen Zellwand[143]
bull Das Signalpeptid KTTKS aktiviert die Regeneration des Kollagens bei beschaumldigten
Zellen Dies ist eine wichtige Erkenntnis fuumlr die anti aging Technologie[144]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 61
bull Die Mitte der Sequenz KKLVFF im Aβ Protein ist die Stelle fuumlr Nukleasen an der die
Aggregation und die darausfolgende Bildung von Plaques anfaumlngt Diese verursachen
wahrscheinlich die Alzheimerrsquosche Krankheit[145]
bull Die RNA-Erkennungsprozesse welche die Transkription kontrollieren beruhen oft
auf einer Komplexbildung mit argininreichen Proteinen wie zB das tat oder Rev
Protein[146]
bull Der RGD-Sequenz ist von essentieller Bedeutung fuumlr die Interaktion von Integrinen
mit Zellen[147 148]
bull Octaarginin-Tags ermoumlglichen es Medikamente die bis zu 100 mal groumlszliger sind als sie
selbst durch die Membran zu transportieren[149]
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung von Arginin und Lysin sind kuumlnstliche
Rezeptoren fuumlr diese Aminosaumluren von besonderem Interesse Bislang sind Lysin-Rezeptoren
auf der Basis von Kronenethern[150 151] dreiarmigen Benzoltrioxazolinen oder auch Calix[4]-
und [5]-arenen bekannt In waumlssriger Loumlsung sind diese Systeme allerdings meist nicht sehr
effektiv[152 153] Mittels einer Anordnung von Carboxylaten uumlber einem aromatischem System
ist die Bindung von Lysin und Arginin uumlber Salzbruumlcken in gepufferter waumlssriger Loumlsung
moumlglich[154]
Die bislang besten Arginin-Rezeptoren sind die von Dougherty et al entwickelten
polyanionischen Cyclophane[155] Die Bindung von Arginin beruht in diesem Fall fast
ausschlieszliglich auf der π-Kation-Wechselwirkung Dagegen basiert die Komplexierung von
Arginin durch die Rezeptoren von Bell et al hauptsaumlchlich auf ionischen Wasserstoffbruumlcken
Diese Rezeptoren werden auch als bdquopolyaromatisches hexagonales Gitterldquo bezeichnet[156 157]
Daneben gibt es einige schwaumlchere Rezeptoren auf Phosphonat- und Sulfonat-Basis[158]
Arginin-Rezeptoren auf Xylylen-Bisphosphonat-Basis sind gute Rezeptoren in polaren
aprotischen Loumlsungsmitteln wo sie das Arginin uumlber eine Kombination aus
Wasserstoffbruumlcken und π-Kation-Wechselwirkungen binden[159] Der erste Rezeptor fuumlr die
RGD-Sequenz nutzt ebenfalls diese Xylyen-Bisphosponat-Einheit zur Erkennung des
Arginin-Restes[160] Eine weitere leistungsfaumlhige Alternative stellt die Bindung von Arginin
mit hochselektiven RNA-Aptamere dar Diese wurde durch in vitro Evolution erhalten[161]
Bindungsexperimente
Ein erstes Bindungsexperiment zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette zeigte eine starke Hochfeldverschiebung sowie eine deutliche
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 62
Verbreiterung der Lysin-Seitenketten-Signale Die Titration in Wasser ergab eine starke
Bindung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Abb 244) Auch bei
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 traten im Bindungsexperiment starke
Hochfeldverschiebungen und Verbreiterungen der Signale auf Das
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 wird ebenfalls stark von der Bisphosphonat-Pinzette
11 gebunden aber schwaumlcher als Lysin In beiden Faumlllen konnten extrem groszlige
Hochfeldshifts an allen Kohlenstoffatomen der Seitenkette beobachtet werden Lediglich die
Protonen der Schutzgruppen zeigten keinen Shift oder wenn dann nur einen geringen
Tieffeldshift
Auch in 25 mM Natriumphosphatpuffer (pH 7 in D2O) bindet die Bisphosphonat-Pinzette
noch Acetyllysinmethylester 83 und Tosylargininmethylester 84 Boc-
Histidinmethylesterhydrochlorid 85 wird deutlich schwaumlcher gebunden (Aufgrund einer
moumlglichen Protonenuumlbertragung vom Imidazoliumion auf die Phosphonate wurden keine
Experimente in reinem Wasser durchgefuumlhrt)
HN
O
O
H2C
NH2
O HCl
057036
157145
HN
O
O
H2C
O
O
NH
N
065079
376
S
HN
O
O
CH2
NH
NHH2NHCl
OO
100068
409329154147
85
Ka = 690 M-1 plusmn 15
84Ka = 7843 M-1 plusmn 25 Ka = 1802 M-1 plusmn 40
83Ka = 23010 M-1 plusmn 18 Ka = 4339 M-1 plusmn 22
Abbildung 244 Ergebnisse der Bindungsstudien mit basischen Aminosaumluren Die Ergebnisse mit einem sind fuumlr Experimente in 25 mM Natriumphosphat-Puffer pH 7 in D2O
Mit anderen nichtbasischen Aminosaumluren zeigte die Bisphosphonat-Pinzette 11 in gepufferter
Loumlsung keine Wechselwirkung (Abb 245)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 63
Abbildung 245 Selektivitaumltsuumlbersicht der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber verschiedenen Aminosaumluren in gepufferten waumlssrigen Loumlsungen (Natriumphosphat pH 7 25 mM) Aufgrund des Fehlens jeglicher Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen der nichtbasischen Aminosaumluren wurde die Bindungskonstante auf 5 M-1 geschaumltzt
Dass die Alkylketten-Protonen des Lysins und des Arginins teilweise ∆δmax-Werte von uumlber
3 ppm zeigten ist ein deutlicher Hinweis darauf dass sie sich bei der Bindung in der Kavitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 befinden muumlssen Im Falle des Lysins zeigten nicht nur die δ-
C- und ε-C-Protonen hohe Shifts sondern auch das α-C-Proton sowie die β-C- und γ-C-
Protonen wenn auch im geringerem Maszlig (Abb 247) Beim Arginin konnte Vergleichbares
beobachtet werden Wahrscheinlich befindet sich nicht das Ammoniumkation bzw
Guanidinumkation in der Kavitaumlt sondern vor allem die Alkylkette (Abb 246) Es wird ein
Pseudorotaxan gebildet wobei die N- und C- Schutzgruppen auf der einen Seite und das
Kation auf der andere Seite als Stopper dienen Vergleichbare Pseudorotaxane entstehen auch
bei der Pinzette mit Naphthalin-Spacer mit (dendritischen) Viologen-Gaumlsten und konnten
beobachtet werden[52 162] Auszligerdem wurde eine vergleichbare Anordnung auch bei der
Bindung von Alkylammoniumsalzen durch Cucurbituril-Rezeptoren beobachtet[163]
Abbildung 246 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte) und Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 (Rechts MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 Die Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
0
1000
2000
3000
4000
5000
Lys Arg His Asp Ser Thr Phe Leu Val Ala Gly
Ka [M-1]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 64
Diese vorgeschlagene Struktur wurde von zusaumltzlichen Experimenten unterstuumltzt In einem
NOESY-Experiment mit einer Loumlsung aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette 11 wurden NOE-Kontakte zwischen den Methylestern sowie der
Acetyl-Gruppe und den Bruumlckenkoumlpfen der Bisphosphonat-Pinzette 11 beobachtet (Abb
247) Diese Kontakte koumlnnen nur auftreten wenn das Lysin wie ein Rotaxan gebunden wird
Die Bindung ist so stark dass sich an den Signalen der aromatischen Protonen der
Bisphosphonat-Pinzette 11 eine Aufspaltung erkennen laumlsst Es findet ein Chiralitaumltstransfer
statt wodurch die beiden Seiten der Pinzette nicht mehr magnetisch aumlquivalent sind
Abbildung 247 Beobachtete NOE-Kontakte zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der Bisphosphonat-Pinzette 11 Am Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 sind die ∆δsat-Werte der Protonen vermerkt
Beim Erwaumlrmen auf 95 degC eines 11-Gemisches aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83
und der Bisphosphonat-Pinzette 11 in Wasser konnte beobachtet werden dass Signale die bei
Raumtemperatur noch breit waren wieder schaumlrfer wurden Dies bedeutet dass bei
Raumtemperatur die Rotation des Gastes in der Kavitaumlt eingeschraumlnkt wird
Diese Beobachtungen deuten daraufhin dass die Inklusion der Seitenketten der Aminosaumluren
in der Kavitaumlt zu starken Van-der-Waals-Wechselwirkungen fuumlhrt unterstuumltzt von
elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem kationischen
Aminosaumlure-Rest Dieser Bindungsmodus bietet eine gute Erklaumlrung fuumlr die erhoumlhte Affinitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber Lysin und Arginin Mit den oben dargelegte
Bindungskonstanten gehoumlrt die Bisphosphonat-Pinzette 11 zu den besten Rezeptoren fuumlr
basische Aminosaumluren die bis heute bekannt sind Lediglich die oben beschriebenen RNA-
Aptamere erreichen in Puffer eine Bindungskonstante von 13000 M-1[161] Bis heute sind keine
Rezeptoren bekannt die eine so hohe Affinitaumlt fuumlr Lysin besitzen wie die Bisphosphonat-
Pinzette Der von Bell et al beschriebene selektive Lysin-Rezeptor mit einer
Bindungskonstante gt 105 M-1 in Methanol zeigt in Wasser eine sehr starke Aggregation[157]
HN NH3+
O
OH3C
OCH3
H
H
H
H
H05
14
14
gt 30
gt 40O
POCH3
-O PO-CH3
O
H
H
H
H
NOESY
HHH
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 65
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
Um das Gastprofil zu erweitern wurden kurze arginin- und lysinhaltige Peptidsequenzen von
biologischer Bedeutung auf ihre Bindungseigenschaften in der Bisphosphonat-Pinzette 11
uumlberpruumlft Die beiden argininhaltigen Peptide RGD 86 und GRGG 87 werden beide in
neutralen gepufferten waumlssrigen Loumlsungen mit hohen Bindungskonstanten an die
Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb 248)
86RGD Ka = 986 M-1 plusmn 10 RGD Ka = 1175 M-1 plusmn 16
H2NNH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
HN
NH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
87GRGG Ka = 861 M-1 plusmn 12
206
746
221458341
088092
202150
Abbildung 248 Bindungsexperimente mit argininhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte gelten fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( reines D2O)
Auch die lysinhaltigen Peptide KAA 88 KTTK 89 KTTKS 90 und KKLVFF 91 werden in
neutraler gepufferter waumlssriger Loumlsung an die Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb
249) Die Bindungskonstanten liegen wie schon bei den einzelnen Aminosaumluren uumlber denen
der argininhaltigen Derivate Peptide die zwei Lysine enthalten werden sogar deutlich besser
gebunden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 66
H2NNH
O
NH2
HN
OOH
OH
CH3COOH
KAA 88 Ka = 1179 M-1 plusmn 11
103
029
H2NNH
O
NH2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
KKLVFF 91 Ka = 37800 M-1 plusmn 33
014
014 012
012
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
NH2
H
H
KTTK 89 Ka = 5512 M-1 plusmn 32 (21)
041
041
042
042
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
NH2
H
H
OH
O
OH
039
039
262
262
KTTKS 90 Ka = 4152 M-1 plusmn 29 (21)
Abbildung 249 Bindungsexperimente mit lysinhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte sind fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11) Die ∆δsat-Werte sind an den Protonen vermerkt
Die Werte fuumlr ∆δsat sowie das Fehlen von Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen in den
anderen Aminosaumluren deuten daraufhin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen
Aminosaumluren vergleichbar ist Die fuumlr RGD 86 im Molecular Modelling erhaltene Struktur
zeigt jedoch dass sich die Guanidinium-Einheit in der Mitte der Kavitaumlt befindet (Abb 250)
Allerdings wird vom N-Terminus zum Phosphonat eine Wasserstoffbruumlcke ausgebildet die
diese Anordnung zumindestens im Modelling energetisch guumlnstiger erscheinen laumlsst Die
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 67
chemischen Verschiebungen im Komplex deuten dagegen darauf hin dass eine Rotaxan-
aumlhnliche Anordnung wahrscheinlicher ist
Abbildung 250 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von RGD 86 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte)
Im Fall von KTTK 89 und KTTKS 90 liegen die Bindungskonstanten uumlber denen der Peptide
die ein Lysin oder ein Arginin enthalten Dies duumlrfte darauf zuruumlckzufuumlhren sein dass in
diesen Peptiden zwei Bindungsstellen angeboten werden Der Job-Plot bestaumltigt dass es sich
in diesem Fall um einen 21 Komplex handelt Die chemischen Verschiebungen deuten auch
hier darauf hin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen Aminosaumluren vergleichbar
ist Diese Annahme wird von einer Molecular Modelling Untersuchung unterstuumltzt
(Abb 251) Diese Untersuchung zeigt zusaumltzlich dass wenn sich zwei Lysin-Reste nicht
direkt nebeneinander befinden ein 21 Komplex moumlglich ist ohne dass sich zwei
Bisphosphonat-Pinzetten dabei gegenseitig behindern Zusaumltzlich zu den Van-der-Waals-
Wechselwirkungen koumlnnen in diesem Komplex einige Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und Amonium-Kationen des Peptids ausgebildet werden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 68
Abbildung 251 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KTTKS 90 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 OPLS-AA H2O 10000 Schritte)
KKLVFF 91 konnte aufgrund der geringen Loumlslichkeit nicht in waumlssrigem Puffer untersucht
werden In 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11 zeigt sich eine
sehr groszlige Bindungskonstante gepaart mit geringen Aumlnderungen der chemischen
Verschiebung Zwei N-terminale Lysin-Reste bevorzugen in D2O Methanol-d4 = 11
anscheinend eine Art Cluster mit dem Bisphosphonat der durch Coulomb-Wechselwirkungen
zusammengehalten wird
Abbildung 252 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KKLVFF 91 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 10000 Schritte)
236 Einfluss von dipolaren aprotischen Kosolventien
Durch Zugabe von 1000 Aumlquivalenten eines dipolar aprotischen Loumlsungsmittels wie DMSO
oder Acetonitril kann die Bindung von Gaumlsten ruumlckgaumlngig gemacht werden Die chemischen
Verschiebungen des Gastes kehren nach der Zugabe des Loumlsungsmittels komplett zu ihren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 69
Ausgangswerten zuruumlck Diese Loumlsungsmittel konkurrieren offensichtlich mit dem Gast bei
der Komplexierung und verdraumlngen den Gast aus der apolaren Kavitaumlt Ein aumlhnlicher Effekt
konnte bereits an der festen Phase mit immobilizierten Pinzetten beobachtet werden[63]
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette)
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt ein breites Gastprofil N-Alkylierte Pyridinium-Salze
werden stark in der Pinzette gebunden Allerdings werden nur para-substituierte
Verbindungen stark gebunden Wird das Substitutionsmuster geaumlndert findet kein effektiver
Einschluss in der Kavitaumlt mehr statt Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass die
Kavitaumlt der Pinzette im Gegensatz zur Kavitaumlt der Klammer nach unten abgeschirmt ist
Im Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer bindet die Bisphosphonat-Pinzette 11 auch
Ammonium-Kationen Die Bindungskonstante korreliert mit dem sterischen Anspruch der
Substituenten Je sperriger die Substituenten sind desto niedriger wird die
Bindungskonstante Die bestimmten ∆δsat-Werte bestaumltigen diese Vermutung da in der Naumlhe
der Substituenten in der Regel keine oder nur sehr kleine Shifts beobachtet wurden Es
werden sowohl primaumlre als auch sekundaumlre Amine gebunden wobei jedoch primaumlre Amine
vermutlich aufgrund ihres geringeren sterischen Anspruch besser gebunden werden
Interessanterweise werden die basischen Aminosaumluren Arginin und Lysin erheblich besser
gebunden (bis zu 20000 M-1 im Vergleich zu 800 M-1 fuumlr einfache Amine) Die
Untersuchungen haben ergeben dass dies vermutlich auf die Ausbildung einer
Pseudorotaxan-aumlhnlichen Struktur zuruumlckzufuumlhren ist Die Aminosaumlure-Seitenkette wird
durch die Kavitaumlt gefaumldelt das Ammonium-Kation und die N- und C-terminalen
Schutzgruppen dienen als Stopper Das Ammonium-Kation wird zusaumltzlich von einer
Wasserstoff-Bruumlcke zum Phosphonat fixiert waumlhrend die Alkylkette starke Coulomb-
Wechselwirkungen eingehen kann Die Bindung bleibt auch in gepufferter Loumlsung erhalten
Durch Versuche mit Modellpeptiden konnte gezeigt werden dass die basischen Aminosaumluren
auch in peptidischer Umgebung gebunden werden und vor allem dass andere Aminosaumluren
nicht gebunden werden Zwei weitere interessante Beobachtungen wurden dabei gemacht
Wenn zwei Lysin-Reste im Peptid vorhanden sind die durch weitere Aminosaumluren
voneinander getrennt sind koumlnnen beide einzeln von Bisphosphonat-Pinzetten gebunden
werden (21-Komplex) Bei der Betrachtung von KKLVFF 91 in einem Wasser Methanol-
Gemisch fiel jedoch auf dass in diesem Fall die Ausbildung eines Clusters mit den
Bisphosphonaten bevorzugt wird In diesem Fall ist es anscheinend guumlnstiger
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 70
Wasserstoffbruumlcken von den Ammonium-Kationen zu den Bisphosphonaten auszubilden
anstatt die Lysin-Seitenketten in der Kavitaumlt einzuschlieszligen
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 241 Einleitung
Als einzige physikalische Messmethode bietet die isothermale Titrationskalorimetrie (ITC)
die Moumlglichkeit die globalen thermodynamischen Groumlszligen ∆Hdeg ∆Gdeg ∆Sdeg sowie die
Bindungskonstante Ka und die Stoumlchiometrie n eines Komplexes in einem einzigen
Experiment zu bestimmen Wenn bei verschiedenen Temperaturen gemessen wird kann sogar
die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt bestimmt werden[164-167]
In einem ITC-Experiment wird die Energetik einer Komplexierung bei konstanter Temperatur
gemessen Das Ziel dabei ist es eine Kurve zu erhalten die die Saumlttigung des Wirtes in Bezug
auf die Konzentration des zu bindenden Gastes wiedergibt die sogenannte
Bindungsisotherme[168 169]
Fuumlr eine Messung werden kleine Mengen des Gastes mit Hilfe einer computergesteuerten
Spritze in eine Loumlsung des Wirtes welche in der Messzelle vorgelegt wird titriert Bei der
Injektion wird vom System Waumlrme aufgenommen (endotherme Reaktion) oder abgegeben
(exotherme Reaktion) Diese Waumlrme wird im Vergleich zu der nur mit Loumlsungsmittel
gefuumlllten Referenzzelle gemessen Beide Zellen befinden sich in einer adiabatischen Huumllle
und werden unabhaumlngig voneinander mit Heizelementen geheizt Thermoelemente messen die
Temperaturdifferenz zwischen den beiden Zellen einerseits und den Zellen und dem
adiabatischen Schild andererseits Sie sorgen dafuumlr dass die Temperaturdifferenz zwischen
den beiden Zellen moumlglichst gering ist (Abb 253)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 71
Abbildung 253 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
Gemessen wird letztendlich der Unterschied der Heizleistung die gebraucht wird um beide
Zellen auf der gleichen (voreingestellten) Temperatur zu halten Das Detektionslimit des
Geraumltes liegt bei ca 05 microcal (ca 2 microJ) und entspricht etwa einer Temperaturaumlnderung in der
Messzelle von 10-6 K Eine Messung kann dann als ausreichend aufgeloumlst betrachtet werden
wenn die gemessene Signalhoumlhe mindestens 01 microcals (ca 04 microJs) betraumlgt[170]
242 Theoretische Grundlagen
Fuumlr die Bildung eines Komplexes (WG) aus Gast (G) und Wirt (W) gilt das
Massenwirkungsgesetz
[ ][ ][ ]GW
WGKa = (Gleichung 21)
Die Gesamtkonzentration des Wirtes [W]tot und des Gastes [G]tot sind wie folgt definiert
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
Spritzenstempel
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 72
[ ] [ ] [ ]WGGG tot += (Gleichung 22)
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ]GK
WGWGWWGWa
tot +=+= (Gleichung 23)
Nach Aufloumlsen der Gleichung 22 nach [G] und einsetzen in Gleichung 23 wird die folgende
quadratische Gleichung erhalten
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 012 =+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minusminusminus+ tottot
Atottot GW
KGWWGWG (Gleichung 24)
Durch ziehen der Wurzel ergibt sich aus Gleichung 24 folgende Loumlsung fuumlr die
Konzentration des Wirt-Gast-Komplexes
[ ]2
42 abbWG
minusminusminus= (Gleichung 25)
mit
[ ] [ ]A
tottot KGWb 1
minusminusminus= (Gleichung 26)
und
[ ] [ ] tottot GWa = (Gleichung 27)
Nach Ableitung von Gleichung 25 nach der Gesamtkonzentration des Gastes [G]tot ergibt sich
nach Umformen der erhaltenen Gleichung folgender Ausdruck
[ ][ ] ( ) ( ) 22 112
2211
21
rrXX
Xr
GdWGd
rr
r
tot ++minusminus
minus+
minus+= (Gleichung 28)
mit
[ ] totA WKr 1
= (Gleichung 29)
und
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 73
[ ][ ] tot
totr W
GX = (Gleichung 210)
In einem Titrationsexperiment werden kleine Volumina der Gastloumlsung in die Messzelle mit
der Wirtloumlsung eingespritzt Bei der Einspritzung wird eine bestimmte Waumlrme Q freigesetzt
oder absorbiert Ziel ist es einen Ausdruck fuumlr die Waumlrmemenge Q im Zusammenhang mit
den Konzentrationen der vorliegenden Reaktionspartner in der Messzelle zu finden Dabei
haumlngt Q ab von
1) dem Zellvolumen V
2) den Konzentrationen der Reaktionspartner in der Messzelle
3) der Molaren Bindungsenthalpie ∆Hdeg
4) der Stoumlchiometrie
5) der Menge des eingespritzten Gastes
Wird beruumlcksichtigt dass mit der Abnahme an unkomplexiertem Wirt die freigesetzte
Waumlrmemenge Q verringert wird ergibt sich die nachfolgende Gleichung 211 Die Aumlnderung
d[WG] der Konzentration [WG] ist somit proportional zur Aumlnderung dQ der Waumlrmemenge Q
[ ] VHWGddQ sdotdeg∆sdot= (Gleichung 211)
Der Term d[WG] beruumlcksichtigt somit die Konzentrationen der Reaktionspartner in der
Messzelle die Stoumlchiometrie und die Menge des eingespritzten Gastes von denen die
Waumlrmemenge Q abhaumlngig ist
Durch Einsetzen von Gleichung 28 in Gleichung 211 ergibt sich fuumlr eine Bindungsreaktion
zwischen einem Wirt und einem Gast im Verhaumlltnis 11 folgende Gleichung
[ ] ( ) ( ) ⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
++minusminus
minus+
minus+deg∆=sdot
22 11222
11
211
rrXX
Xr
HGddQ
Vrr
r
tot
(Gleichung 212)
Waumlhrend einer Messung wird die differenzielle Waumlrme [ ] totGddQ bestimmt Dieser Wert
haumlngt nicht von der absoluten Konzentration des Wirtes [W]tot in der Messzelle ab
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 74
In Abb 254 sind Bindungskurven dargestellt die nach Gleichung 212 simuliert wurden Um
die Kurven besser beschreiben zu koumlnnen wird der Parameter c eingefuumlhrt der reziprok zum
Wert r aus der Gleichung 29 ist
[ ] totA WKr
c ==1 (Gleichung 213)
Liegt eine sehr starke Bindung (c = infin) eines Gastes an einem Wirt vor werden alle Molekuumlle
des Gastes sofort gebunden bis die Saumlttigung des Wirtes eintritt dh bis alle Bindungsstellen
besetzt sind Als Bindungskurve ergibt sich dann eine Stufenfunktion mit der Houmlhe ∆Hdeg
∆Hdeg
001
1
5
40500
infin
1 20
05
[ ] [ ] tottot WG
Abbildung 254 Simulierte Bindungsisotherme fuumlr eine endotherme Reaktion nach Gleichung 212 fuumlr verschiedene Parameter c = KA [W]tot Die verschiedenen Werte fuumlr c sind in der Abbildung dargestellt
Fuumlr eine relativ starke Bindung mit c = 10 - 500 wird aus der Stufenkurve eine sigmoidale
Kurve deren Verlauf stark von dem Parameter c abhaumlngt Schwache Bindungen ergeben
dagegen fast horizontale Bindungskurven (c lt 5)
Der c-Wert ist ein hilfreiches Werkzeug um Konzentrationen fuumlr Bindungsexperimente
abschaumltzen zu koumlnnen Ist bereits uumlber eine andere Methode eine Bindungskonstante bekannt
so kann leicht der optimale Konzentrationsbereich fuumlr eine Messung abgeschaumltzt werden Die
Konzentration der Komponente in der Spritze sollte das 12- bis 15-fache der Konzentration in
der Messzelle betragen Ist keine Bindungskonstante bekannt so kann die Konzentration
anhand Abb 254 nachtraumlglich geaumlndert werden falls die Messkurve noch nicht dem
gewuumlnschten sigmoidalen Kurvenverlauf entspricht[171 172]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 75
Wie oben beschrieben wird der Heizstrom der zum Erwaumlrmen der Messzelle gebraucht wird
gemessen Das Messsignal wird angegeben in microcals gegen die Zeit aufgetragen Es resultiert
eine Kurve wie sie in der oberen Haumllfte von Abbildung 255 dargestellt ist Eine Integration
der oberen Kurve uumlber die Zeit ergibt die untere Kurve
Abbildung 255 Eine typische ITC-Messung Die obere Haumllfte zeigt das Messergebnis dabei steht jeder Peak fuumlr eine Injektion Die untere Kurve entsteht durch Integration der oberen Kurve
Die Berechnung der Kurve erfolgt vollautomatisch mit Hilfe eines Rechners und der
entsprechenden Software Anhand einer mathematischen Anpassungsfunktion
(Gleichung 212) die eine Levenberg-Marquardt Iteration verwendet um den sigmoidalen
Kurvenverlauf zu erhalten wird die Kurve an die erhaltenen Messpunkte angepasst Aus dem
Kurvenverlauf berechnet sich der Wert der Bindungskonstante KA die Stoumlchiometrie der
Reaktion und die Enthalpie ∆Hdeg als gesamte Waumlrmetoumlnung der Reaktion Die freie Enthalpie
∆Gdeg und die Entropie ∆Sdeg koumlnnen anschlieszligend daraus uumlber Gleichung 214 und 215
berechnet werden (Abb 256)[170 171 173]
aKRTG lnminus=deg∆ (Gleichung 214)
deg∆minusdeg∆=deg∆ STHG (Gleichung 215
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 76
Abbildung 256 Ein Beispiel fuumlr eine typische ITC Messung Die durchgezogene Kurve repraumlsentiert das Ergebnis der Kurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate Der Achsenabschnitt auf der Ordinate ergibt die Bindungsenthalpie ∆Hdeg aus dem Kurvenverlauf laumlsst sich die Bindungskonstante KA und damit auch die Freie Bindungsenthalpie ∆Gdeg bestimmen[171]
Bei der Bestimmung von ∆Hdeg sollte beruumlcksichtigt werden dass das ∆Hdeg welches aus der
Messung erhalten wird die Waumlrmeentwicklung aller bei der Komplexierung auftretender
Effekte enthaumllt So koumlnnen bei der Komplexierung zB auch Protonenuumlbertragungen
stattfinden die ebenfalls Waumlrmeentwicklung erzeugen Diese Waumlrmeentwicklung sollte bei
der Auswertung beruumlcksichtigt werden[174]
Die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt kann bestimmt werden indem uumlber einen groumlszligeren
Temperaturbereich mehrere Messungen durchgefuumlhrt werden Dabei wird die Aumlnderung der
Waumlrmekapazitaumlt erhalten indem die Bindungsenthalpie bei mehreren Temperaturen bestimmt
wird und gegen die Temperatur aufgetragen wird Aus der Steigung des Graphen kann ∆Cp
nach folgender Gleichung bestimmt werden[166 167 169]
12
1T2Tp TT
HHCminus
deg∆minusdeg∆=∆ (Gleichung 216)
00 05 10 15 20 25-30
-25
-20
-15
-10
-05
00
Molares Verhaumlltnis
kcal
mol
pro
Inje
ktio
n
∆Gdeg
Stoumlchiometrie
∆Hdeg
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 77
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Titration von Thiamin 75 zu einer Loumlsung der Bisphosphonat-Klammer 24 ergab die in
Abb 257 abgebildet Titrationskurve
Titration von 75 zu 24 ∆Hdeg -2312 plusmn 024 kJmol Ka 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 M-1
n 0774 plusmn 0006 -T∆Sdeg -093 kJmol
Abbildung 257 Ergebnisse der ITC Messung von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Messungen zeigen eine gute Uumlbereinstimmung mit dem aus NMR-Titrationen enthaltenen
Ergebnis Die Stoumlchiometrie erreicht annaumlhernd eine 11 Stoumlchiometrie Die Abweichung ist
zum Teil auf die stark hygroskopische Natur des Bisphosphonates 24 zuruumlckzufuumlhren Die
Bindung ist nahezu ausschlieszliglich enthalpisch getrieben der Beitrag der Entropie ist
vernachlaumlssigbar klein Im Gegensatz dazu konnte in Messungen von NAD+ an die
Bisphosphonat-Klammer 10 ein erheblicher entropischer Anteil beobachtet werden[75] Diese
Ergebnisse deuten auf einen starken Beitrag von π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175]
sowie auf den nicht-klassischen hydrophoben Effekt hin[10]
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 78
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Die Titration von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
ergab die in Abb 258 abgebildete Titrationskurve
Titration von 83 zu 11 ∆Hdeg -2641 plusmn 016 kJmol Ka 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 M-1
n 0735 plusmn 0003 -T∆Sdeg -235 kJmol
Abbildung 258 Ergebnis der ITC-Messung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Auch die Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigen eine gute Uumlbereinstimmung
mit den Ergebnissen aus den NMR-Titrationen Wie bei der Bisphosphonat-Klammer 24 ist
auch hier die Abweichung der Stoumlchiometrie vermutlich auf den hohen hygroskopischen
Charakter des Bisphosphonates zuruumlckzufuumlhren Wie bereits bei der Bisphosphonat-Klammer
24 beobachtet wurde ist auch hier der Beitrag der Entropie zur Bindung klein Entsprechend
werden auch in diesem Fall die π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175] sowie der nicht-
klassische Hydrophobe Effekt[10] die entscheidenden Wechselwirkungen bei der
Komplexierung sein Diese Ergebnisse unterstuumltzen den oben beschriebenen Bindungsmodus
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
3 Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthese der Bisphosphonat-Klammer modifiziert so
dass nicht laumlnger das Tetrabutylammonium-Salz aus der Synthese erhalten wird sondern das
Lithium-Salz Dies hat den Vorteil dass das Endprodukt nicht laumlnger mit geringen Mengen
Kieselgel verunreinigt ist Viel wichtiger ist jedoch die Tatsache dass Lithium als Gegenion
im Gegensatz zu Tetrabutylammonium nicht in der Kavitaumlt der Klammer gebunden wird und
so nicht in Konkurrenz zu den Gaumlsten tritt Parallel dazu gelang es erstmals die Pinzette 11
mit Bisphosphonat-Einheiten herzustellen und dadurch wasserloumlslich zu machen Sowohl die
Bisphosphonat-Klammer 24 als auch die Bisphosphonat-Pinzette 11 werden
syntheseoumlkonomisch modular aus der gleichen Spacer-Einheit 14 aufgebaut
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
Abbildung 31 Die in dieser Arbeit synthetisierten Bisphosphonat-Klammern 10 (Gegenion Tetrabutylammonium) und 24 (Gegenion Lithium links) und Bisphosphonat-Pinzette 11 (rechts)
Im Falle der Bisphosphonat-Klammer wurde die bereits bekannte Bindung von NAD+ 52
naumlher untersucht Die Bindung des NAD+ 52 beruht auf Kation-π- und π-π-Wechselwirkungen
in Kombination mit hydrophoben Effekten und elektrostatischen Wechselwirkungen Da
theoretisch zwei Bindungsmoden bei der Bindung von NAD+ 52 moumlglich sind (Abb 32)
wurden in der Mitte durchtrennte NAD+-Fragmente ebenfalls auf ihre Bindungseigenschaften
hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass sowohl Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54
als auch Adenosinmonophosphat (AMP) 56 an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden
Interessanterweise ist die Bindungskonstante von NMN 54 jedoch etwa sechs mal houmlher als
die des AMP 56 Eine genaue Betrachtung des elektrostatischen Oberflaumlchenpotentials von
NAD+ 52 zeigt dass der Nikotinamid-Ring im Vergleich zum Adenin-Ring wesentlich staumlrker
positiv geladen ist Dies erklaumlrt die unterschiedlichen Bindungskonstanten und deutet an dass
die beiden vorgeschlagenen Strukturen im Gleichgewicht vorliegen welches deutlich auf der
Seite der Inklusion des Nikotinamids liegen muss Die Bindung von NAD+ 52 scheint stark
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
3 Zusammenfassung und Ausblick 80
vom pH-Wert abhaumlngig zu sein Die geringen beobachteten ∆δsat-Werte des Komplexes
kehren zu den gewohnten hohen ∆δsat-Werte zuruumlck wenn der Komplex in Puffer betrachtet
wird Die Bindung scheint somit auch vom Protonierungsgrad der Phosphate abhaumlngig zu
sein Die genaueren Zusammenhaumlnge sollen in der Zukunft untersucht werden[94]
Abbildung 32 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Links befindet sich das Nikotinamid in der Kavitaumlt rechts das Adenin
NMR-Messungen bei tiefen Temperaturen sollten mehr Hinweise in Hinblick auf den
Bindungsmodus geben jedoch werden diese Messungen durch die aumluszligerst geringe Loumlslichkeit
erschwert
In Zukunft soll getestet werden ob die Bisphosphonat-Klammer mit einer Erkennungseinheit
fuumlr Ribosen versehen werden kann um so eine selektivere Bindung von NAD+ 52 zu
erreichen[176] Eine weitere interessante Frage ist die ob das elektrochemische Potential von
NAD+ 52 durch Komplexierung an die Bisphosphonat-Klammer 10 geaumlndert werden kann
Das Potential wird vermutlich durch die Komplexierung abgesenkt werden Daran schlieszligt
sich die naumlchste Frage an naumlmlich ob durch Komplexierung des NAD+ das Gleichgewicht
von enzymatischen Reaktionen verschoben werden kann Die Bindungskonstante fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 in der Bisphosphonat-Klammer ist konkurrenzfaumlhig mit der fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 an bestimmte Alkoholdehydrogenasen Manche Dehydrogenasen
binden NAD+ 52 mit einer Bindungskonstante von etwa 103 M-1 waumlhrend NADH meist viel
staumlrker (ca 105 M-1) gebunden wird[177]
3 Zusammenfassung und Ausblick 81
Schlieszliglich koumlnnte man versuchen aus der Bisphosphonat-Klammer einem nichtkovalent
gebundenen Zinkion einem Alkoholat und eingeschlossenem NAD+ 52 ein kuumlnstliches
proteinfreies Enzym zu schaffen
Weiterhin wurde festgestellt dass die basische Aminosaumlure Arginin nicht an die
Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Histidin ist vermutlich fuumlr eine Protonenuumlbertragung auf
die Phosphonate verantwortlich wird aber ebenfalls nicht in der Kavitaumlt gebunden Diese
Erkenntnis ist aumluszligerst wichtig fuumlr zukuumlnftige biologische Experimente mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 Dies bedeutet dass Experimente mit NAD+-abhaumlngigen Proteinen in Gegenwart
der Klammer durchgefuumlhrt werden koumlnnen da nicht zu befuumlrchten ist dass die
Bisphosphonat-Klammer 10 an eine der Aminosaumluren des Proteins bindet und damit ihre
eigene Kavitaumlt blockiert
Die Einlagerung von N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin (A2E) 58 in der Bisphonat-
Klammer 10 eroumlffnet vielleicht eine Moumlglichkeit zur Therapie der altersbedingten
Makuladegeneration (AMD) Fuumlr diese Krankheit die im Wesentlichen von dem in der Retina
gebildeten Naturstoff A2E 58 verursacht wird gibt es bislang keine effektiven Wirkstoffe
Man kann bis heute lediglich den Krankheitsverlauf bremsen Trotz ihrer hohen Ladung
koumlnnte die Bisphosphonat-Klammer also therapeutische Anwendungen finden Dafuumlr spricht
dass bereits eine Zellgaumlngigkeit von anderen hochgeladenen Verbindungen nachgewiesen
wurde[178] Es konnte auszligerdem bereits gezeigt werden dass sich die Bisphosphonat-Klammer
10 in einfache Modellmembranen einlagert In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit
Epithelzellen wurde gezeigt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 die A2E-induzierte
Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das Potential der
Bisphosphonat-Klammer sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist In Zukunft soll die
Bisphosphonat-Klammer mit Resten modifiziert werden welche die Bindung von A2E 58
verbessern sollen wie zB laumlngere Alkylsubstituenten oder auch Dendrimere am
Phosphoratom die Van-der-Waalswechselwirkungen mit den Ketten des A2Es 58 eingehen
koumlnnen
Da bei der naumlheren Untersuchung des Komplexes von NAD+ 52 mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 interessanterweise festgestellt wurde dass sowohl das Adenosin-Nukleosid als
auch das entsprechende -Nukleotid gebunden werden wurde diese Eigenschaft genauer
uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 alle 2rsquo-Deoxy-
3 Zusammenfassung und Ausblick 82
Nukleoside mit hohen Bindungskonstanten bindet (2000 bis 8000 M-1) Die besten
Bindungskonstanten wurden bei der Bindung von 2rsquo-Deoxythymidin 60 und
2rsquo-Deoxyadenosin 55 beobachtet Im Gegensatz dazu wird lediglich das Nukleotid
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 schwach an die Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden
(etwa 1000 M-1) Somit unterscheidet die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen
Nukleosiden und Nukleotiden Die Ursache liegt wahrscheinlich in der Abstoszligung der negativ
geladenen Phosphate der Nukleotide durch die ebenfalls negativ geladenen Phosphonate der
Klammer Eine interessante Frage die in der Zukunft geklaumlrt werden sollte ist die moumlgliche
Erkennung von AMP 56 in biologischer Umgebung mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Wenn dies moumlglich ist koumlnnte es moumlglich sein die Bisphosphonat-Klammer eventuell als
Adenosin-selektiven DNA-Interkalator zu benutzen[179 180]
Da auch Wirkstoffe auf Nukleosidbasis an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden sollte trotz
der relativ geringen Bindungskonstante fuumlr AZT 68 uumlberpruumlft werden ob die Bisphosphonat-
Klammer 10 als Carrier fuumlr Nukleosid-Wirkstoffe benutzt werden kann
Um das Gastprofil der Bisphosphonat-Klammer 10 zu erweitern wurden Thiazioliumsalze
auf ihre Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass Thiamin 75 und
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 mit hohen Bindungskonstanten an die Bisphosphonat-
Klammer 51 binden Die Bisphosphonat-Klammer 10 ist damit der erste in der Literatur
beschriebene kuumlnstliche Rezeptor fuumlr Thiamin 75 Bei der genaueren Untersuchung des
Bindungsmodus deutet vieles auf einen dynamischen Komplex hin Das Molecular
Modelling-Experiment liefert eine Struktur die das zeitliche Mittel eines dynamischen
Prozesses wiederzuspiegeln scheint (Abb 33) Zusaumltzlich zeigt diese statische Struktur
deutliche Uumlbereinstimmungen mit der natuumlrlichen bdquoV-Konformationldquo im Protein Es scheint
so als wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen
so dass immer einer der beiden Aromate eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingeht Isothermale Titrationskalorimetrie-Experimente haben
gezeigt dass die Komplexierung sehr stark enthalpisch getrieben ist Der entropische Beitrag
ist nahezu vernachlaumlssigbar klein Dies koumlnnte auf einen Beitrag von nichtklassischen
hydrophoben Effekten hinweisen
Da TPP 76 im Protein sehr stark (ca 106 M-1) gebunden wird kann die Bisphosphonat-
Klammer 10 hier nicht zur Beeinflussung des enzymatischen Gleichgeweichts genutzt
werden[128] Allerdings koumlnnte im Modellexperiment versucht werden mit Hilfe der
Bisphosphonat-Klammer 10 TPP-vermittelte enzymatischen Reaktionen wie zB
3 Zusammenfassung und Ausblick 83
Umpolungsreaktionen ohne Enzym durchzufuumlhren[181] Die von der Klammer geaumlnderte
Mikroumgebung und das in der Kavitaumlt gebundenen TPP 76 sollten dies ermoumlglichen[182]
Abbildung 33 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte)
Mit der Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11 gelang es erstmals diese in wasserloumlslicher
Form herzustellen (Abb 31) Nur schlanke para-substituierte N-alkylierte Pyridiniumsalze
werden sehr stark in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Wird allerdings das
Substitutionsmuster geaumlndert so wird der Gast sterisch zu anspruchsvoll fuumlr die Kavitaumlt und
die Bindungskonstante wird deutlich kleiner Dies zeigt sich auch bei der Untersuchung von
einfachen Ammoniumsalzen mit unterschiedlichem Substitutionsmuster
Von besonderem Interesse ist das Bindungsverhalten der basischen Aminosaumluren Arginin und
Lysin Sowohl Tosylargininmethylester 84 als auch Acetyllysinmethylester 83 werden mit
hohen Bindungskonstanten in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Das gilt auch noch
fuumlr die gepufferte Loumlsung Eine Untersuchung des Bindungsmodus zeigt dass Wirt und Gast
dabei eine Pseudorotaxan-aumlhnliche Struktur bilden (Abb 34) Dabei fungieren die
Schutzgruppen sowie das Ammoniumkation jeweils als Stopper und tragen so erheblich zur
houmlheren Bindungskonstante bei Eine mikrokalorimetrische Untersuchung zeigte dass genau
wie bei der Bisphosphonat-Klammer 10 der Beitrag der Entropie im Vergleich zum Beitrag
der Enthalpie zur Bindung sehr gering ist Dies spricht ebenfalls fuumlr starke elektrostatische
und dispersive Wechselwirkungen evtl unterstuumltzt vom nichtklassischen hydrophoben
Effekt Die Effektivitaumlt der Bisphosphonat-Pinzette 11 konnte durch Bindungsexperimente
mit verschiedenen Modellpeptiden gezeigt werden Fuumlr alle Modellpeptide wurde eine starke
Bindung in gepufferter waumlssriger Loumlsung gefunden Dabei konnte auch gezeigt werden dass
andere Aminosaumluren als basische nicht von der Bisphosphonat-Pinzette 11 komplexiert
3 Zusammenfassung und Ausblick 84
werden Durch Zugabe von DMSO oder Acetonitril kann die Bindung von Lysin zB wieder
ruumlckgaumlngig gemacht werden Bei der Untersuchung der Modellpeptide gab es auszligerdem
Hinweise auf eine Sequenzspezifizitaumlt in Hinblick auf den Abstand von mehreren Lysin-
Resten Peptide mit zwei Lysin-Resten direkt nebeneinander scheinen sich anders zu
verhalten als Peptide mit zwei Lysin-Resten die durch mehrere Aminosaumluren voneinander
getrennt sind
Abbildung 34 Ergebnis der Monte Carlo-Simulationen des Komplexes von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen)
In Zukunft soll die Bisphosphonat-Pinzette mit einer Erkennungseinheit fuumlr Aspartat versehen
werden um so einen selektiven Rezeptor fuumlr die wichtige Peptidsequenz RGD 86 zu schaffen
Ebenso sollen andere wichtige Modell- und Signalpeptide mit hoher Selektivitaumlt angesteuert
werden so dass neuartige Sensoren oder Wirkstoffe entstehen
4 Experimenteller Teil 85
4 Experimenteller Teil 41 Material und Methoden
Chemikalien
Die eingesetzten Chemikalien wurden bei den Firmen Acros Organics (Geel Belgien)
Aldrich Chemical Co (Taufkirchen) Bachem (Bubendorf Schweiz) Fluka (Taufkirchen)
und Sigma (Taufkirchen) bezogen und falls nicht anders angegeben in der erhaltenen Qualitaumlt
eingesetzt
Loumlsungsmittel
Die verwendeten Loumlsungsmittel wurden vor Gebrauch destilliert und bei Bedarf nach
Standardmethoden absolutiert[183 184] Das benutzte Wasser war entionisiert und wurde im
Bedarfsfall nochmals uumlber eine ELGA Purelab UHQ Anlage entionisiert
Chromatographie
Fuumlr duumlnnschichtchromatographische Analysen kamen mit Kieselgel 60 beschichtete
Aluminiumplatten der Firma Merck (Darmstadt) zum Einsatz
Die Detektion erfolgte mit UV-Licht der Wellenlaumlngen 254 und 366 nm und durch Anfaumlrben
mit dem CAM- und Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz und anschlieszligender Entwicklung im
Heiszligluftstrom
CAM-Reagenz 2 g Cersulfat 50 g Ammoniummolybdat und 50 mL konz Schwefelsaumlure in
400 mL Wasser geloumlst
Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz 10-ige Molybdatophosphorsaumlure-Loumlsung in Ethanol
Die praumlparative Saumlulenchromatographie wurde wenn nicht anders angegeben an Kieselgel 60
der Firma Merck (Darmstadt) durchgefuumlhrt Die Laufmittelgemische und die RF-Werte der
betreffenden Substanzen sind angegeben[185]
NMR-Spektroskopie
Die NMR-Spektren wurden mit folgenden Geraumlten gemessen
Bruker Advance AC-200 (1H und 13C)
Bruker Advance ARX-200 (1H 13C und 31P)
4 Experimenteller Teil 86
Bruker Advance AMX-300 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-400 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-500 (1H und 13C)
Die chemischen Verschiebungen δ beziehen sich in den 1H-Spektren auf das
Restprotonensignal des verwendeten deuterierten Loumlsungsmittels und in den 13C-Spektren auf
das 13C-Signal des Loumlsungsmittels[186 187] Die chemischen Verschiebungen δ sind in parts per
million (ppm) angegeben Die verwendeten Loumlsungsmittel sind bei den jeweiligen Spektren
vermerkt
Die Kopplungskonstanten J sind in Hertz (Hz) angegeben Die Signalmultiplizitaumlten werden
wie folgt abgekuumlrzt s = Singulett d = Dublett dd = Dublett vom Dublett ddd = Dublett vom
Dublett vom Dublett m = Multiplett t = Triplett dt = Dublett vom Triplett q = Quartett br =
breit Zusaumltzlich ist die integrierte Protonenzahl angegeben Die Zuordnung der Signale wird
durch einen kurzen Formelabschnitt gezeigt Alle 13C-NMR-Spektren wurden Breitband-
entkoppelt gemessen
NOESY-Experimente
Eine aumlquimolare Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel wird im Ultraschallbad entgast und anschlieszligend vermessen
Variable Temperatur Experimente
Von einer aumlquimolaren Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel (D2O) wird im Temperaturbereich von 5 degC bis 95 degC in 10 degC Schritten ein 1H-NMR Spektrum aufgenommen Die temperaturabhaumlngige Aumlnderung der chemische
Verschiebung wird anschlieszligend beobachtet wobei aliphatische Protonen die keine
temperaturabhaumlngige Verschiebung zeigen als Referenz dienen
UVVis-Spektroskopie
UVVis-Spektren wurden mit einem Hitachi U-3410 bei 25 degC gemessen
Massenspekroskopie
Die Massenspektren (inkl Hochaufloumlsung) wurden auf einem Finnegan MAT 711 (EI) auf
einem Finnegan MAT95 S (ESI) oder auf einem Applied Biosystems SldquoQstar Pulsar irdquo (ESI)
gemessen Die Messmethode wird in Klammern angegeben Angegeben sind jeweils die
4 Experimenteller Teil 87
mz-Werte der wichtigsten Signale Als Daten sind zusaumltzlich die Summenformel die
berechnete Masse und die gemessene Masse angegeben
Schmelzpunkte
Die Schmelzpunkte wurden mit einer KOFLER-Schmelzpunktmessapparatur Thermoplan der
Firma Reichert gemessen und sind unkorrigiert
Filmwaage-Experimente
Filmwaage-Experimente wurden mit einer Filmwaage NIMA 601BAM durchgefuumlhrt Die
Messung des Oberflaumlchendrucks π als Funktion der Flaumlche A erfolgte mittels eines
WILHELMY-Plaumlttchens[107 188]
Die Messungen wurden bei 25 degC uumlber reinem Wasser (R gt 18 MΩ) oder waumlssrigen
Gastloumlsungen (c = 100 microM) durchgefuumlhrt wobei die Subphase vor jeder Messung auf
fehlende Oberflaumlchenaktivitaumlt uumlberpruumlft wurde Stearinsaumluremonoschichten wurden durch
Aufspreizen von 50 microL einer 35 mM Stearinsaumlure-Loumlsung in Chloroform auf die jeweilige
Subphase erhalten Durch zeitabhaumlngige Messungen der Druck-Flaumlche Diagramme
(Schrankengeschwindigkeit 50 cmsup2min) wurde zunaumlchst der Einfluss der geloumlsten Gaumlste auf
die Stearinsaumluremonoschicht beobachtet Der Rezeptor wurde dann als 35 mM Loumlsung in
Methanol Chloroform = 11 vv bei einem Oberflaumlchendruck von 15 mNm vorsichtig auf
die Oberflaumlche getropft Zeitabhaumlngige π-A-Isothermenzyklen wurden aufgenommen bis
keine Aumlnderung der Effekte mehr beobachtet werden konnten
Molecular Modelling
Kraftfeldrechnungen wurden mit dem Programm MacroModel 71 der Firma Schroedinger
durchgefuumlhrt Verwendet wurden die Kraftfelder Amber und OPLS-AA sowie das
GBSA-Solvatationsmodell fuumlr Wasser[189 190] ndash die verwendeten Kraftfelder sind an der
entsprechenden Struktur vermerkt
Komplex-Strukturen wurden zuerst minimiert und anschlieszligend wurde in einer Monte-Carlo
Simulation die Struktur mit der guumlnstigsten Energie ermittelt Monte-Carlo Simulationen
wurden mit mindestens 3000 Schritte berechnet (Die Anzahl der Schritte ist an der
entsprechenden Struktur vermerkt)
Molekuumlldynamik-Rechnungen wurden anschlieszligend mit der aus der Monte-Carlo Simulation
erhaltenen guumlnstigsten Struktur und dem gleichen Kraftfeld durchgefuumlhrt Die Rechnungen
wurden bei 300 K uumlber einem Zeitraum von 10 ps (wobei jede Picosekunde eine Struktur
4 Experimenteller Teil 88
gespeichert wurde) oder 100 ps (wobei alle 10 ps eine Struktur gespeichert wurde)
durchgefuumlhrt Alle erhaltenen Strukturen wurden uumlbereinander abgebildet wobei die
Wasserstoffatome aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen wurden
Kraftfeldrechnungen mit einer Wasserbox wurden mit dem Programm Sybyl 67 der Firma
Tripos durchgefuumlhrt Berechnungen wurden mit den aus Monte Carlo Simulationen erhaltenen
energieguumlnstigsten Strukturen durchgefuumlhrt Dazu wurden sie aus Marcromodel 72 als PDB-
oder Mol2-Datei exportiert In Sybyl 67 eingeladene Strukturen wurden mit GASTEIGER-
MARSILLI Teilladungen[191] versehen und anschlieszligend wurde eine Wasserbox
(0 Loumlsungsmittelschichten Tripos Radien) berechnet Danach wurde die Struktur so lange mit
dem Tripos Kraftfeld[191] minimiert bis ein Energieminimum gefunden wurde (etwa 10000
Schritte)
Zur grafischen Darstellung der Strukturen wurde das Programm Pymol 097 von DeLano
Scientific LLC verwendet[192]
42 Synthesen 421 Synthese des Spacers 14
Synthese von (1α4α4aβ8aβ)-Tetrahydro-14-methanonaphthalin-58-dion 17
(modifizierte Vorschrift)
O
O1
2
34
65
78
9
4a
8a
Zu einer geruumlhrten auf 0 degC gehaltenen Suspension aus 30 g (028 mol aus Methanol
umkristallisiert) p-Benzochinon 16 in 175 mL Methanol werden mittels eines kuumlhlbaren
Tropftrichters 183 g (028 mol) auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes Cyclopentadien 15
getropft Nach Beendung der Zugabe wird die Reaktionsmischung im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Die Reaktionsmischung wird unter vermindertem Druck auf etwa
40 mL eingeengt Das Produkt kristallisiert dabei in Form gelbgruumlner Nadeln aus
Ausbeute 386 g (022 mol 80 ) gelbgruumlne Nadeln
4 Experimenteller Teil 89
1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 142 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 1 H 9-Hi) 154 (dd 2J(9-Ha 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 321 (d br 3J(1-H 9-Ha) =
17 Hz 2 H 1-H 4-H) 354 (s 2 H 4a-H 8a-H) 606 (s br 2 H 2-H 3-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
Synthese von 14-Dihydro-14-methanonaphthalin-58-dion 18[48 74]
O
O1
2
34
6
79
5
8
Zu einer Loumlsung von 100 g (057 mol) 17 in 600 mL Methanol werden 1 mL Triethylamin
gegeben Dabei wird darauf geachtet dass die Temperatur 25 degC nicht uumlberschreitet Nach
16 h Ruumlhren wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand
mit 200 mL Aceton aufgenommen Das Loumlsungsmittel wird erneut unter vermindertem Druck
entfernt und das Produkt anschlieszligend in 15 L Chloroform geloumlst und nach Zugabe von 63 g
(058) aus Methanol umkristallisiertem p-Benzochinon 16 5 h bei 50 degC geruumlhrt Nach dem
Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung uumlber eine G3-Glasfritte filtriert
Anschlieszligend wird das Filtrat mit 800 mL einer 1-igen waumlssrigen NaOH-Loumlsung und
dreimal mit je 200 mL Wasser gewaschen Nach dem Trocknen uumlber Natriumsulfat wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der erhaltene Ruumlckstand wird
anschlieszligend mit Cyclohexan als Elutionsmittel uumlber ca 30 g Kieselgel filtriert Das Einengen
der orangene Fraktion unter vermindertem Druck ergibt das Produkt als orangen Feststoff
Ausbeute 813 g (047 mol 83 ) orangener Feststoff
RF-Wert 006 in Cyclohexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 226 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 71 Hz 1 H 9-Ha) 232 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 71 Hz 1 H 9-Hi) 409 (t 3J(1-H 2-H) = 2 Hz 2 H 1-H 4-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H) 685 (t 3J(2-H 1-H) = 2 Hz 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 90
Synthese von syn-(1α4α4aβ5α8α9aβ)-144a589a-Hexahydro-1458-
dimethanoanthracen-910-dion 18a[48 74]
O
O1
2
34 5
6
789 8a
10 10a
11 12
Zu einer auf -78 degC gekuumlhlten Loumlsung von 30 g (019 mol) 18 in 200 mL Toluol werden
mittels eines kuumlhlbaren Tropftrichters 15 g auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes
Cyclopentadien 15 zugetropft Die Reaktionsmischung wird im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf 50degC erwaumlrmt und
das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt bis eine Truumlbung erkennbar ist Dann
wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h
auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert getrocknet und
mittels NMR auf das synanti-Verhaumlltnis uumlberpruumlft Der Niederschlag wird anschlieszligend in
Toluol aufgeloumlst und auf 50degC erhitzt Dann wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die
Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Dieser
Vorgang wird so oft wiederholt bis das Verhaumlltnis von synanti besser ist als 201
Ausbeute 162 g (0672 mol 40 ) gelber Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 140 (d br 2J(12-Hi 12-Ha) = 88 Hz 1 H 12-Hi) 148
(d br 2J(12-Ha 12-Hi) = 85 Hz 1 H 12-Ha) 213 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 73 Hz 1 H 11-
Ha) 221 (dt 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 3J(11-Hi 1-H) = 12 Hz 1 H 11-Hi) 323 (dd 3J(8a-
H 8-H) = 24 Hz 2J(8a-H 7-H) = 15 Hz 2 H 8a-H 10a-H) 346 (dd 3J(5-H 6-H) = 20 Hz 3J(5-H 10a-H) = 17 Hz 2 H 5-H 8-H) 396 (ddd 3J(1-H 2-H) = 39 Hz 3J(1-H 11-Ha) =
31 Hz 3J(1-H 11-Hi) = 31 Hz 2 H 1-H 4-H) 577-578 (m 2 H 6-H 7-H) 676-677 (m
2 H 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 91
Synthese von syn-910-Diacetoxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 14[46 47]
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Unter Argon werden 952 g (40 mmol) 19a und 056 g (4 mmol) 4-Dimethylaminopyridin
(DMAP) in 44 mL wasserfreiem Pyridin geloumlst Bei 0 degC werden unter Ruumlhren 24 mL (frisch
destilliertes) Essigsaumlureanhydrid zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und danach 16 h bei 50 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung auf 200 mL einer EisWasser-Mischung
gegeben Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert und viermal mit 25 mL Wasser
gewaschen Danach wird der Feststoff in moumlglichst wenig Chloroform aufgenommen und
uumlber Kieselgel mit Chloroform als Elutionsmittel filtriert Der nach dem Entfernen des
Loumlsungsmittels erhaltene gelbe Feststoff wird aus Ethanol Chloroform = 41 vv
umkristallisiert
Ausbeute 124 g (384 mmol 96 ) farblose Kristalle
RF-Wert 010 in Chloroform 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 71 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha)
226 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 71 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 234 (s 6 H 15-H 16-H) 381 (d 3J(1-H 2-H) = 15 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 675 (d 3J(2-H 1-H) = 15 Hz 4 H 2-H
3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
4 Experimenteller Teil 92
422 Synthese der Modellverbindung
Synthese von syn-910-Dihydroxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 25 (neue Vorschrift)
OH
OH
12
34
4a5 1010a6
78
8a 9 9a
11 12
Zu einer Suspension von 200 mg (54 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 30 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Loumlsung aus 200 mg (061 mmol) 14 in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran zugetropft Danach wird 5 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf 0
degC wird mit 30 mL gesaumlttigter waumlssriger Ammoniumchlorid-Loumlsung hydrolysiert Die
Reaktionsmischung wird mit 2 M waumlssriger Salzsaumlure-Loumlsung auf pH 1 eingestellt und
danach dreimal mit je 100 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen Phasen
werden dreimal mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 143 mg (060 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz DMSO-d6) δ = 196 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 63 Hz 2 H 11-Hi
12-Hi) 203 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 63 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 398 (s br 4 H H-1 H-4
H-5 H-6) 669 (s br 4 H H-2 H-3 H-6 H-7)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 93
Synthese von 1458-Tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonsaumlureester 26[65 75]
O
O
P
P
O
HO
OH
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Zu einer Loumlsung von 100 mg (420 micromol) 25 und 150 mg (113 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 175 microL
(126 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren wird der entstandene Niederschlag
mittels einer Umkehrfritte abfiltriert und mit 3 mL absolutem Tetrahydrofuran gewaschen
Zum Filtrat werden 3 mL 25-ige waumlssrige Salzsaumlure zugesetzt und nach 15 min Ruumlhren
werden 15 mL n-Hexan zugegeben Nach 16 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird der
entstandene Feststoff abfiltriert mit 3 mL 25-iger waumlssriger Salzsaumlure gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 110 mg (212 micromol 50 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) 155 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H) 218
(d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 411 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 680 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 94
Synthese von Bistetrabutylammonium-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-
910-bismethylphosphonat $$026[65 75]
+N4
2
O
O
P
P
O
-O
O-
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
17
18
Zu einer Suspension aus 50 mg (127 micromol) 26 in 10 mL Dichlormethan werden 253 microL (253
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung gegeben Anschlieszligend
wird die Reaktionsmischung 2 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel
unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 111 mg (127 mmol quantitativ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 092 (t 3J(18-H 17-H) = 73 Hz 24 H 18-H) 128-137 (m
16 H 17-H) 134 (d 2J(13-H P) = 159 Hz 6 H 13-H 14-H) 155-170 (m 16 H 16-H)
213 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 220 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) =
73 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 313-320 (m 16 H 15-H) 408 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H)
682 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 95
Synthese von 910-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-(1α4α5α8α)-1458-
tetrahydro-1458-dimethanoanthracen 27
O
O
P
P
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Zu einer Loumlsung aus 200 mg (085 mmol) 25 und 297 mg (227 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 15 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 350 microL
(250 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach 1 h ruumlhren bei 0 degC und anschlieszligend
eine weitere Stunde bei Raumtemperatur werden 10 mL absolutem Methanol zugegeben und
weitere 16 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter
vermindertem Druck entfernt und der erhaltene Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit
Chloroform Aceton = 21 vv gereinigt
Ausbeute 234 mg (056 mmol 65 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 025 in Chloroform Aceton = 21 vv
Schmelzpunkt 139 degC 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 168 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H)
219 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 225 (d 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 375 (d 3J(15-H P) = 113 Hz 6 H 15-H 16-H) 411 (d br 3J(1-H 2-H)
= 17 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 683 (d br 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 4 H 2-H 3-H 6-H
7-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2933 (s) 13C-NMR (503 MHz CDCl3) δ = 108 (d 1J(C P) = 1443 Hz C-13 C-14) 481 (d C-1
C-4 C-5 C-8) 527 (d 2J(C P) = 54 Hz C-15 C-16) 700 (s C-11 C-12) 1362 (d C-4a
C-8a C-9a C-10a) 1423-1428 (m C-2 C-3 C-6 C-7 C-9 C-10)
MS (ESI MeOH) mz 423 [M + H+]+ 445 [M + Na+]+
HR-MS ber fuumlr C20H24O6NaP2 4450946 gef 4450940
4 Experimenteller Teil 96
CHN ber fuumlr C20H24Li2O6P2frac12H2O [] C 5569 H 584 gef [] C 5515 H 555 Der
Wassergehalt kann variieren
Synthese von Bis(lithium)-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonat 28
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Eine Loumlsung aus 500 mg (118 mmol) 27 und 205 mg (236 mmol) trockenem
Lithiumbromid in 10 mL absolutem Acetonitril wird 16 h bei 85 degC geruumlhrt Der entstandene
Niederschlag wird abzentrifugiert dreimal mit 3 mL absolutem Acetonitril gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 mg (086 mmol 73) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (500 MHz Methanol-d4) δ = 127 (d 2J(13-H P) = 165 Hz 6 H 13-H 14-H)
215 (s br 4 H 11-H 12-H) 416 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 678 (s br 4 H 2-H 3-H
6-H 7-H) 31P-NMR (810 MHz Methanol-d4) δ = 253 (s) 13C-NMR (1258 MHz Methanol-d4) δ = 133 (d 1J(C P) = 1383 Hz C-13 C-14)
706 Hz (s C-11 C-12) 1396 (d 2J(C P) = 61 Hz C-9 C-10) 1433 (s C-4a C-8a C-9a
C-10a) 1441 (s C-2 C-3 C-6 C-7)
MS (ESI MeOH) mz 196 [M ndash 2Li+]2- 393 [M ndash 2Li+ + H+]- 399 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C18H18O6LiP2 3990733 gef 3990709
CHN ber fuumlr C18H18Li2O6P22H2O [] C 4889 H 501 gef [] C 4910 H 500
4 Experimenteller Teil 97
423 Synthese der Hydroxyklammer 21
Synthese von 716-Diacetoxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen 12[48 74]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
O
O
21
22
23
24
Eine Mischung aus 20 g (62 mmol) 14 200 g (478 mmol) αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-xylol
20 460 g (326 mmol) wasserfreiem Natriumiodid und 100 g (100 mmol) wasserfreiem
Calciumcarbonat in 150 mL wasserfreiem NN-Dimethylformamid (DMF) wird 30 min unter
Argon bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 5 h bei 55 degC
und 100 mbar (Membranpumpe mit vorgeschalteter KOH-Saumlule) geruumlhrt Danach wird die
noch warme Reaktionsmischung auf 600 g Eis gegossen Zum entstandenen Gemisch wird
gesaumlttigte waumlssrige NaHSO3-Loumlsung gegeben bis die Farbe von braunrot nach gelb umschlaumlgt
Nach Zugabe von 300 mL Wasser und 400 mL Dichlormethan wird das Gemisch kraumlftig
durchmischt und anschlieszligend filtriert Danach wird die waumlssrige Phase dreimal mit je
200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit 200 mL
gesaumlttigter waumlssriger NaHCO3-Loumlsung und viermal mit je 400 mL Wasser gewaschen und
anschlieszligend uumlber Natriumsulfat getrocknet Nach dem Entfernen des Loumlsungsmittels unter
vermindertem Druck wird der verbleibende Feststoff chromatographisch uumlber Kieselgel
gereinigt (Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv)
Ausbeute 22 g (42 mmol 68 ) hellbrauner Feststoff
RF-Wert 027 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 242 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
248 (s 6 H 23-H 24-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 429
(s br 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 723-727 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 752 (s 4 H
5-H 9-H 14-H 18-H) 756-759 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
4 Experimenteller Teil 98
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
Synthese von 716-Dihydroxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacen 21[48 74]
OH
OH
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
Zu einer entgasten Suspension von 200 mg (038 mmol) 12 und 50 microL Phenylhydrazin in 15
mL Ethanol wird unter Argon 500 microL einer 15igen waumlssrigen entgasten Natriumhydroxid-
Loumlsung gegeben Nach 1 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird 10 mL einer 15igen
waumlssrigen HCl-Loumlsung zugegeben Nach Zugabe von 50 mL Eiswasser wird der entstandene
Feststoff abfiltriert mit 10 mL Wasser gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 160 mg (037 mmol 97 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 251 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
256 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 446 (s br 4 H 6-H 8-H 15-H
17-H) 723-729 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 753 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 754-
758 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 99
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10
Synthese von 681517-Tetrahydro-617815-dimethanoheptacen-716-
bismethylphosphonsaumlureester 22[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
HO
O
OH
21
22
Zu einer Loumlsung aus 100 mg (228 micromol) 21 und 80 mg (600 micromol)
Dichlormethylphosphonsaumlure in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 80 microL
(058 micromol) Triethylamin zugetropft Anschlieszligend wird zuerst 1 h bei 0 degC und dann eine
weitere Stunde bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach werden 3 mL 25-ige waumlssrige HCl-
Loumlsung zugegeben Nach 20 min ruumlhren werden 5 mL n-Hexan zugegeben und weitere 16 h
geruumlhrt Die organische Phase wird mit 3 mL 25-iger waumlssriger HCl-Loumlsung gewaschen
und ohne vorheriges Trocknen unter vermindertem Druck bis zum Trockenen eingeengt Das
Rohprodukt wird anschlieszligend saumlulenchromatographisch uumlber Florisil (60-100 mesh) mit
Dichlormethan Methanol = 31 rarr 21 vv gereinigt
Ausbeute 90 mg (150 micromol 66 ) leicht braumlunlicher Feststoff (mit Kieselgel verunreinigt)
RF-Wert 002 in Dichlormethan Methanol = 21 vv 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 148 (d 2J(21-H P) = 166 Hz 6 H 21-H 22-H) 237 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 80 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 263 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 80 Hz 2 H
19-Ha 20-Ha) 465 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 693-697 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H)
721-724 (m 4 H 1-H 4-H 11-H 12-H) 742 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 100
Synthese von Bistetrabutylammonium-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen-716-bismethylphosphonat 10[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
-O
O
O-
21
22
+N4
2
23
24
2526
Eine Suspension aus 518 mg (871 micromol) 22 in 10 mL Dichlormethan werden 135 microL (135
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt Nach 2 h
Ruumlhren bei Raumtemperatur wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und
der Ruumlckstand in Methanol aufgenommen Die Loumlsung wird uumlber einen Membranfilter
(Porengroumlszlige 02 microm) filtriert und unter vermindertem Druck wieder eingeengt Nach
Uumlberpruumlfung der Stoumlchiometrie mittels der Signalintensitaumlten im 1H-NMR wird ndash falls das
Verhaumlltnis Phosphonat Tetrabutylammonium nicht 11 ist ndash entweder mehr 22 oder
Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt und anschlieszligend wieder membranfiltriert
Ausbeute 59 mg (673 micromol quantitativ bezogen auf Tetrabutylammoniumhydroxid)
hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 081 (t 3J(26-H 25-H) = 66 Hz 24 H 26-H) 105-125 (m
32 H 24-H 25-H) 152 (d 2J(21-H P) = 163 Hz 6 H 21-H 22-H) 241 (d br 2J(19-Hi
19-Ha) = 89 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 255-270 (s br 16 H 23-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi)
= 89 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 469 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 726-730 (m 4 H 2-H
3-H 11-H 12-H) 763-766 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 765 (s 4 H 5-H 9-H 14-H
18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 101
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24
Synthese von 716-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-681517-tetrahydro-
617815-dimethanoheptacen 23
O
O
P
P
O
O
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
23
24
Zu einer Loumlsung aus 330 mg (075 mmol) 21 und 264 mg (198 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 33 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 264 microL
(191 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach einigen Sekunden faumlllt ein Niederschlag
aus Die Suspension wird 1 h bei 0 degC und 1 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend
werden 15 mL absolutes Methanol zugegeben und die Loumlsung wird 16 h bei Raumtemperatur
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der
Ruumlckstand saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit Chloroform Aceton = 101 vv als
Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 260 mg (041 mmol 55 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 041 in Chloroform Aceton = 31 vv
Schmelzpunkt 110 degC 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 165 (d 2J(P-CH3) = 173 Hz 6 H P-CH3) 247 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 260-270 (m 2 H 19-Ha 20-Ha) 355 356
(2 d 3J(P-OCH3) = 1123 Hz 6 H P-OCH3) 466 470 (2 s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H)
720-735 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 759 (dd 3J(H-2 H-1) = 95 Hz 4J(H-2 H-4) =
24 Hz 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 762 766 (2 s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
(diastereomere) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2948 (s) 13C-NMR (7547 MHz CDCl3) δ = 113 (d 1J(C P) = 1441 Hz C-21 C-22) 485 (s C-6
C-8 C-15 C17) 531 (d 2J(PC) = 68 Hz) 652 (s C-19 C-20) 1206 (d C-aromatisch)
4 Experimenteller Teil 102
1255 (s C-aromatisch) 1277 1278 (2 d C-aromatisch) 1322 1415 1463 (3 s
C-aromatisch)
MS (ESI MeOH) mz 623 [M + H+]+ 645 [M + Na+]+ 661 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C36H32O6P2 6221674 gef 6221590
Synthese von Bis(lithium)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacenyl-716-
bismethylphosphonat 24
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
Eine Loumlsung aus 20 mg (32 micromol) 23 und 61 mg (71 micromol) wasserfreiem Lithiumbromid in 3
mL 2-Hexanon wird 16 h bei 120 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird der
entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL wasserfreiem Acetonitril
gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 16 mg (26 micromol 81 ) hellbrauner Feststoff
Schmelzpunkt gt 230 degC 1H-NMR (300 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 2J(P-CH3) = 163 Hz 6 H P-CH3) 236 (d 2J(19-Hi 19-Ha) = 76 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 264 (d 2J(19-Ha 19-Hi) = 79 Hz 2 H 19-Ha
20-Ha) 479 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 719 (dd 3J(H-1 H-2) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) =
27 Hz 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 755 (dd 3J(H-2 H-1) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) = 30 Hz
4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 761 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 31P-NMR (81 MHz MeOH-d4) δ = 2604 (s)
13C-NMR (7547 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 1J(PC) = 1379 Hz C-21 C-22) 657 (s
C-19 C-20) 1208 (s C-aromatisch) 1259 (s C-2 C-3 C-11 C-12) 1286 (s
C-aromatisch) 1335 (2 s C-aromatisch) 1421 (s C-aromatisch) 1488 (s C-aromatisch)
C-6 C-8 C-15 C17 erwartet unter dem MeOH-d4-Signal
4 Experimenteller Teil 103
UVVis (H2O) λ = 2186 nm (log ε = 993) MS (ESI MeOH) mz 296 [M ndash 2Li+]2- 593 [M ndash 2Li+ + H+]- 599 [M ndash Li+]- 615 [M ndash
2Li+ + Na+]-
HR-MS ber fuumlr C34H26O6LiP2 5991359 gef 5991330
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29
Synthese von 14-Dimethano-1234-tetrahydronaphthalin-23-dicarbonsaumlureanhydrid
32 (modifizierte Vorschrift)
O
O
O
12
345
6
78
9
Eine Loumlsung von 80 g (069 mol) Inden 31 (techn) 69 g (070 mol) Maleinsaumlureanhydrid 30
und 10 g 14-Hydrochinon in 100 mL 1234-Tetrahydronaphthalin wird unter Argon 35 h
mit einem auf 200 degC vorgeheiztem Oumllbad zum Sieden erhitzt Nach Abkuumlhlen auf 80-90 degC
wird die Reaktionsmischung unter kraumlftigem Ruumlhren in 500 mL 60 degC warmes Toluol
gegossen Der entstandene Niederschlag wird warm abdekantiert und bei Bedarf warm
abfiltriert Die Loumlsung wird 16 h bei -18 degC ruhen gelassen und der entstandenen Feststoff
abfiltriert Falls notwendig wird das Produkt aus Ethylacetat Ether umkristallisiert
Ausbeute 30 g (014 mol 20 ) farblose Kristalle
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 214 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 95 Hz 1 H 9-Ha) 378 (s br 2 H 2-H 3-H) 391 (s 2 H 1-H 4-H) 719-730 (m
4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 104
Synthese von 5-endo6-endo-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 33[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension von 30 g (014 mol) 32 in 400 mL absolutem Methanol werden bei 0 degC
2 mL Acetylchlorid zugegeben Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 20 h bei 40 degC
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und das Produkt
im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 g (013 mol 93 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 174 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 89 Hz 1 H 9-Hi) 188 (dd 2J(9-Ha 9-Hi) = 89 Hz) 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 347 (s 6 H 10-H 11-H) 348
(d 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 2 H 2-H 3-H) 363 (s br 2 H 2-H 3-H) 710-714 (m 2 H 6-H
7-H) 724-728 (m 2 H 5-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-56-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 34[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 35 g (013 mol) 33 in 500 mL absolutem Methanol werden 15 g
(028 mol) Natriummethylat gegeben und anschlieszligend 5 h unter Ruumlckfluss erhitzt Danach
wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck eingeengt Der Ruumlckstand wird mit
500 mL Diethylether aufgenommen und zweimal mit je 150 mL 2 M HCl-Loumlsung zweimal
4 Experimenteller Teil 105
mit je 150 mL gesaumlttigter NaHCO3-Loumlsung und einmal mit 150 mL gesaumlttigter NaCl-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen mit Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 345 g (013 mol quantitativ) brauner Feststoff
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 184 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 196 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 93 Hz 1 H 9-Ha) 285-286 (m 1 H 2-H) 353 (s 3 H 11-H) 361-365 (m 2 H
1-H 2-H) 370 (s br 1 H 4-H) 375 (s 3 H 10-H) 705-714 (m 3 H 5-H 6-H 7-H)
724-726 (m 1 H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(hydroxymethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin
35[73]
OHOH
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension aus 12 g (315 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 800 mL absolutem
Tetrahydrofuran werden bei 0 degC unter Absolutbedingungen 34 g (130 mmol) 34 in 200 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 16 h unter
Ruumlckfluss geruumlhrt Danach werden bei 0 degC 60 mL gesaumlttigte waumlssrige Magnesiumsulfat-
Loumlsung zugetropft Der entstandene Niederschlag wird anschlieszligend abfiltriert und dreimal
mit je 300 mL Diethylether fuumlr 30 min unter Ruumlhren zum Sieden erhitzt Die vereinten
etherischen Phasen werden uumlber Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck
eingeengt
Ausbeute 25 g (122 mmol 94 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 134-142 (m 1 H 3-H) 181 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) =
96 Hz 1 H 9-Hi) 184 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 96 Hz 1 H 9-Ha) 212-220 (m 3 H 2-H
11-H) 268 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H 2-H) = 93 Hz 1 H 10-H) 311 (s 1 H
OH) 331 (s 1 H -OH) 345-351 (m 1 H 4-H) 356 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H
2-H) = 99 Hz 1 H 10-H) 386-391 (m 1 H 1-H) 705-716 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
4 Experimenteller Teil 106
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(chlormethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 36[78]
ClCl
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung von 265 g (390 mmol) Imidazol in 75 mL Acetonitril und 75 mL Pyridin
wird bei 0degC eine Loumlsung aus 610 g (189 mmol) Triphenylphosphindichlorid in 150 mL
Dichlormethan zugetropft Nach 20 min ruumlhren werden bei Raumtemperatur 10 g (49 mmol)
35 zugegeben und anschlieszligend 5 h bei 55degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur
werden 200 mL eines 11 vv Gemisches aus halbkonzentrierter Salzsaumlure und Eis zugegeben
Nach Zugabe von 200 mL Dichlormethan wird die organische Phase abgetrennt und die
waumlssrige Phase dreimal mit je 200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 200 mL 2 M waumlssriger Salzsaumlure Wasser und gesaumlttigter waumlssriger
NaHCO3-Loumlsung gewaschen und uumlber Natriumsulfat getrocknet Danach wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der Ruumlckstand wird in 50 mL Diethylether
suspendiert und 5 min im Ultraschallbad behandelt Danach wird der Niederschlag abfiltriert
und noch zweimal mit Diethylether aufgenommen und im Ultraschallbad behandelt Die
vereinten Etherphasen werden unter vermindertem Druck auf 50 mL eingeengt und
anschlieszligend uumlber 60 g Kieselgel chromatographisch mit Diethylether als Elutionsmittel
gereinigt Einengen der ersten hellgelben Phase unter vermindertem Druck ergibt das
Produkt
Ausbeute 86 g (36 mmol 74) gelbes Oumll
RF-Wert 090 in Diethylether 1H-NMR (200 MHz CDCl3) δ = 136-142 (m 1 H 3-H) 180-197 (m 2 H 9-H)
220-235 (m 1 H 2-H) 266 (t 1 H 10-H) 321-330 (m 2 H 4-H 10-H) 349-352 (m
1 H 11-H) 364-370 (m 2 H 1-H 11-H) 710-731 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 107
Synthese von 23-Bisexomethylen-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 29[53 73]
1
2
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 10 g (42 mmol) $$015 und 24 g (9 mmol) 18-Krone-6 in 100 mL
absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 40 g (710 mmol) gepulvertes Kaliumhydroxid
portionsweise zugegeben Anschlieszligend wird 24 h bei 40 degC geruumlhrt Danach wird die
Reaktionsmischung in 100 mL Eiswasser gegeben Nach Zugabe von 100 mL n-Hexan wird
die organische Phase abgetrennt und die waumlssrige Phase 3 mal mit je 100 mL n-Hexan
extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter
waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die
Loumlsung unter vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der gelbe Ruumlckstand wird mit
50 mL n-Hexan aufgenommen und uumlber Kieselgel mit n-Hexan als Elutionsmittel filtriert
Ausbeute 63 g (37 mmol 90 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 029 in n-Hexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (dd 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Hi 1-H) = 17 Hz
1 H 9-Hi) 211 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 86 Hz 1 H 9-Ha) 383 (s br 2 H 1-H 4-H) 506 (s
br 2 H 10-Hi 11-Hi) 519 (s br 2 H 10-Ha 11-Ha) 705-708 (m 2 H 5-H 8-H) 720-723
(m 2 H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 108
427 Synthese der Hydoxypinzette 38
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α6aα7α9α9aα11α16α17aα18α20α20aα22α)-
566a799a1011161717a182020a2122-hexadecahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 37[53 73]
O
O
O
O
12
34567
6a8910
9a1112
13
1415 16 17
17a18 19 20 2120a
22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 750 mg (233 mmol) 14 150 g (893 mmol) 29 und 300 microL Triethylamin in
15 mL absolutem Toluol und 75 mL absolutem Acetonitril wird in einer Glasampulle dreimal
unter Argon auf -78 degC gekuumlhlt unter Hochvakuum entgast und geschlossen auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und anschlieszligend abgeschmolzen Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Die Ampulle wird 4 Tage bei 170 degC in einem
Roumlhrenofen erhitzt Danach wird die Reaktionsmischung unter vermindertem Druck auf etwa
5 mL eingeengt Der entstandene Feststoff wird abfiltriert und zweimal mit je 5 mL kaltem
Cyclohexan gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 630 mg (094 mmol 41 ) weiszliger Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 155 (d br 2J(24-Hi 24-Ha) = 63 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi)
167 (d br 2J(24-Ha 24-Hi) = 63 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 190-235 (m 16 H 6-H 6a-H
9a-H 10-H 12a-H 17-H 20a-H 21-H 26-H) 229 (s 6 H 28-H 30-H) 285 (s 4 H 7-H
9-H 18-H 20-H) 354 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 680-684 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 709-712 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 109
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 13[53 73]
O
O
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 04 g (06 mmol) 37 und 10 g (44 mmol) 23-Dichlor-56-dicyano-p-
Benzochinon (DDQ) in 15 mL absolutem Toluol werden unter Argon in einem auf 120 degC
vorgeheiztem Oumllbad 2 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf etwa 60 degC werden
03 mL 14-Cyclohexadien zugegeben und 5 min bei 60 degC geruumlhrt Das entstandene DDQH2
wird abfiltriert und zweimal mit 2 mL Methylenchlorid gewaschen Das Filtrat wird unter
vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der Ruumlckstand wird in 3 mL
Methylenchlorid aufgenommen und saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit
Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv als Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 032 g (05 mmol 82 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 038 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-253 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 235 (s 6 H
28-H 30-H) 399 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 406 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H)
668-678 (m 4 H 2-H 3-H 13-H 14-H) 705-710 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 714 (s
4 H 28-H 30-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 110
Synthese von 819-Dihydroxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 38[53 73]
OH
OH
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
Zu einer Suspension aus 100 mg (27 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Suspension aus 210 mg (032 mmol) 13 in 15 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Die Reaktionsmischung wird 5 h unter Ruumlckfluss
geruumlhrt Danach werden unter Argon bei 0 degC 15 mL gesaumlttigte waumlssrige Ammoniumchlorid-
Loumlsung zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung mit 1 M waumlssrigen Salzsaumlure
auf pH 1 eingestellt und dreimal mit 50 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 50 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen mit Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck bis zur Trockene
eingeengt
Ausbeute 180 mg (032 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-244 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 406 (s 4 H
5-H 11-H 16-H 22-H) 417 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 670-678 (m 4 H 2-H 3-H
13-H 14-H) 704-708 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 713 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 111
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11
Synthese von 819-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-
(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-octahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 39
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
P
P
OO
OO
27
28
29
30
Zu einer Loumlsung aus 82 mg (0144 mmol) 38 und 48 mg (036 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC
060 mL (043 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren bei 0 degC und 1 h Ruumlhren bei
Raumtemperatur werden 3 mL absolutes Methanol zugegeben und danach 16 h bei
Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit Chloroform Aceton =
201 vv an Kieselgel gereinigt Eventuell im Produkt verbleibende Reste an
Methylphosphonsaumluredimethylester werden durch Trocknen unter Hochvakuum bei 50 degC
entfernt
Ausbeute 60 mg (0080 mmol 56 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 062 in Chloroform Aceton = 31 vv 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 162 (d 2J(27-H P) = 179 Hz 6 H 27-H 28-H)
230-240 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 252 254 (2 d 3J(29-H P) = 113 Hz 6 H
29-H 30-H) 404 407 (2 d 3J(5-H 26-H) = 70 Hz 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 426 436
(2 d 3J(7-H 25-H) = 43 Hz 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 666-682 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 695-708 (m 4-H 1-H 4-H 12-H 15-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) 2907 (s) 13C-NMR (755 MHz CDCl3) δ = 115 (2 d 1J(C P) = 1481 Hz C-27 C-28) 487 489
(2 d C-7 C-9 C-18 C-20) 512 (s br C-29 C-30) 521 522 (2 s C-5 C-11 C-16 C-22)
4 Experimenteller Teil 112
678 (m C-24 C-25) 689 (m C-23 C-26) 1167 1176 (2 d C-6 C-10 C-17 C-21) 1210
1211 (2 d C-1 C-4 C-12 C-15) 1246 1248 (2 d C-2 C-3 C-13 C-14) 1363 (s C-8
C-19) 1422 1424 (2 d 3J(C P) = 170 Hz C-7a C-8a C-18a C-19a)
MS (ESI MeOH) mz 752 [M + H+]+ 773 [M + Na+]+ 789 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C46H41O6P2 7512373 gef 7512374
Synthese von Bis(Lithium)-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen-819-bismethylphosphonat 11
O
O
P
P
OOLi
OLiO
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
27
28
Eine Loumlsung aus 300 mg (399 micromol) 39 und 10 mg (115 micromol) trockenem Lithiumbromid in
100 mL absolutem Acetonitril wird 16 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird der entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL
absolutem Acetonitril gewaschen und im Hochvakuum getrocknet Sollte die Spaltung der
Methylester noch nicht vollstaumlndig sein wird das Produkt erneut 16 h mit 10 mg (115 micromol)
trockenem Lithiumbromid umgesetzt
Ausbeute 234 mg (319 micromol 80 ) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 130 (d 2J(27-H P) = 162 Hz 6 H 27-H 28-H) 231 (d 2J(24-Ha 24-Hi) = 80 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 233-236 (m 4 H 23-H 26-H) 247 (d 2J(24-Hi 24-Ha) = 76 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi) 416 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 438 (s
4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 629 (s br 2-H 3-H 13-H 14-H) 701-704 (m 4 H 1-H 4-H
12-H 15-H) 729 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H) 31P-NMR (810 MHz D2O) δ = 2599 (s) 13C-NMR (1256 MHz Methanol-d4) δ = 134 (d 1J(C P) = 1384 Hz C-27 C-28) 500 (s
C-7 C-9 C-18 C-20) 524 (s C-5 C-11 C-16 C-22) 689 (s C-24 C-25) 694 (s C-23
4 Experimenteller Teil 113
C-26) 1173 (s C-6 C-10 C-17 C-21) 1220 (s C-1 C-4 C-12 C-15) 1258 (s C-2 C-3
C-13 C-14) 1389 (d 2J(C P) = 81 Hz C-8 C-19) 1428 (s C-7a C-8a C-18a C-19a)
1486 (s C-6a C-9a C-17a C-20a) 1493 (s C-5a C-10a C-16a C-21a) 1520 (s C-4a
C-11a C-15a C-22a)
MS (ESI MeOH) mz 360 [M ndash 2Li+]2- 727 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C44H34O6LiP2 7271985 gef 7271985
43 NMR-Titrationen
431 Durchfuumlhrung
NMR-Titrationen mit gleichbleibender Gast-Konzentration
Zehn NMR-Roumlhrchen werden mit der gleichen Menge einer Loumlsung des Gastes in
deuteriertem Loumlsungsmittel befuumlllt Danach wird die Wirt-Loumlsung (ebenfalls in deuteriertem
Loumlsungsmittel) in Schritten mit steigenden Volumina zu den Roumlhrchen Nr 2-10 zutitriert
Anschlieszligend werden alle Roumlhrchen mit Loumlsungsmittel auf das gleiche Endvolumen
aufgefuumlllt um eventuelle Verduumlnnungseffekte des Gastes auszuschlieszligen Das Roumlhrchen Nr 1
dient als Referenz Die Konzentration des Gastes sollte idealerweise etwa dem Kehrwert der
zu bestimmende Bindungskonstante entsprechen
Zusaumltzlich wurde immer ein Roumlhrchen mit einem 11 Gemisches des Gastes der
Modellverbindung 27 oder 29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel und dem gleichen
Konzentrationsbereich vermessen um eine eventuelle Wechselwirkung ausschlieszligen zu
koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Titration mit gleichbleibender Gast-Konzentration durchgefuumlhrt wurde sind unten
die Konzentrationen der Gast- und der Wirt-Loumlsungs die jeweiligen zutitrierten Volumina
sowie die zusaumltzlich zugegebene Menge Loumlsungsmittel und die beobachteten Signale
aufgelistet Die berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte
bei den beobachtete Signale vermerkt
4 Experimenteller Teil 114
Verduumlnnungstitrationen
Wirt und Gast werden in annaumlhernd 11 Aumlquivalenten in deuteriertem Loumlsungsmittel geloumlst
Von der Loumlsung wird ein NMR-Spektrum aufgenommen Anschlieszligend wird die Loumlsung mit
deuteriertem Loumlsungsmittel mehrmals verduumlnnt Von einer Wirt- sowie einer Gast-Loumlsung mit
gleicher Konzentration wie die Komplex-Loumlsung wird ebenfalls ein NMR-Spektrum
aufgenommen und auf Shifts der Signale auf Grund der Verduumlnnung uumlberpruumlft Es koumlnnen nur
Signale ausgewertet werden die keinen Shift bei der Verduumlnnung zeigen Auch im Falle einer
Verduumlnnungstitration wird eine 11 Mischung vom Gast und der Modellverbindung 27 oder
29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel vermessen um eine eventuelle
Wechselwirkung ausschlieszligen zu koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Verduumlnnungstitration durchgefuumlhrt wurde sind unten die Einwaagen des Gastes
und Wirtes aufgefuumlhrt die Verduumlnnungsschritte der Stammloumlsung (Probe Nr 1) mit der
Menge Loumlsungsmittel mit der verduumlnnt wurde sowie die beobachteten Signale Die
berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte bei den
beobachteten Signale vermerkt
JOB-Plots
Der Molenbruch des Gastes wurde aus den Konzentrationen der entsprechenden
NMR-Titration berechnet und aufgetragen gegen den Molenbruch des Gastes multipliziert mit
∆δ[79 193 194]
4 Experimenteller Teil 115
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxythymidin 60
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0370 mg (1526 micromol) 2rsquo-Deoxythymidin 60 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 500 30510-3 13810-3 76106 62600 18545 76747 73326 1 25 500 15310-4 69010-5 75398 62401 18213 76592 73011 2 50 500 30510-4 13810-4 74923 62246 17929 76503 73000 3 75 500 45810-4 20710-4 74735 62180 17860 76481 72867 4 125 500 76310-4 34510-4 74448 62069 17672 76426 72801 5 250 500 15310-3 69010-4 74072 61914 17451 76339 72679 6 500 500 30510-3 13810-3 73751 61760 17263 76194 72525
∆δsat (ppm) 06184 plusmn 2
02379 plusmn 2
03495 plusmn 3
00617 plusmn 5
00869 plusmn 5
Ka (molL) 2701 plusmn 6
1707 plusmn 7
2184 plusmn 10
2162 plusmn 16
3064 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 116
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminhydrochlorid 75
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 10 und
0078 mg (0818 micromol) Thiaminhydrochlorid 75 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 500 28310-3 13810-3 55294 76747 73326 1 25 500 14210-4 69010-5 52255 76161 72602 2 50 500 28310-4 13810-4 51768 75995 72536 3 75 500 42510-4 20710-4 51746 75973 72414 4 125 500 70810-4 34510-4 51326 75884 72381 5 250 500 14210-3 69010-4 51127 75796 72326 6 500 500 28310-3 13810-3 51039 75741 72292
∆δsat (ppm) 08954 plusmn 2
01048 plusmn 2
01063 plusmn 2
Ka (molL) 23100 plusmn 12
12120 plusmn 9
20470 plusmn 13
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
He
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030 00035
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 117
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
Hc
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
OH
4 Experimenteller Teil 118
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NADP 57
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
1061 mg (1427 micromol) NADP 57 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 600 23810-3 11510-3 94309 92695 82991 76957 76747 733261 30 600 11910-4 57610-5 93447 88223 81535 76741 75990 726532 60 600 23810-4 11510-4 93330 87818 81071 76323 75154 718953 90 600 35710-4 17310-4 93252 87635 80875 76140 74867 715364 150 600 59510-4 28810-4 93238 87511 80653 75801 74129 707725 300 600 11910-4 57610-4 - - - 75311 73255 698576 600 600 23810-3 11510-3 93193 87347 80470 74665 72811 69460
∆δsat (ppm) 02375 plusmn 1
1120 plusmn 0
05602 plusmn 2
04002 plusmn 7
05461plusmn 5
05575plusmn 7
Ka (molL) 41840 plusmn 12
66450 plusmn 2
14750 plusmn 12
769 plusmn 13
1893 plusmn 14
1669 plusmn 16
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OOH
OPOO-
O
P O-HOO
PO
OOHO
N+
NH2
O
Ha
Hb
Hc
OHOH
4 Experimenteller Teil 119
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyguanosin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0416 mg (1459 micromol) 2rsquo-Deoxyguanosin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 24310-3 - 80212 63408 1 30 600 12210-4 57710-5 79910 63203 2 60 600 24310-4 11510-4 79848 63070 3 90 600 36510-4 17310-4 79650 63012 4 150 600 60810-4 28910-4 79511 62896 5 300 600 12210-3 57710-4 79303 62717 6 600 600 24310-3 11210-3 79124 62532
∆δsat (ppm) 03033 plusmn 5
02480 plusmn 4
Ka (molL) 2000 plusmn 13
1718 plusmn 9
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hc
HeHd
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
4 Experimenteller Teil 120
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyadenosin 55
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0239 mg (0922 micromol) 2rsquo-Deoxyadenosin 55 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 500 18410-3 13810-3 82903 82096 64556 76957 76747 733261 25 500 92210-5 69010-5 81599 81355 64059 76514 76238 727012 50 500 18410-4 13810-4 80980 80980 63826 76426 76117 725253 75 500 27710-4 20710-4 80836 80692 63694 76393 76072 724364 125 500 46110-4 34510-4 80615 80261 63517 76316 76017 722925 250 500 92210-4 69010-4 80316 79709 63275 76205 75818 720946 500 500 18410-3 13810-3 80051 79289 62997 76050 75663 72884
∆δsat (ppm) 05955 plusmn 1
03318 plusmn 2
02660 plusmn 3
01308 plusmn 6
01602plusmn 6
01662plusmn 4
Ka (molL) 5771 plusmn 3
6068 plusmn 6
4115 plusmn 8
10300 plusmn 25
9076 plusmn 25
7710 plusmn 14
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
NH
N
N
O
NH2N
O
OH Hb
HO
Ha
4 Experimenteller Teil 121
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OH Hc
HO
Ha
Hb
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
HfHe
4 Experimenteller Teil 122
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminpyrophosphat 76
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0378 mg (0820 micromol) Thiaminpyrophosphat 76 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 13810-3 11510-3 55147 76747 1 30 600 13810-3 55810-5 53874 76293 2 60 600 13810-3 11510-4 53727 76101 3 90 600 13810-3 17310-4 53539 - 4 150 600 13810-3 22910-4 53329 76037 5 300 600 13810-3 65810-4 53031 75963 6 600 600 13810-3 11510-3 52765 75940
∆δsat (ppm) 03144 plusmn 5
01308 plusmn 6
Ka (molL) 17850 plusmn 22
10300 plusmn 25
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
O PO
O
PHO
OH
O
HO
4 Experimenteller Teil 123
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyuridin 61
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0220 mg (0965 micromol) 2rsquo-Deoxyuridin 61 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 16110-3 - 62339 58324 1 30 600 80510-5 57710-5 - 56402 2 60 600 16110-4 11510-4 62005 55505 3 90 600 24110-4 17310-4 61877 54730 4 300 600 80410-4 57710-4 61446 51885 5 600 600 16110-3 11210-3 61286 51079
∆δsat (ppm) 1465 plusmn 5
02384 plusmn 6
Ka (molL) 3012 plusmn 12
1922 plusmn 16
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
4 Experimenteller Teil 124
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxycytidin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0194 mg (0793 micromol) 2rsquo-Deoxycitidin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 13210-3 - 78492 63008 60741 1 30 600 66110-5 57710-5 77209 62665 58807 2 60 600 13210-4 11510-4 - 62481 57873 3 90 600 19810-4 17310-4 76527 62381 57319 4 250 600 33010-4 28910-4 76096 62239 56595 5 300 600 66110-4 57710-4 75615 62074 55775 6 600 600 13210-3 11510-3 75244 61945 55133
∆δsat (ppm) 04738 plusmn 2
01646 plusmn 1
08499 plusmn 1
Ka (molL) 8545 plusmn 8
6332 plusmn 4
7197 plusmn 3
NH
O
ON
O
OH Hb
HOHa
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 125
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit A2E 58
Stammloumlsung 0564 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0350 micromol A2E 58 in 1000 microL Methanol-d4 D2O = 31 vv
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 1000 35010-4 - 865231 100 1000 35010-5 52410-5 856892 150 1000 62910-5 94410-5 850983 250 1000 87410-5 13110-4 848644 500 1000 17510-4 26210-4 835135 1000 1000 35010-4 52410-4 82533
∆δsat (ppm) 09207 plusmn 10
Ka (molL) 2125 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
N
NH2
O
Ha
Hc
4 Experimenteller Teil 126
Titration von Wirt 10 mit Folsaumlure 72
Wirtloumlsung 0768 mg (071410-6 mol) Wirt 10 in 400 microL D2O
Gastloumlsung 0457 mg (103610-6 mol) Folsaumlure 72 in 4200 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 600 0 800 18510-4 0 878401 600 10 800 18510-4 22310-5 871542 600 20 800 18510-4 44610-5 865753 600 40 800 18510-4 89210-5 855644 600 60 800 18510-4 13410-4 845225 600 80 800 18510-4 17810-4 838046 600 170 800 18510-4 37910-4 82195
∆δsat (ppm) 06875 plusmn 2
Ka (molL) 20230 plusmn 12
C(Gast) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
N+
Ha
HO
4 Experimenteller Teil 127
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit FAD 71
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0587 mg (0678 micromol) FAD 71 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 96810-4 10210-3 78393 76957 73326 1 35 700 48410-5 50910-5 78303 76711 72957 2 70 700 96810-5 10210-4 78202 76663 72885 3 105 700 14510-4 15310-4 78184 76645 72879 4 175 700 24210-4 25210-4 78045 76548 72758 5 700 700 96810-4 10210-3 77604 76271 72269
∆δsat (ppm) 02112 plusmn 8
01048 plusmn 11
01672 plusmn 15
Ka (molL) 908 plusmn 14
5378 plusmn 30
4435 plusmn 38
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
Ha
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 128
C(Klammer) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa - berechnet
P
O
O
PO
LiO
O
OLi
Hb
Hc
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
Ha
4 Experimenteller Teil 129
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit AMP $G026
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) AMP $G026 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 14410-3 - 823171 25 500 71810-5 71310-5 821842 50 500 14410-4 14310-4 820963 75 500 21510-4 21410-4 820524 100 500 28710-4 28510-4 819195 125 500 35910-4 35610-4 818756 250 500 71810-4 71310-4 816157 500 500 14410-3 14310-4 81477
∆δsat (ppm) 01881 plusmn 10
Ka (molL) 1126 plusmn 19
N
NN
N
NH2
O
OH
OPNaOONa
OHa
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb - berechnet∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 130
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 384721 30 600 60210-5 59410-5 363392 60 600 12010-4 11910-4 352453 90 600 18010-4 17810-4 348364 300 600 60210-4 59410-4 324935 600 600 12010-3 11910-3 32548
∆δsat (ppm) 08087 plusmn 7
Ka (molL) 7940 plusmn 22
N+
NCHa
3
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 131
Titration von Wirt 10 mit N-Methylthiazoliumiodid 74
Wirtloumlsung 1535 mg (142510-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0524 mg (230710-6 mol) N-Methylthiazoliumiodid 74 in 250 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 25 0 700 33010-4 0 429601 25 10 700 33010-4 31310-5 425562 25 20 700 33010-4 62710-5 421283 25 30 700 33010-4 94010-5 416674 25 40 700 33010-4 12510-4 413025 25 50 700 33010-4 15710-4 407526 25 60 700 33010-4 18810-4 403817 25 80 700 33010-4 25110-4 392228 25 120 700 33010-4 37610-4 383269 25 200 700 33010-4 62710-4 35176
∆δsat (ppm) 1758 plusmn 17
Ka (molL) 1267 plusmn 29
N+
S
Ha3C
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 132
N+
O
OHOH He
OP-OOH
O
NH2
O
Ha
Hc
Hd
Hb
Titration von Wirt 10 mit NMN 54
Wirtloumlsung 1512 mg (140410-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0314 mg (093910-6 mol) NMN 54 in 1000 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 700 13410-4 0 95766 93565 90371 83429 62418 1 100 10 700 13410-4 30910-5 95714 93330 89823 82782 62242 2 100 20 700 13410-4 61710-5 95492 93082 89372 82266 62151 3 100 30 700 13410-4 92610-5 95407 92951 89130 82012 62092 4 100 40 700 13410-4 12310-4 95341 92860 88948 81783 62046 5 100 50 700 13410-4 15410-4 95165 92677 88654 81424 62001 6 100 80 700 13410-4 24710-4 95034 92455 88157 80856 61916 7 100 120 700 13410-4 37010-4 94754 92128 87504 80203 61756 8 100 200 700 13410-4 61710-4 94525 91743 86884 - 61648
∆δsat (ppm) 01970 plusmn 10
02494 plusmn 6
04572 plusmn 6
04442 plusmn 10
00890 plusmn 9
Ka (molL) 3277 plusmn 22
4882 plusmn 16
5912 plusmn 17
9043 plusmn 29
10690 plusmn 33
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 133
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Koffein 70
Stammloumlsung 0390 mg (0362 micromol) Wirt 10 und
0143 mg (0736 micromol) Koffein 70 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 39895 35712 33889 1 35 700 52610-5 25710-5 35940 34134 33231 2 70 700 10510-4 51710-5 35160 33783 33073 3 105 700 15810-4 77110-5 34730 33608 32994 4 140 700 21010-4 10310-4 34415 33468 32924 5 175 700 26310-4 12910-4 34309 33415 32898 6 350 700 52610-4 25710-4 33573 33029 32661 7 700 700 10510-3 51710-4 33590 33038 32670
∆δsat (ppm) 1364 plusmn 2
05839 plusmn 2
02717 plusmn 3
Ka (molL) 36800 plusmn 9
29730 plusmn 11
21490 plusmn 15
N
N N
N
O CHa3
Hb3C
OCHc
3
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 134
Verduumlnnungstitration von Wirt 24 mit AZT 68
Stammloumlsung 0433 mg (0714 micromol) Wirt 24 und
0190 mg (0717 micromol) AZT 68 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 76200 61936 16839 1 30 600 59810-5 59510-5 75022 61461 18059 2 60 600 12010-4 11910-4 74050 61096 17650 3 90 600 17910-4 17910-5 73011 60688 17219 4 120 600 23910-4 23810-4 72259 60389 16865 5 150 600 29810-4 29810-4 71696 60179 16622 6 300 600 59810-4 59510-4 68269 58752 14842 7 600 600 12010-3 11910-3 62464 57659 13759
∆δsat (ppm) 3116 plusmn 6
1245 plusmn 8
1400 plusmn 11
Ka (molL) 707 plusmn 11
696 plusmn 14
730 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
N3Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 135
Titration von Wirt 24 mit 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69
Wirtloumlsung 1593 mg (262910-6 mol) Wirt 24 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0435 mg (194410-6 mol) 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 in 750 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δf (ppm)
0 75 0 600 32410-4 0 76417 69692 64877 59824 18810 1 75 10 600 32410-4 67410-5 76312 69632 64790 59765 18719 2 75 20 600 32410-4 13510-4 76110 69536 64758 59693 18545 3 75 30 600 32410-4 20210-4 75973 69454 64699 59623 18426 4 75 40 600 32410-4 27010-4 75798 99376 64634 59559 18274 5 75 50 600 32410-4 33710-4 75611 99280 64538 59453 18114 6 75 60 600 32410-4 40410-4 75450 69211 64492 59389 17977 7 75 80 600 32410-4 53910-4 75133 69078 64383 59275 17720 8 75 120 600 32410-4 80910-4 74589 68799 64140 59000 - 9 75 200 600 32410-4 13510-3 73618 68350 63764 58565 16415
∆δsat (ppm) 1645 plusmn 17
06014 plusmn 9
06108 plusmn 18
08318 plusmn 19
1399 plusmn 20
Ka (molL) 160 plusmn 20
226 plusmn 12
174 plusmn 21
138 plusmn 23
160 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
Hb
HON
NH
O
O
He3C
Ha
HcHd
4 Experimenteller Teil 136
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylpyraziniumiodid 50
Stammloumlsung 0713 mg (0971 micromol) Wirt 11 und
0234 mg (1052 micromol) N-Methylpyraziniumiodid 50 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 17510-3 - 44827 93911 1 60 600 17510-4 16210-4 39025 - 2 90 600 26310-4 24310-4 37953 84130 3 120 600 35010-4 32410-4 37246 83400 4 300 600 87510-4 80910-4 36494 82295 5 600 600 17510-3 16310-3 34936 80029
∆δsat (ppm) 1270 plusmn 5
1737 plusmn 6
Ka (molL) 11070 plusmn 22
12930 plusmn 34
N+
N
CHa3
I-Hb
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 137
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Benzylaminhydrochlorid 77
Stammloumlsung 0531 mg (0640 micromol) Wirt 11 und
0083 mg (0640 micromol) Benzylaminhydrochlorid 77 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 12810-3 - 416111 25 500 64010-5 64010-5 414122 50 500 12810-4 12810-4 414013 75 500 19210-4 19210-4 413024 100 500 25610-4 25610-4 412245 125 500 32010-4 32010-4 411696 250 500 64010-4 64010-4 405397 500 500 12810-3 12810-3 39898
∆δsat (ppm) 1510 plusmn 38
Ka (molL) 115 plusmn 45
Ha2C
NH3Cl
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 138
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 11 und
0078 mg (0818 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29908 17049 10022 1 35 700 58410-5 58410-5 28628 15761 09136 2 70 700 11710-4 11710-4 27646 14771 08444 3 105 700 17510-4 17510-4 26725 13878 07803 4 140 700 23410-4 23410-4 25989 - 07295 5 350 700 58410-4 58410-4 22508 09566 04857 6 700 700 11710-3 11710-3 19649 06734 02814
∆δsat (ppm) 2651 plusmn 2
2642 plusmn 3
1884 plusmn 2
Ka (molL) 891 plusmn 4
912 plusmn 6
867 plusmn 22
C(Wirt) [molL]00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
018
020
δ∆aδ∆a (berechnet)
Hc3C
Hb2
CCHa
2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 139
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0539 mg (0734 micromol) Wirt 11 und
0070 mg (0734 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 28821 10199 1 35 700 52610-5 52610-5 25940 08779 2 70 700 10510-4 10510-4 24066 07771 3 105 700 15810-4 15810-4 22215 06787 4 140 700 21010-4 21010-4 20947 06104 5 175 700 26310-4 26310-4 19788 05481
∆δsat (ppm) 3451 plusmn 6
2006 plusmn 5
Ka (molL) 1826 plusmn 8
1534 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
Hb3C C
Ha2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 140
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Adrenalinhydrochlorid 79
Stammloumlsung 0689 mg (0938 micromol) Wirt 11 und
0206 mg (0938 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 79 in 750 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (mol_)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 750 12510-3 - 33029 27961 1 375 750 62510-5 62510-5 32538 27462 2 75 750 12510-4 12510-4 32126 27041 3 1125 750 18810-4 18810-4 31767 26611 4 150 750 25010-4 25010-4 31451 26260 5 1875 750 31310-4 31310-4 31074 25875 6 375 750 62510-4 62510-4 29417 24305 7 750 750 11710-3 11710-3 27628 22472
∆δsat (ppm) 2149 plusmn 8
2017 plusmn 4
Ka (moll) 364 plusmn 11
416 plusmn 6
OH
OHOH
Ha2CNH2Cl
Hb3C
C(Wirt) [molL]
000000 000005 000010 000015 000020 000025 000030
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
10
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 141
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Propanololhydrochlorid 82
Stammloumlsung 0633 mg (0862 micromol) Wirt 11 und
0255 mg (0862 micromol) Propanololhydrochlorid 82 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12310-3 - 137191 60 600 12310-4 12310-4 129682 90 600 18510-4 18510-4 127693 120 600 24610-4 24610-4 125924 150 600 30810-4 30810-4 124265 600 600 12310-3 12310-3 11133
∆δsat (ppm) 05482 plusmn 3
Ka (molL) 1361 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
HO
ClH2N
Ha3C CHa
3
4 Experimenteller Teil 142
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Noradrenalinhydrochlorid 80
Stammloumlsung 0612 mg (0833 micromol) Wirt 11 und
0171 mg (0833 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 80 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 320841 70 700 11910-5 11910-5 319182 105 700 17910-4 17910-4 317973 140 700 23810-4 23810-4 317414 175 700 29810-4 29810-4 316645 350 700 59510-4 59510-4 312256 700 700 11910-4 11910-4 30692
∆δsat (ppm) 09012 plusmn 17
Ka (molL) 184 plusmn 22
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
OH
OHOH
Ha2CNH3Cl
4 Experimenteller Teil 143
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Dopaminhydrochlorid 81
Stammloumlsung 0603 mg (0821 micromol) Wirt 11 und
0156 mg (0821 micromol) Dopaminhydrochlorid 81 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29058 32562 68726 1 35 700 58610-5 58410-5 28010 31257 68433 2 70 700 11710-4 11710-4 27051 29988 68217 3 105 700 17610-4 17510-4 26308 29169 68012 4 140 700 23510-4 23410-4 25618 28262 67897 5 175 700 29310-4 29310-4 25109 27484 67655 6 350 700 58610-4 58410-4 22161 - 66889 7 700 700 11710-3 11710-3 20464 21757 66503
∆δsat (ppm) 2169 plusmn 9
2670 plusmn 2
05658 plusmn 12
Ka (molL) 989 plusmn 16
975 plusmn 3
988 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δa∆δa (berechnet)
CHb2
OHOH
Ha2CNH3Cl
Hc
4 Experimenteller Teil 144
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylnicotinamidiodid 51
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0231 mg (0875 micromol) N-Methylnicotinamidiodid 51 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 92629 89567 88860 81565 44540 1 70 700 12510-4 12510-4 90363 88119 86638 80140 41545 2 105 700 18810-4 18810-4 89435 87799 85456 79598 40550 3 140 700 25010-4 25010-4 88749 87589 84450 79200 39721 4 175 700 31310-4 31310-4 88208 87412 83809 78891 39069 5 350 700 62510-4 62510-4 85378 86495 79996 77332 35124 6 700 700 12510-3 12510-3 84063 86163 78261 76658 33278
∆δsat (ppm) 1870 plusmn 9
05524 plusmn 5
2657 plusmn 13
1001 plusmn 8
2576 plusmn 10
Ka (molL) 1364 plusmn 18
3685 plusmn 15
969 plusmn 5
1667 plusmn 18
1195 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N+
NH2
O
CHe3
Ha
Hb
Hd
HcI-
4 Experimenteller Teil 145
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1940 mg (264210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0632 mg (166710-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
700 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 70 0 600 23810-4 0 39983 18159 16721 1 70 10 600 23810-4 58110-5 39228 16510 13134 2 70 20 600 23810-4 11610-4 38290 14500 13177 3 70 30 600 23810-4 17410-4 37685 13099 13099 4 70 40 600 23810-4 23210-4 36738 11170 09724 5 70 60 600 23810-4 34810-4 35484 08549 07000 6 70 80 600 23810-4 46510-4 34871 07216 05734 7 70 120 600 23810-4 69710-4 34485 06024 04638 8 70 180 600 23810-4 10510-3 34257 05366 04042
∆δsat (ppm) 06808 plusmn 7
1547 plusmn 6
1472 plusmn 5
Ka (molL) 7988 plusmn 29
6778 plusmn 23
8762 plusmn 24
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 146
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1074 mg (146310-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0379 mg (100010-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
400 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 16710-4 0 39943 18119 16900 1 40 10 600 16710-4 37510-5 39251 16726 15453 2 40 20 600 16710-4 75010-5 38797 15819 14362 3 40 30 600 16710-4 11310-4 38087 14060 13093 4 40 40 600 16710-4 15010-4 37629 13121 11641 5 40 50 600 16710-4 18810-4 37011 11953 10363 6 40 60 600 16710-4 22510-4 36516 10913 09332 7 40 160 600 16710-4 30010-4 36086 09144 07958
∆δsat (ppm) 1002 plusmn 25
4093 plusmn 26
3292 plusmn 27
Ka (molL) 2811 plusmn 44
1077 plusmn 36
1519 plusmn 40
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 147
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1084 mg (147710-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0419 mg (104810-6 mol) RGD 86 in 400 microL D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 17510-4 0 32772 19855 17361 1 40 10 600 17510-4 37910-5 31561 19719 16872 2 40 20 600 17510-4 75710-5 30376 19236 16124 3 40 30 600 17510-4 11410-4 29229 19056 15528 4 40 40 600 17510-4 15210-4 28204 18734 15010 5 40 50 600 17510-4 18910-4 27083 18547 14488 6 40 60 600 17510-4 22710-4 - 18289 14017 7 40 80 600 17510-4 30310-4 - 17793 13077 8 40 120 600 17510-4 45410-4 21092 17071 11357 9 40 180 600 17510-4 68210-3 - 16330 07692
∆δsat (ppm) 4578 plusmn 3
08838 plusmn 11
2022 plusmn 6
Ka (molL) 836 plusmn 4
1109 plusmn 17
1012 plusmn 9
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 148
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1006 mg (137010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0400 mg (100010-6 mol) RGD 86 in 1000 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 16710-4 0 32682 19320 17291 1 100 10 600 16710-4 35110-5 31562 19134 16600 2 100 20 600 16710-4 70310-5 30608 18904 16113 3 100 30 600 16710-4 10510-4 29693 18680 15595 4 100 40 600 16710-4 14110-4 28637 18430 15000 5 100 50 600 16710-4 17610-4 27773 18206 14648 6 100 60 600 16710-4 21110-4 27037 17969 14091 7 100 80 600 16710-4 28110-4 - 17566 13394 8 100 120 600 16710-4 42210-4 - 16894 11736 9 100 200 600 16710-4 70310-3 - 15979 10034
∆δsat (ppm) 3413 plusmn 22
09234 plusmn 10
1502 plusmn 5
Ka (molL) 1092 plusmn 28
901 plusmn 15
1532 plusmn 5
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 149
Titration von Wirt 11 mit (S)-Glycinyl-(S)-argininyl-(S)-glycinyl-(S)-glycin (GRGG) 87
Wirtloumlsung 1135 mg (154610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0673 mg (117510-6 mol) GRGG2TFA 87 in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 19610-4 0 32543 19241 18525 1 100 10 600 19610-4 39610-5 30751 18770 17914 2 100 20 600 19610-4 79310-5 28394 18150 17279 3 100 30 600 19610-4 11910-4 26627 17663 16724 4 100 40 600 19610-4 15910-4 24618 17121 16101 5 100 50 600 19610-4 19810-4 - 16590 15521 6 100 60 600 19610-4 23810-4 21114 16187 15015 7 100 80 600 19610-4 31710-4 18265 15377 - 8 100 120 600 19610-4 47610-4 - - 12746 9 100 180 600 19610-4 71310-3 - 11964 10569
∆δsat (ppm) 7461 plusmn 15
2213 plusmn 4
2058 plusmn 7
Ka (molL) 857 plusmn 20
755 plusmn 5
972 plusmn 10
HN
NH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 150
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-alaninyl-(S)-alanin (KAA) 88
Wirtloumlsung 0878 mg (119610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0406 mg (100010-6 mol) KAACH3COOH 88 in 200 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (KAA 71)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 20 0 600 16410-4 0 39096 18894 1 20 10 600 16410-4 36910-5 38994 18557 2 20 20 600 16410-4 79310-5 38924 18302 3 20 30 600 16410-4 11910-4 38841 18112 4 20 40 600 16410-4 15910-4 38765 17807 5 20 50 600 16410-4 19810-4 38702 17622 6 20 60 600 16410-4 23810-4 38619 17298 7 20 80 600 16410-4 31710-4 38466 16910 8 20 120 600 16410-4 47610-4 38282 16166 9 20 200 600 16410-4 71310-3 37913 -
∆δsat (ppm) 02920 plusmn 6
1030 plusmn 14
Ka (molL) 1242 plusmn 9
1116 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hb2C
NH2
HN
OOH
OHa
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 151
Titration von Wirt 11 mit tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
Wirtloumlsung 1022 mg (139210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0295 mg (109410-6 mol) tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
in 500 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δb (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 600 18210-4 0 70658 31722 30421 1 100 10 600 18210-4 35710-5 69926 31545 30376 2 100 20 600 18210-4 71410-5 69124 31406 30238 3 100 30 600 18210-4 10710-4 - 31254 30054 4 100 40 600 18210-4 14310-4 67555 31128 29909 5 100 50 600 18210-4 17910-4 66920 30995 29764 6 100 60 600 18210-4 21410-4 66162 30837 29606 7 100 80 600 18210-4 28610-4 65057 30604 29366 8 100 120 600 18210-4 42810-4 62708 30124 28905 9 100 180 600 18210-4 71410-4 68932 29461 28299
∆δsat (ppm) 3764 plusmn 4
06543 plusmn 5
07925 plusmn 24
Ka (molL) 688 plusmn 5
817 plusmn 7
565 plusmn 33
C(Wirt) [moll]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa - gemessen∆δa - berechnet∆δb - gemessen∆δb - berechnet
HN
O
OO
O
NH
N
Ha
HbHc
4 Experimenteller Teil 152
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0208 mg (0875 micromol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 700 microL
D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 442851 35 700 62510-5 62510-5 427622 70 700 12510-4 12510-4 422663 105 700 18810-4 18810-4 419304 140 700 25010-4 25010-4 419115 175 700 31310-4 31310-4 418306 350 700 62510-4 62510-4 416807 700 700 12510-3 12510-3 41244
∆δsat (ppm) 03580plusmn 4
Ka (molL) 23010 plusmn 18
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
4 Experimenteller Teil 153
Titration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Wirtloumlsung 1130 mg (154010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0239 mg (100110-6 mol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 500
microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 50 0 600 16710-4 0 44199 19278 18000 1 50 10 600 16710-4 34210-5 43837 18238 16960 2 50 20 600 16710-4 68410-5 43250 16714 15572 3 50 30 600 16710-4 10310-4 42994 15865 - 4 50 40 600 16710-4 13710-4 42627 - - 5 50 60 600 16710-4 20510-4 41981 12892 11921 6 50 80 600 16710-4 27410-4 - 11774 10718 7 50 120 600 16710-4 41010-4 40905 09978 09007 8 50 200 600 16710-4 61610-3 40442 08682 07963
∆δsat (ppm) 05677 plusmn 8
1572 plusmn 8
1454 plusmn 10
Ka (molL) 3993 plusmn 20
4295 plusmn 19
4730 plusmn 27
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
HcHb
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 154
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-lysinyl-(S)-leucinyl-(S)-valinyl-(S)-
phenylalaninyl-(S)-phenylalanin (KKLVFF) 91
Wirtloumlsung 1367 mg (1013-6 mol) Wirt 11 in 650 microL [25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Gastloumlsung 1107 mg (988310-7 mol) KKLVFF3TFA 91 in 2000 microL [25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 200 0 600 16710-4 0 29643 16809 1 200 10 600 16710-4 35110-5 29351 16548 2 200 20 600 16710-4 70310-5 29109 16097 3 200 30 600 16710-4 10510-4 28995 16014 4 200 40 600 16710-4 14110-4 28791 15766 5 200 50 600 16710-4 17610-4 28652 - 6 200 60 600 16710-4 21110-4 28607 - 7 200 80 600 16710-4 38110-4 - 15556 8 200 120 600 16710-4 42210-4 28505 15524 9 200 200 600 16710-4 70310-4 28499 -
∆δsat (ppm) 01214 plusmn 3
01365 plusmn 6
Ka (molL) 32290 plusmn 21
43310 plusmn 45
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 155
H2NNH
O
Hb2C
CHa2
NH2
Hb2C
CHa2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
pm]
HaHbHa (berechnet)Hb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 156
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysin (KTTK) 89
Wirtloumlsung 0859 mg (1169-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0837 mg (102610-6 mol) KTTK3TFA 89 in 1750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 175 0 600 34210-4 0 39847 18700 1 175 10 600 34210-4 35110-5 39599 18366 2 175 20 600 34210-4 70310-5 39425 18247 3 175 30 600 34210-4 10510-4 39127 17949 4 175 40 600 34210-4 14110-4 38917 17894 5 175 50 600 34210-4 17610-4 38729 17793 6 175 60 600 34210-4 21110-4 38536 17597 7 175 80 600 34210-4 38110-4 38156 17290 8 175 120 600 34210-4 42210-4 37684 17010 9 175 200 600 34210-4 70310-4 36961 16085
∆δsat (ppm) 04061 plusmn 5
04217 plusmn 16
Ka (molL)(21 Komplex)
6821 plusmn 18
4205 plusmn 45
H2NNH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
4 Experimenteller Teil 157
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
007
008
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 158
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysinyl-(S)-serin (KTTKS) 90
Wirtloumlsung 1111 mg (1513-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0724 mg (800110-7 mol) KTTKS3TFA 90 in 750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 75 0 600 26610-4 0 39518 14881 1 75 10 600 26610-4 19410-5 39318 - 2 75 20 600 26610-4 38810-5 38848 11067 3 75 30 600 26610-4 58210-5 - 10165 4 75 40 600 26610-4 77610-5 38439 09121 5 75 50 600 26610-4 97010-5 38204 07755 6 75 60 600 26610-4 11610-4 37882 06000 7 75 80 600 26610-4 15510-4 37746 04300 8 75 120 600 26610-4 23310-4 37136 01300 9 75 180 600 26610-4 34910-4 36722 -
∆δsat (ppm) 03903 plusmn 8
2620 plusmn 15
Ka (molL)(21 Komplex)
4998 plusmn 24
3307 plusmn 33
H2N NH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
OH
O
OH
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 159
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln
10 100 1000 10000 und 10900 Aumlquivalente deuteriertes DMSO werden zu 600 microL einer
aumlquimolaren Loumlsung aus Wirt 11 und Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 25
mmolL Na2HPO4NaH2PO4-Puffer (pH 7) in D2O gegeben (2 10-4 M) sowie zu eine
Referenzloumlsung die nur Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 enthaumllt (gleiche
Konzentration) Die kleinen Veraumlnderungen der chemischen Verschiebung in der
Referenzloumlsung wurden von den groumlszligeren Effekten im GastWirt-Gemisch abgezogen Diese
Ergebnisse werden in der unten gezeigten Tabelle als ∆δobs angegeben Um die Auswirkung
von Acetonitril und Methanol vergleichen zu koumlnnen wurden zu den oben genannten Proben
mit 10 und 100 Aumlquivalenten jeweils 200 microL deuteriertes Acetonitril beziehungsweise 200 microL
deuteriertes Methanol zugegeben
0
001
002
003
004
005
006
007
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 160
zugegebenes Loumlsungsmittel
Aumlquivalente ∆δobs (εCH2) ∆δobs (βCH2)
DMSO-d6 10 nicht sichtbar (breites Signal) -052 DMSO-d6 100 nicht sichtbar (breites Signal) -047 DMSO-d6 1000 nicht sichtbar (breites Signal) -013 DMSO-d6 10000 -001 -001 DMSO-d6 10900 lt -001 lt -001 Acetonitril-d3 16000 lt -001 lt -001 Methanol-d4 20600 -035 -010
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 441 Das Messgeraumlt
Die Messungen wurden mit einem VP-ITC der Firma MicroCal durchgefuumlhrt Gesteuert wird
das Geraumlt mit der WINDOWSTM-Software MicroCal VPViewer Die fuumlr die Messung
verwendete Spritze (250 microL) ist eine Spezialanfertigung der Firma MicroCal Am unteren
Ende der langen Nadel geht die Spritze in einen kleinen Ruumlhrer uumlber um durch die Drehung
der Spritze die Durchmischung der Loumlsung in der Messzelle zu gewaumlhrleisten Das Volumen
der Messzelle betraumlgt 14211 mL Die Messzelle laumlsst sich mit einer Hamilton-Spritze mit
entsprechend langer Kanuumlle befuumlllen Die Spritze fuumlr das Messgeraumlt wird mit Hilfe eines
kleinen Schlauches und einer weiteren Spritze befuumlllt
4 Experimenteller Teil 161
Abb 41 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
442 Reinigung des Messgeraumltes Die Messzelle muss regelmaumlszligig zuerst mit 200 mL TritonregX100-Loumlsung (1100 verduumlnnt)
und anschlieszligend mit 1 L Wasser gespuumllt werden Bei staumlrkeren Verschmutzungen (wie z B
bei ausgefallenen Substanzen) kann optional eine Reinigung mit 500 mL 2 iger SDS-
Loumlsung und anschlieszligend 15 L Wasser durchgefuumlhrt werden Die Spritze fuumlr die Messungen
muss immer gruumlndlich mit Wasser gespuumllt werden Fuumlr die Hamilton-Spritzen empfiehlt es
sich noch zusaumltzlich mit Ethanol zu spuumllen und anschlieszligend zu trocknen
443 Kalibrierung des Messgeraumltes Das Kalorimeter muss halbjaumlhrlich kalibriert werden wobei die Kalibrierung mittels einer
Reihe elektrischer Standardpulse erfolgt Die beiden Zellen muumlssen dazu mit Wasser gefuumlllt
sein Zur Anpassung der Kalibrierungskonstanten dient ein Mittelwert der aus den
Verhaumlltnissen von gemessener Waumlrmemenge zu theoretisch zu erwartender Waumlrmemenge
uumlber alle Waumlrmeimpulse gebildet wird Die neue Kalibrierungskonstante constneu wird dabei
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
4 Experimenteller Teil 162
durch Multiplikation der alten Konstante constalt mit dem durchschnittlichen Verhaumlltnis von
erwarteter zu gemessener Waumlrmemenge erhalten
PulsederAnzahlWW
constconst gemessen
erwartet
altneu
sumsdot= (Gleichung 41)
Diese Anpassung der Kalibrierungskonstante ist allerdings nur notwendig falls die
gemessenen Waumlrmemengen um mehr als 1 von den erwarteten Waumlrmemengen abweichen
Eine Abweichung wurde bisher noch nicht gefunden
444 Durchfuumlhrung der Messungen
Alle Messungen wurden bei 298 K durchgefuumlhrt Dazu wurde das Thermostat des
Kalorimeters auf 25degC eingestellt Um zu verhindern dass die gemessenen Reaktionswaumlrmen
nicht von Mischungseffekten von verschiedenen Loumlsungsmittel oder von
Verduumlnnungseffekten des Puffers uumlberlagert werden ist es sehr wichtig sowohl den Gast als
auch den Wirt in den gleichen Loumlsungsmittel (gegebenenfalls mit gleichen
Pufferkonzentrationen) zu loumlsen
Bevor die Loumlsungen in die Messzelle bzw in die Spritze gefuumlllt werden koumlnnen muumlssen sie
unter vermindertem Druck und Ruumlhren entgast werden Mit einer Hamiltonspritze wird die
Protein-Loumlsung langsam und ohne Luftblasen in die Messzelle gefuumlllt die vorher mit dem
gleichen Loumlsungsmittel vorgespuumllt wurde Beim Befuumlllen der Spezialspritze mit der
Ligandloumlsung ist ebenfalls darauf zu achten keine Luftblasen in die Spritze zu bekommen Da
sich durch Luftblasenbildung stoumlrende Effekt ergeben koumlnnen empfiehlt es sich bei der
ersten Einspritzung nur eine geringe Menge (5 microL) zu verwenden und erst danach mit der
eigentlichen Messung zu beginnen
Nach dem das Geraumlt die Loumlsungen in der Zelle vollstaumlndig thermostatisiert und die
Heizleistung equilibriert hat kann die eigentliche Messung beginnen Es wurden bis zu 30
Einspritzungen eines Aliquots von je 10 microL durchgefuumlhrt Die Wartezeit zwischen zwei
Einspritzungen haumlngt hauptsaumlchlich davon ab wie lange das System braucht um nach einer
Einspritzung die Basislinie wieder zu stabilisieren dh die Temperaturdifferenz zwischen
Mess- und Referenzzelle auszugleichen Im vorgliegenden Fall liegt dieser Zeitraum bei einer
Ruumlhrgeschwindigkeit von 240 Umdrehungen pro Minute bei etwa 300 bis 360 s Das
verwendete Volumen pro Einspritzung haumlngt von einigen unterschiedlichen Faktoren ab wie
zB Gast- und Wirtkonzentration erwarteter Waumlrmetoumlnung und Bindungskonstante K Bei
4 Experimenteller Teil 163
einer 11 Bindung muumlssen die Konzentrationen so gewaumlhlt werden dass die
Gesamtkonzentration des Gastes in der Messzelle am Ende der Messung mindestens zweimal
so groszlig ist wie die Gesamtkonzentration an Wirt Das bedeutet dass die letzten Signale die
betraumlchtlich hinter dem Aumlquivalenzpunkt liegen nur noch aufgrund von Verduumlnnungseffekten
des Liganden oder unspezifischen Bindungsvorgaumlngen zustande kommen sollten da zu
diesem Zeitpunkt bereits eine nahezu vollstaumlndige Saumlttigung vorliegen sollte Diese
Verduumlnnungswaumlrme muss daher von der eigentlichen Bindungsisothermen subtrahiert werden
Deswegen sollten fuumlr jedes Experiment drei Messungen durchgefuumlhrt werden Einmal nur mit
Gast der in das Loumlsungsmittel titriert wird einmal mit Loumlsungsmittel und Wirtloumlsung und
einmal die eigentliche Titration von der Gast-Loumlsung in die Wirt-Loumlsung Die gemessenen
Waumlrmen der ersten beiden Titrationen werden zur Bestimmung der eigentliche
Komplexierungswaumlrme von der dritte Titration abgezogen
Die Anpassung der Bindungsisothermen an die Messpunkte erfolgte nach der Methode der
kleinsten Fehlerquadrate (least squares fit) Dabei wurde jede Messung mehrmals
durchgefuumlhrt bis mindestens zwei exakt gleiche Kurven erhalten wurden Fuumlr die endguumlltige
Bestimmung der thermodynamischen Parameter des Gast-Wirt-Komplexes wurde der
Durchschnitt dieser Messungen verwendet Die Abweichung zwischen den Messungen betrug
maximal 10
4 Experimenteller Teil 164
445 Messergebnisse
Titration von Wirt 24 (5010-4 M) mit Thiaminhydrochlorid 75 (7510-3 M) in Wasser Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2312 plusmn 024 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 0774 plusmn 0006 -093 2 -2407 plusmn 016 160 middot 104 plusmn 35 middot 102 0740 plusmn 0004 010
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1 2
4 Experimenteller Teil 165
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1
Titration von Wirt 11 (5010-4 M) mit Acetyl-(S)-lysinmethylesterhydrochlorid 83
(7510-3M) in Wasser
Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2748 plusmn 034 150 middot 104 plusmn 55 middot 102 0651 plusmn 0006 -373 2 -2641 plusmn 016 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 0735 plusmn 0003 -235
2
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
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174
Erklaumlrung
Ich versichere dass ich meine Dissertation
Wasserloumlsliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von
biorelevanten Molekuumllen
selbstaumlndig ohne unerlaubte Hilfe angefertigt und mich dabei keiner anderen als der von mir
ausdruumlcklich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient habe
Die Dissertation wurde in der jetzigen oder einer aumlhnlichen Form noch bei keiner anderen
Hochschule eingereicht und hat noch keinen sonstigen Pruumlfungszwecken gedient
Marburg den 10 Juni 2005
(Michael Fokkens)
175
LEBENSLAUF MICHAEL MILAN FOKKENS
10 Juni 1976 Geboren in Amsterdam (NL)
Juli 1988 Abschluss der Grundschule De Emmausschool Arnhem (NL)
Juni 1995 Erreichen des Diploma voorbereidend wetenschappelijk onderwijs (VWO)
am Thomas a Kempis College Arnhem (NL)
Oktober 1998 Erreichen des Vordiploms in Chemie an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH)
Maumlrz ndash April 2000 Bayer AG Leverkusen Angestellt in der Zentralen Forschung
Januar 2001 Diplompruumlfung des Chemiestudiums an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH) in den Faumlcher Anorganische Chemie Physikalische Chemie
Organische Chemie und Biochemie
September 2001 Abgabe der Diplomarbeit in der Organischen Chemie zum Thema
bdquoNeuartige Inhibitoren der Rezeptor-Tyrosin-Kinasenldquo in dem
Arbeitskreis von Prof Athanassios Giannis an der Universitaumlt
Karlsruhe (TH)
Juli 2005 Ende der Promotion mit dem Thema bdquoWasserloumlsliche molekulare
Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekuumllenldquo
in dem Arbeitskreis von Prof Thomas Schrader an der Philipps-
Universitaumlt Marburg
Inhaltsverzeichnis VI
Teile dieser Arbeit sind publiziert eingereicht oder auf Kongressen praumlsentiert worden
[1] NAD+-Erkennung in Wasser Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader
Jolanta Polkowska Jens Panitzky Frank-Gerrit Klaumlrner Poster praumlsentiert auf dem
Symposium bdquoMolekulare Erkennungldquo des Sonderforschungsbereichs SFB 452 Essen
Maumlrz 2002
[2] Neue Wirkstoffe zu Therapie Diagnostik und Prophylaxe der Makuladegeneration
Patentanmeldung vom 24112004 Erfinder Thomas Schrader Michael Fokkens
Reza Zadmard Christian Jasper Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta Polkowska Frank
Bastkowski DE 10 2004 056 8227
[3] Selective Complexation of N-Alkylpyridinium Salts Binding of NAD+ in Water
Michael Fokkens Christian Jasper Thomas Schrader Felix Koziol Christian
Ochsenfeld Jolanta Polkowska Matthias Lobert Bjoumlrn Kahlert Frank-Gerrit Klaumlrner
Chem Eur J 2005 11 477-494
[4] A Molecular Tweezer for Lysine and Arginine Michael Fokkens Thomas Schrader
Frank-Gerrit Klaumlrner eingereicht bei J Am Chem Soc 2005
[5] Inclusion of Thiamine Diphosphate and S-Adenosylmethionine at their Chemically
Active Sites Thomas Schrader Michael Fokkens Frank-Gerrit Klaumlrner Jolanta
Polkowska Frank Bastkowski eingereicht bei J Org Chem 2005
Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
Seite
Inhaltsverzeichnis I
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Nomenklatur der Aminosaumluren V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
11 Die Natur als Vorbild 1
12 Molekulare Klammern und Pinzetten 2
13 Vorarbeiten 7
14 Aufgabenstellung 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
21 Synthesen 14
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 24
221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
24
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+ 27
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen 38
224 Bindungsexperimente mit Thiamin 48
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer) 55
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 56
231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
56
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen 56
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen 57
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren 60
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
65
236 Einfluss von von dipolaren aprotischen Kosolventien 68
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette) 69
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 70
241 Einleitung 70
242 Theoretische Grundlagen 71
Inhaltsverzeichnis II
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24 77
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 78
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
4 Experimenteller Teil 85
41 Material und Methoden 85
42 Synthesen 88
421 Synthese des Spacers 14 88
422 Synthese der Modellverbindung 92
423 Synthese der Hydroxyklammer 21 97
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10 99
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24 101
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29 103
427 Synthese der Hydoxypinzette 38 108
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11 111
43 NMR-Titrationen 113
431 Durchfuumlhrung 113
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer 115
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette 136
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln 159
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 160
441 Das Messgeraumlt 160
442 Reinigung des Messgeraumltes 161
443 Kalibrierung des Messgeraumltes 161
444 Durchfuumlhrung der Messungen 162
445 Messergebnisse 164
5 Literatur 166
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Abkuumlrzungsverzeichnis
Aring Aringngstroumlm (1 Aring = 10-10 m)
abs absolut
Ac Acetyl
AMD altersbedingten Makuladegeneration
AMP Adenosinmonophosphat
ATP Adenosintriphosphat
AZT 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin
A2E N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
ber berechnet
Bu Butyl
CHN Elementaranalyse
CMP Cytidinmonophosphat
COX Cytochrom c Oxidase
d Tag(e)
DDQ 23-Dichlor-56-dicyanobenzochinon
DMAP 4-Dimethylaminophenol-Hydrochlorid
DMF NN-Dimethylformamid
DMSO Dimethylsulfoxid
ESI Elektronenspray Ionisierung
Et Ethyl
FAD Flavin-Adenin-Dinukleotid
gef gefunden
G Gast
GMP Guanosinmonophosphat
h Stunde(n)
HOMO highest occupied molecular orbital
HPLC high perfomance liquid chromatography
HR High Resolution
ITC Isothermale Titrationskalorimetrie
k Kilo- (103)
konz konzentriert
L Liter
LAH Lithiumaluminiumhydrid
Abkuumlrzungsverzeichnis IV
LUMO lowest unoccupied molecular orbital
micro Mikro- (10-6)
m Milli (10-3)
M Molaritaumlt (mol L-1)
Me Methyl
min Minute(n)
MS Massenspektrometrie
NAD+ Nikotinamidadenindinukleotid
NADH Nikotinamidadenindinukleotid
NADP Nikotinamidadenindinukleotidphosphat
NMN Nikotinamidmononukleotid
NMR Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonanz)
NOE Nuclear Overhauser Enhancement
p para
Ph Phenyl
ppm parts per million
RT Raumtemperatur
S Stearinsaumlure
Smp Schmelzpunkt
THF Tetrahydrofuran
TMP Thymidinmonophosphat
TPP Thiaminpyrophosphat
UMP Uridinmonophosphat
UV ultraviolett
verd verduumlnnt
VIS sichtbarer Wellenlaumlngenbereich des Lichts
W Wirt
Abkuumlrzungsverzeichnis V
Nomenklatur der Aminosaumluren
Aminosaumlure Dreibuchstabencode Einbuchstabencode
Alanin Ala A
Arginin Arg R
Asparagin Asn N
Asparaginsaumlure (Aspartat) Asp D
Cystein Cys C
Glutamin Gln Q
Glutaminsaumlure (Glutamat) Glu E
Glycin Gly G
Histidin His H
Isoleucin Ile I
Leucin Leu L
Lysin Lys K
Methionin Met M
Phenylalanin Phe F
Prolin Pro P
Serin Ser S
Threonin Thr T
Tryptophan Trp W
Tyrosin Tyr Y
Valin Val V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
1 Einleitung und Aufgabenstellung
11 Die Natur als Vorbild
In der Natur werden viele molekularbiologische Vorgaumlnge durch intermolekulare
nichtkovalente Wechselwirkungen vermittelt So beruhen unter anderem die
Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat oder Wirkstoff auf nichtkovalenten
Wechselwirkungen Auch Interaktionen zwischen Proteinen[1] bei Transmembrantransporten
oder bei der Protein- und DNA-Faltung beruhen auf nichtkovalenten Wechselwirkungen[2-4]
Trotz immer umfangreicheren Kenntnissen der biochemischen Systeme bleiben weiterhin
viele Fragen in Hinblick auf die beteiligten intermolekularen Wechselwirkungen offen
Zusaumltzlich werden durch die immer weiter voranschreitenden Genomics- und Proteomics-
Untersuchungen immer mehr Informationen gewonnen aber auch neue Fragen aufgeworfen
Die Kenntnis welche Gene in einem Organismus vorhanden sind und exprimiert werden
koumlnnen (Genomics) reicht nicht um alle biologischen Vorgaumlnge erklaumlren zu koumlnnen Auch die
Kenntnisse daruumlber welche Proteine in einem Organismus vorhanden sind (Proteomics)
helfen nicht weiter Entscheidend ist wie die Proteine miteinander mit kleinen Biomolekuumllen
und mit anderen supramolekularen Verbindungen wechselwirken Molekulare Interaktionen
und chemische Umwandlungen bilden die Grundlage der Biologie[5]
Die supramolekulare Chemie versucht mit einem synthetischen Molekuumll ein anderes Molekuumll
von Interesse uumlber nichtkovalente Wechselwirkungen zu binden und so durch Kombination
von biochemischen und organischen Methoden mehr uumlber die Wechselwirkungen die bei der
Bildung von Komplexen relevant sind zu erfahren[6] Die organische Chemie bietet dabei die
Moumlglichkeit Modellverbindungen mit zu dem Substrat komplementaumlren
Wechselwirkungszentren zu konzipieren und zu synthetisieren[7 8]
Aus der Untersuchung der Wechselwirkungseigenschaften von synthetischen Rezeptoren
ergibt sich neben der verbesserten Syntheseplanung fuumlr neue supramolekulare Komplexe
auch die Moumlglichkeit Wechselwirkungen in biologischen Systemen genauer zu studieren
Diese Erkenntnisse koumlnnen wiederum fuumlr das rationale Wirkstoffdesign benutzt werden[7 9 10]
Zusaumltzlich bieten solche Ergebnisse eine Grundlage fuumlr die Entwicklung von neuen
analytischen und diagnostischen Methoden[7 11]
Mit der Formulierung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips legte Emil Fischer schon fruumlh den
Grundstein der supramolekularen Chemie[12] Das Prinzip erklaumlrt warum Proteine selektiv
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 2
Substrate erkennen koumlnnen Sie nehmen ausschlieszliglich Substrate auf die in ihrer Form und
Anordnung komplementaumlr zur Bindungsstelle im Enzym sind (Abb 11)
Abbildung 11 Schematische Darstellung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips
In den 30rsquoer Jahren des letzten Jahrhunderts war zum ersten Mal die Rede von einem
Uumlbermolekuumll im Zusammenhang mit koordinativ gesaumlttigten Komplexen[13] Werden
Bindungsstellen fuumlr nichtkovalente Wechselwirkungen gezielt in ein Molekuumll eingebaut um
damit ein anderes Molekuumll binden zu koumlnnen und so ein Supermolekuumll zu kreieren so spricht
man von der Supramolekularen Chemie[14] Das Supermolekuumll auch Komplex genannt
besteht aus dem Wirtmolekuumll (meistens der groumlszligere der beiden Komplexpartner oder auch
jenes Molekuumll dessen Bindungsstellen bei der Bindung konvergieren) und dem Gastmolekuumll
(das Substrat oder auch jenes Molekuumll das vom Wirt aufgenommen wird)[15 16]
Um eine moumlglichst effektive Komplexbildung zwischen Wirt und Gast zu erreichen sollte der
Wirt sowohl in Bezug auf die sterischen Eigenschaften als auch in Bezug auf die
Bindungsstellen komplementaumlr auf den Gast abgestimmt dh praumlorganisiert werden[17] Eine
geschickte Praumlorganisation soll verhindern dass bei der Bindung des Gastes eine unguumlnstige
Reorganisation des Wirtes stattfinden muss und damit eine entropisch unguumlnstige Situation
entsteht[8]
12 Molekulare Klammern und Pinzetten
In den letzten Jahren hat es viele Ansaumltze gegeben Wirtmolekuumlle zu schaffen die eine
optimale Praumlorganisation der Bindungsstellen sowie eine guumlnstige sterische Konfiguration zur
Aufnahme von Gaumlsten besitzen[18-21] Whitlock et al stellten als erste einen Wirttyp vor der
als molekulare Pinzette bezeichnet wurde[22] Whitlock definierte eine Pinzette als ein
Molekuumll das zwei Bindungsstellen anbietet die von einem Spacer in einem definierten
1 Einleitung und Aufgabenstellung 3
Abstand gehalten und fixiert werden und so einen Gast sandwich-artig umschlieszligen koumlnnen
(Abb 12) Bei den Bindungsstellen handelt es sich in der Regel um Aromaten Spaumlter wurde
die Definition um eine Eigenschaft erweitert es sollte sich bei den angebotenen
Bindungsstellen um Chromophore handeln[23]
GastSpacer
Abbildung 12 Schematische Darstellung der Wirkungsweise einer molekularen Pinzette
Whitlock verwirklichte dieses Prinzip indem er zwei Koffein-Molekuumlle uumlber einen Spacer
miteinander verknuumlpfte Durch Variation des Spacers konnte die optimale Laumlnge ermittelt
werden (Abb 13) Der Einfluss der Praumlorganisation wird deutlich wenn die
Bindungskonstante der Pinzette 2 fuumlr die Bindung zB von 13-Dihydroxynaphthalin-2-
carbonsaumlure mit der Bindung an das entsprechende Monomer 1 verglichen wird Dabei lag die
Bindungskonstante des Monomers 1 im guumlnstigsten Fall (Ka = 47400 M-1 in einem
Zweiphasensystem aus Wasser und Ethylendichlorid) um zwei Groumlszligenordnungen unter der
der Pinzette
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 4
N
N
N
O
O N
NN
O
O
N
N
N
O
O1
2
Abbildung 13 Die von Whitlock vorgestellte Pinzette 2 und das entsprechende Monomer 1
Eine der allgemeinen Forderungen an Pinzetten hatte Whitlock jedoch nicht mit seiner
Pinzette erfuumlllt die Bindungsstellen sind nicht fixiert Die Koffein-Einheiten befinden sich
nicht immer in der syn-Anordnung sondern koumlnnen unabhaumlngig von einander rotieren
Whitlocks Pinzette wurde zum Ursprung fuumlr viele weitere Pinzetten[24-31] Die Faumlhigkeit den
Gast uumlber π-π-Wechselwirkungen und den hydrophoben Effekt zu binden wird bei vielen
Rezeptoren noch um die Moumlglichkeit erweitert Wasserstoffbruumlcken zum Gastmolekuumll
auszubilden Als Beispiel sei hier die Rezeptorfamilie die von Rebek et al auf Basis der
Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelt wurde genannt (Abb 14)[32]
O
OHO
O
O
O OH
O
3
Abbildung 14 Ein Beispiel aus der von Rebek et al auf Basis der Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelten Pinzetten-Familie mit zusaumltzlichen Bindungsstellen fuumlr Wasserstoff-Bruumlcken Abgebildet ist ein Rezeptor fuumlr Adenin
Das Problem der freien Rotation der beiden Seitenwaumlnde wurde bei den Systemen von
Zimmerman et al durch eine entsprechende Praumlorganisation verhindert Die Seitenwaumlnde die
durch einen Dibenz[ch]acridin-Spacer fixiert werden sind in ihrer Rotation stark eingegrenzt
Aufgrund ihrer Anordnung kann der Abstand zwischen den beiden Seitenwaumlnden zwischen
627 Aring und 724 Aring variieren und somit kann sich der Rezeptor optimal dem Gast anpassen[23]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 5
Spaumltere Rezeptoren verfuumlgten auszligerdem uumlber die Moumlglichkeit gezielt Wasserstoffbruumlcken
zum Gast ausbilden zu koumlnnen[23]
Abbildung 15 Schematische Darstellung der Pinzetten die von Zimmerman et al konzipiert wurden (links) Rechts ein Beispiel fuumlr diese Anordnung
Ein anderer Ansatz wurde von Nolte et al verfolgt Die Gruppe um Nolte synthetisierte eine
Familie von Pinzetten und molekularen bdquoKoumlrbenldquo auf Basis von Glykoluril (Abb 16) Dieses
Molekuumll besitzt eine konkave Geometrie und ist damit eine gute Grundlage fuumlr groumlszligere
Molekuumlle die einen Hohlraum aufweisen Diese Pinzetten dienen als Rezeptoren fuumlr
13-Dihydroxybenzol Die Bindung erfolgt dabei uumlber eine Kombination aus π-π-Stacking
Wasserstoffbruumlckenbindungen und dem sogenannten Kavitaumltseffekt[33-36] Der Kavitaumltseffekt
aumluszligert sich darin dass es entropisch guumlnstig ist die Kavitaumlt des Rezeptors mit einem Gast
auszufuumlllen und somit Loumlsungsmittelmolekuumlle zu verdraumlngen Durch Variation des Aufbaus
des Rezeptors konnte genau untersucht werden wie hoch die Beitraumlge der
π-π-Wechselwirkungen der Wasserstoffbruumlcken und des Kavitaumltseffekts sind[37]
Obwohl die Rezeptoren urspruumlnglich als biomimetische Katalysatoren gedacht waren stellte
sich bald heraus dass die Rezeptoren in waumlssriger Loumlsung definierte Nanopartikel bilden[35
36]
N
N
O OH
4
724 Aring 627 Aring
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 6
H
NHHN
H
HN NH
OO
N
N
N
NR R
OMe
OMe
OMe
OMe
O
O
N+Br-
R =
5
6
Abbildung 16 Beispiel einer Pinzette (unten) auf Glycoluril-Basis (oben)[35]
Ein aumlhnliches Prinzip wird in den von Harmata et al beschriebenen chiralen Pinzetten
benutzt Als Grundlage dient Kaganrsquos Ether 7 (Abb 17)[38] Da die erste Pinzette dieser
Familie keinen Einschluss von Gaumlsten sondern lediglich eine Selbstassoziation zeigte folgten
bald Derivate mit groumlszligeren Kavitaumlten Diese binden Gaumlste uumlber π-π-Wechselwirkungen[39 40]
Abbildung 17 Kagans Ether 7 (links) und eine chirale Pinzette auf Basis von Kagans Ether (mitte) sowie eine Abbildung der Kristallstruktur des Komplexes mit Maleinsaumlureanhydrid zur Verdeutlichung der raumlumlichen Anordnung[40]
Ebenfalls auf einem cyclischen Ether basieren die Pinzetten von Fukazawa et al (Abb 18)
Obwohl diese Pinzetten nicht in ihrer bdquoU-Formldquo fixiert sind sind sie doch in der Lage
elektronenarme aromatische Gaumlste zu binden Aufgrund ihrer Flexibilitaumlt bilden die Pinzetten
anstatt 11 meist Komplexe 21- oder 12-Komplexe mit dem Gast[41]
O O
8
O
7
1 Einleitung und Aufgabenstellung 7
O
OO
O9
Abbildung 18 Beispiel einer flexiblen Pinzette nach Fukazawa et al (links) und ein Beispiel fuumlr die Struktur eines 21-Komplexes (rechts)[41]
In polar aprotischen Loumlsungsmitteln sind die Beitraumlge der π-π-Wechselwirkungen und
π-Kation-Wechselwirkungen relativ gering[10 42] In protischen Loumlsungsmitteln jedoch sind
die π-Wechselwirkungen viel effektiver vor allem weil sie hier haumlufig mit dem hydrophoben
Effekt gepaart sind wodurch die Bindung von Gaumlsten meist noch effektiver wird Gleichzeitig
birgt dies den Vorteil mehr uumlber biologische Vorgaumlnge lernen zu koumlnnen und eine bessere
Vergleichbarkeit von kuumlnstlichen Systemen mit biologischen Systemen erreichen zu koumlnnen
Aus diesem Grund sind wasserloumlsliche Rezeptoren zusaumltzlich von besonderem Interesse
Daher liegen die Bemuumlhungen vieler Supramolekular arbeitender Gruppen in letzter Zeit auf
der Entwicklung von wasserloumlslichen Rezeptoren[43 44]
13 Vorarbeiten
Vor etwa 10 Jahren stellten Klaumlrner et al eine neue Klasse von Pinzetten vor (Abb 19)[45]
Im Vergleich mit analogen Makrozyklen die bereits zwei Jahre vorher beschrieben wurden
(Abb 19)[46 47] erlauben die Pinzetten ein ausfuumlhrlicheres Gast-Portfolio weil sie nach unten
offen sind Zusaumltzlich koumlnnen sie sich aufgrund einer erstaunlichen Flexibilitaumlt ihrer
Seitenwaumlnde besser an die Geometrie ihrer Gaumlste anpassen[45] Spaumlter wurden auf Basis der
gleichen Spacer-Einheit noch molekulare Klammern entwickelt[48 49] Entgegen der sonst
uumlblichen Bezeichnungsweise bevorzugt Klaumlrner die Bezeichnung Pinzette fuumlr ein Molekuumll
das die Faumlhigkeit besitzt (wie eine Pinzette) um den Gast herum zu greifen Dieser Effekt wird
durch die relativ geringe Energie die zur Veraumlnderung der Winkel zwischen Seitenwand und
Spacer benoumltigt wird verstaumlrkt[50] Molekuumlle mit geraden Seitenwaumlnden werden hingegen als
Klammer bezeichnet Diese Nomenklatur wird im Folgenden beibehalten Die Klammer
besitzt im Gegensatz zu den meisten Makrozyklen eine ausgepraumlgte Selektivitaumlt bezuumlglich der
Substrattopologie da sie zwischen planaren (zyklischen) Gaumlsten und kugelfoumlrmigen Gaumlsten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 8
unterscheiden kann Letztere werden in der schlanken Klammer aus sterischen Gruumlnden nicht
eingeschlossen
Weil viele Pinzetten und Klammern aus ein und demselben Spacer aufgebaut werden kann
man ihre Synthese auch als molekulares bdquoLegoldquo bezeichnen[50] Durch Variation des Spacers
oder der Seitenwaumlnde kann dadurch die Geometrie des Rezeptors optimal auf den Gast
angepasst werden Damit bieten die Pinzetten und Klammern vielfaumlltige und einzigartige
Moumlglichkeiten Vor kurzem wurden von Chen Iptycenchinone vorgestellt die eine aumlhnliche
Geometrie besitzen aber aufgrund ihrer Synthese eine andere Modularitaumlt aufweisen[51]
Pinzette Klammer
OP
O
H3CO
P OCH3
OLi+Li+
OP
OH3CO P
OCH3
O
Abbildung 19 Von Klaumlrner entwickelte Pinzetten und Klammern
Die Pinzetten der Klaumlrner-Gruppe (mit Benzol- oder Naphthalin-Spacer Abb 110) stellten
sich in apolaren Loumlsungsmitteln schon bald als gute Rezeptoren fuumlr Kationen und
elektronenarme Aromaten heraus wie zB fuumlr Terephthalsaumlure-dinitril oder
p-Benzochinon[45 52 53] Das Gastprofil wurde inzwischen um eine Vielzahl von
elektronenarmen Aromaten erweitert Die Bindung erfolgt dabei uumlber dispersive
Wechselwirkungen wie zB π-π- CH-π- und Kation-π-Wechselwirkungen[50 54] Kuumlrzlich
konnte gezeigt werden dass bei der Bindung von 1245-Tetracyanobenzol eine
komplexinduzierte Lumineszenz auftritt Dabei handelt es sich hauptsaumlchlich um eine
Charge-Transfer-Wechselwirkung[55]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 9
O
H3CO
CH3
O
Abbildung 110 Pinzette mit Benzol-Spacer (links) und Naphthalin-Spacer (rechts im Komplex mit Tetracyanobenzol)[50]
Durch Variation der Seitenketten Rrsquo wurde der Einfluss der Substituenten auf die Bindung
von Gaumlsten in Chloroform untersucht Dabei wurde festgestellt dass Reste wie -OH -OAc
und -OCONHPh den Gasteinschluss beguumlnstigen waumlhrend -OMe-Reste die Bindung negativ
beeinflussen Die Erklaumlrung folgt aus einer genauen Betrachtung der elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentiale[56 57] und der Roumlntgenstrukturen von solchen Wirt-Gast-Komplexen[57
58] Sie beruht interessanterweise weniger auf einer Aumlnderung des elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentials sondern vielmehr auf den unterschiedlichen Groumlszligen und
Konformationen der Substituenten Die -OMe-Reste bevorzugen eine syn-Anordnung zu dem
Grundgeruumlst der Pinzette und blockieren damit die Kavitaumlt Im Falle der Pinzette mit Benzol-
Spacer wird der laumlngere -OCH2COOCH2CH3-Rest sogar in die Kavitaumlt hinein gezogen und
gibt damit einen Hinweis auf einen zusaumltzlichen Einschluss von Gaumlsten mit Alkylketten[57]
Die Pinzette mit Naphthalin-Spacer eignet sich aufgrund ihres breiten Gastprofils sehr gut fuumlr
vertiefende Untersuchungen des Bindungsmodus So konnte im Festkoumlrper-NMR-Spektrum
gezeigt werden dass die Aumlnderung der chemischen Verschiebung der Gast-Protonen (bis zu
3 ppm) noch groumlszliger ist als in Loumlsung Auszligerdem ist im Festkoumlrper-NMR-Spektrum eine
Aufspaltung von in Loumlsung chemisch-aumlquivalenten Protonen sichtbar was den nach
Betrachtung der Experimenten in Loumlsung vorgeschlagenen Bindungsmodus unterstuumltzt[59 60]
Zusaumltzlich wurde gezeigt dass es moumlglich ist einen Wert fuumlr die chemische Verschiebung der
Komplexpartner mit quantenchemischen Methoden vorherzusagen[59-61] Auszligerdem wurde der
Einfluss von Druck und Temperatur auf die Komplexbildung untersucht Dabei wurde
festgestellt dass bei der Komplexbildung teilweise eine groszlige Zunahme der Entropie
stattfindet Dies ist vermutlich auf das Freisetzen von Loumlsungsmittelmolekuumllen bei der
Komplexbildung zuruumlckzufuumlhren[62] Durch kovalente Immobilisierung der Pinzette an einer
stationaumlren HPLC-Phase konnte eine fuumlr elektronenarme Aromaten selektive stationaumlre
HPLC-Phase geschaffen werden Die Retentionszeiten der Gaumlste auf der stationaumlren Phase
korrelieren mit den in Bindungsexperimenten bestimmten Bindungskonstanten[63]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 10
Bis vor kurzem waren jedoch alle Pinzetten und Klammern nur in organischen
Loumlsungsmitteln loumlslich Durch die Einfuumlhrung von Bisphosphonat-Substituenten an die
Klammer mit Benzol-Spacer (Abb 111) wurde es zum ersten Mal moumlglich mit diesem
wertvollen System Studien in Wasser durchzufuumlhren[64 65] Die Klammer kombiniert die
Bindungseigenschaften der Kavitaumlt mit denen der Bisphosphonate Die Erkennung von
Ammonium-[66-68] und Guanidinium-Kationen[69 70] durch p-Xylylenbisphosphonate wurde
bereits von Schrader et al gezeigt Mit dieser wasserloumlslichen Klammer wurde es nun
moumlglich N-Alkylpyridinium-Salze unter anderem auch NAD+ in Wasser zu binden Da in
Wasser die π-π- und π-Kation-Wechselwirkung mit dem hydrophoben Effekt gepaart
werden[71] sind sie viel ausgepraumlgter als in aprotischen Loumlsungsmitteln und es werden houmlhere
Bindungskonstanten erreicht So konnte zum Beispiel fuumlr die Bindung des Kosower Salzes an
der Acetat-Klammer in Chlorform eine Bindungskonstante von 137 M-1 beobachtet
werden[57] Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung desselben Gastes an der Bisphosphonat-
Klammer 10 in Wasser ist uumlber 30 mal houmlher (Ka = 4500 M-1)[64]
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
10
Abbildung 111 Die Bisphosphonat-Klammer 10
14 Aufgabenstellung
Die vorliegende Dissertation beschaumlftigt sich mit der Synthese von kleinen wasserloumlsslichen
molekularen Klammern und Pinzetten deren Eigenschaften und moumlglichen Anwendungen
Im ersten Teil der Arbeit soll die von Christian Jasper aus der Arbeitsgruppe Schrader
erstmals synthetisierte Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb 111) weiter erforscht werden In
ersten von Christian Jasper durchgefuumlhrten Bindungsexperimenten konnten bereits
elektronenarme Aromaten als geeignete Gaumlste identifiziert werden[64 65]
Mit ihrem stark negativen elektronischen Oberflaumlchenpotential in der konkaven Kavitaumlt ist
die Klammer somit optimal fuumlr die Bindung von Gaumlsten mit positivem elektronischem
Oberflaumlchenpotential geeignet (Abb 112)
1 Einleitung und Aufgabenstellung 11
Abbildung 112 Links berechnete Struktur der molekularen Klammer 10 (Monte Carlo Simulation MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Die Elemente sind mit folgenden standardisierten Farben gekennzeichnet Kohlenstoff (blau) Wasserstoff (weiszlig) Sauerstoff (rot) Phosphor (orange) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1[72]
Zusaumltzlich zur Kavitaumlt besitzt die Bisphosphonat-Klammer die Moumlglichkeit ionische
Wasserstoffbruumlcken zum Gast ausbilden zu koumlnnen Die Phosphonate sind aufgrund ihres
pKs-Wertes von 18 in neutraler waumlssriger Loumlsung vollstaumlndig deprotoniert[66] Sie koumlnnen bei
der Einlagerung des Gastes wie eine Zange zugreifen Wasserstoffbruumlcken zum Gast
ausbilden und so die Bindung zusaumltzlich unterstuumltzen (Abb 113) Auszligerdem fuumlhren die
Bisphosphonat-Einheiten zur gewuumlnschten Loumlslichkeit in polaren protischen Loumlsungsmitteln
wie Methanol und Wasser
Abbildung 113 Komplexierung eines Gastes in der Klammer durch Wechselwirkung mit der Kavitaumlt und den Phosphonaten
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Komplexierungsverhalten der Bisphosphonat-Klammer 10
mit verschiedenen physikalischen Methoden naumlher untersucht und beschrieben werden
bull Die Bindung von NAD+ soll genauer untersucht werden insbesondere die Beitraumlge
von Teilstrukturen von NAD+ wie zB von Nicotinamidmononukleotid (NMN) und
Adenosin
-
+
-P
P
G
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 12
bull Falls eine Komplexierung von Adenosin festgestellt wird sollen die anderen
Nukleoside ebenfalls untersucht werden und mit Nukleotiden verglichen werden
bull Das Bindungsverhalten von anderen kationischen biologisch relevanten
Verbindungen insbesondere Aminosaumluren soll uumlberpruumlft werden
bull Das Gastprofil soll um weitere elektronenarme biologisch relevante Aromaten
erweitert werden und auf eventuelle Anwendungen uumlberpruumlft werden
Im zweiten Teil der Arbeit soll die von Markus Kamieth aus der Arbeitsgruppe Klaumlrner
erstmals synthetisierte molekulare Pinzette mit Benzolspacer (Abb 110)[45 73] als
Bisphosphonat-Pinzette 11 synthetisiert werden (Abb 114)
Abbildung 114 Die Bisphosphonat-Pinzette 11
Anschlieszligend sollen die Komplexierungseigenschaften der neuen Pinzette untersucht werden
Die Pinzette besitzt genau wie die Klammer eine extrem elektronenreiche Kavitaumlt (Abb 115)
Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu geschlossen und kann dadurch nur
schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser nicht sehr anspruchsvoll sind
Experimente in organischen Loumlsungsmitteln haben gezeigt dass sekundaumlre Amine ebenfalls
von der (Acetat)-Pinzette komplexiert werden[50] und sogar die Methyl-Gruppe der Methoxy-
substituierten Pinzette in die Kavitaumlt gezogen wird[57] Dies sind Hinweise darauf dass die
Pinzette im Gegensatz zur Klammer ein neuer kuumlnstlicher Rezeptor fuumlr Ammonium-Kationen
in Wasser sein koumlnnte Die Phosphonat-Gruppen koumlnnen dabei wie bei der Klammer den Gast
wie eine Zange umklammern
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
11
1 Einleitung und Aufgabenstellung 13
Abbildung 115 Links berechnete Struktur der molekularen Pinzette 11 (Monte Carlo MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von -1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 An der Markierung betraumlgt das molekulare elektronische Potential ndash1301 kJmol[72]
Die Untersuchung der Komplexierungseigenschaften der Pinzette soll sich neben der
allgemeinen Charakterisierung des Gastprofils vor allem auf die Komplexierungsmoumlglichkeit
von biologisch relevanten Verbindungen in waumlssriger Loumlsung konzentrieren mit einer
Betonung auf Amoniumkationen wie Adrenalin und Noradrenalin oder basischen
Aminosaumluren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21 Synthesen
Sowohl die Acetat-Klammer 12 als auch die Acetat-Pinzette 13 besitzen die gleiche Spacer-
Einheit und lassen sich modular aus dem Acetat-Spacer 14 uumlber Diels-Alder-Reaktionen
aufbauen (Abb 21)[50]
O
O
O
O
1
2 DDQ
Br
Br
Br
BrO
O O
O
H3CO
CH3
O
1213
14
20 29
Abbildung 21 Schematischer Aufbau der Acetat-Klammer 12 und der Acetat-Pinzette 13 aus dem Acetat-Spacer
Anschlieszligend kann die Hydrochinon-Funktionalitaumlt entschuumltzt und dann phosphoryliert
werden Der Spacer wird parallel dazu ebenfalls entschuumltzt und phosphoryliert und soll in
Bindungsstudien als Vergleichssubstanz dienen um nachzuweisen dass eine eventuelle
Bindung in die Rezeptoren durch Einschluss in der Kavitaumlt stattfindet
Synthese des Spacers
Das Grundgeruumlst des Spacers 14 wird mit Hilfe von Diels-Alder-Reaktionen aufgebaut
Zunaumlchst wird Cyclopentadien 15 mit p-Benzochinon 16 umgesetzt (Abb 21)[47] Das
Produkt 17 wird mit Triethylamin umgesetzt und das in situ hergestellte Hydrochinon mit
p-Benzochinon 16 oxidiert Die darauf folgende Umsetzung mit Cyclopentadien 15 liefert das
syn-Addukt 19a als Hauptprodukt[47] Das syn- und das anti-Addukt koumlnnen im 1H-NMR
voneinander unterschieden und durch Umkristallisation voneinander getrennt werden[48 74]
Anschlieszligend wird das syn-Addukt 19a basisch aromatisiert und die entstehenden Hydroxy-
Funktionen als Acetate geschuumltzt[46 47]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 15
O
O
0 degC RT80
O
O
1 Et3N MeOH RT
2 OO
CHCl3 50 degC
O
O
83
Toluol-78 degC RT40 (syn)
O
O
O
O
syn-19a anti-19b
Ac2O DMAPPyridin 40 degC
96
O
O
O
O
15
16
16
1517
18
14
Abbildung 22 Synthese des Benzol-Spacers 14
Synthese der Klammer
In einer weiteren Diels-Alder-Reaktion wird der Spacer 14 mit αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol umgesetzt (Abb 22) Bei dieser Reaktion wird aus dem αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol 20 durch Eliminierung von zwei Bromatomen in situ ein Dien erzeugt das anschlieszligend
mit dem Spacer 14 reagiert Das dabei entstehende Intermediat wird durch eine weitere
Eliminierung von zwei Molekuumllen Bromwasserstoff aromatisiert[48 74] Die Acetat-Klammer
12 wird danach basisch verseift[48 74] Die entstandene Hydroxy-Klammer 21 wird
anschlieszligend mit Methylphosphonsaumluredichlorid phosphoryliert Nach saurer Hydrolyse der
intermediaumlr entstandenen Methylphosphonsaumlurechlorid-Klammer wird die
Methylphosphonsaumlure-Klammer 22 erhalten[64 65] Da die Phosphonsaumlure 22 nur in sehr
geringem Maszlige in Methanol oder Wasser loumlslich ist wird durch Deprotonierung mit
Tetrabutylammoniumhydroxid das in nahezu allen Loumlsungsmitteln gut loumlsliche
Tetrabutylammoniumsalz 10 hergestellt[64 65] Alternativ zu Tetrabutylammoniumhydroxid
wurde von der Arbeitsgruppe Klaumlrner auch Lithiumhydroxid eingesetzt da in
Bindungsexperimenten festgestellt wurde dass das Tetrabutylammonium-Ion ebenfalls in der
Kavitaumlt eingeschlossen wird und daher eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste darstellt[75]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 16
Aufgrund der sehr aufwendigen Aufreinigung der Phosphonsaumlure-Klammer 22 wurde ein
alternativer Weg zur Darstellung des Phosphonatsalzes 24 entwickelt (Abb 24) Dabei wird
nach der Phosphorylierung mit Methylphosphonsaumluredichlorid nicht waumlssrig sondern mit
wasserfreiem Methanol hydrolysiert Der dabei erhaltene Methylphosphonsaumluremethylester
23 ist leichter uumlber Kieselgel zu reinigen und kann abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten
werden Dieser Reaktionsweg hat auszligerdem den Vorteil dass das Endprodukt nicht mehr mit
sonst unvermeidlichen geringen Mengen Kieselgel verunreinigt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 17
O
O
O
O
Br
Br
Br
Br
2
NaI CaCO3 DMF100 mbar 55 degC
O
O
O
O
68
NaOHH2O EtOH RT97
OH
OH
O
O
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT66
P
P
O
HO
O
OH
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Bu4NOHH2O CH2Cl2 RTquantitativ
20
1412
21
22
10
Abbildung 23 Synthese der Tetrabutylammonium-bisphosphonat-Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 18
OH
OH
O
O
P
P
O
O
O
O
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT55
LiBr 2-Hexanon 120 degC81
21
23
24
Abbildung 24 Alternative Synthese des Bisphosphonat-Salzes 24
Parallel zur Synthese der Klammer wurde nach demselben Protokoll auch der Spacer 14
phosphoryliert (Abb 25) Der phosphorylierte Spacer soll in Bindungsexperimenten als
Vergleichssubstanz dienen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 19
O
O
O
O
LAH THF ∆
98
OH
OH
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT 50
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT 65
O
O
P
P
O
HO
OH
O
O
O
P
P
O
O
O
O
Bu4NOHH2OCH2Cl2 RTquantitativ
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
LiBr Acetonitril 85 degC73
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
14 25
26
27
27
28
Abbildung 25 Phosphorylierung des Spacers
Synthese der Pinzette
Analog zur Synthese der Klammer 12 kann auch die Pinzette 13 aus dem Spacer 14 durch
Diels-Alder-Reaktionen und einem Baustein fuumlr die Seitenwand aufgebaut werden Alternativ
zur bereits bekannten Synthese des Diens 29[76 77] wird eine von der Gruppe Klaumlrner
entwickelte Synthese benutzt welche bessere Ausbeuten liefert Die erste Stufe besteht aus
einer Diels-Alder-Reaktion von Maleinsaumlureanhydrid 30 mit Inden 31 welches aufgrund der
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 20
hohen Reaktionstemperatur in situ zum Dien umlagert (Abb 26)[73] Anschlieszligend wird das
Anhydrid 32 geoumlffnet und der entstandene Diester 33 basisch epimerisiert da die
nachfolgenden Reaktionen wegen der sterischen Naumlhe der beiden Gruppen eine erheblich
geringere Ausbeute erbringen wenn sie mit dem reinen Endo-Produkt 33 durchgefuumlhrt
werden[73] Der epimerisierte Diester 34 wird danach mit Lithiumaluminiumhydrid zum
Dialkohol 35 reduziert[73] und anschlieszligend in einer Appel-aumlhnlichen Reaktion chloriert[73 78]
Nach doppelter basischer Eliminierung wird das Dien 29 erhalten[73]
O
O
O
p-HydrochinonTetralin 200degC
O
O
O
O
O
O
O
AcCl MeOH40 degC
20 93
NaOMeMeOH ∆quantitativ
O
O
O
O
LAH THF70degCOH
OH
KOH 18-Krone-6THF 40 degC90
ClCl
PPh3Cl2PyridinCH3CN CH2Cl255 degC
74 94
3031
32 33
343536
29
Abbildung 26 Synthese der Seitenwand 29 der Pinzette
Das Grundgeruumlst der Pinzette wird in zwei Schluumlsselschritten aufgebaut Zuerst werden in
einer Diels-Alder-Reaktion die Seitenwaumlnde 29 mit dem Spacer 14 verknuumlpft Es hat sich
herausgestellt dass die Bedingungen fuumlr diese Reaktion aumluszligerst sorgfaumlltig eingestellt werden
muumlssen Die Loumlsung in der Ampulle soll bevor sie zugeschmolzen wird gruumlndlich entgast
werden und unter Vakuum abgeschmolzen werden Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Anschlieszligend werden mit 23-Dichlor-56-dicyano-
benzochinon (DDQ) die in der letzten Reaktion gebildeten Sechsringe aromatisiert[53 73]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21
2
O
O
O
O
O
O
O
O
Toluol Acetonitril Et3NAmpulle 170 degC41
DDQ Toluol 120 degC82
O
O
O
O
29
14
37
13
Abbildung 27 Darstellung des Pinzetten-Grundgeruumlstes
Die Acetoxyfunkionen werden mit Lithiumaluminiumhydrid entschuumltzt (Abb 27)[53 73] Die
darauffolgende Reaktion mit Methylphosphonsaumluredichlorid und die anschlieszligende Hydrolyse
mit SalzsaumlureWasser ergab laut DC-Kontrolle zwar das Produkt dieses konnte jedoch trotz
aufwendiger Saumlulenchromatographie nur in sehr geringer Ausbeute und wegen des polaren
Elutionsmittels immer noch stark verunreinigt isoliert werden Deswegen wurde die Reaktion
mit Methylphosphonsaumluredichlorid hier mit Methanol abgebrochen (Abb 28) Das Produkt
39 kann einfach uumlber Kieselgel saumlulenchromatographisch gereinigt werden und der als
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 22
Nebenprodukt entstandene Methylphosphonsaumluredimethylester durch Trocknen im
Hochvakuum bei etwa 50 degC entfernt werden Der Methylphosphonsaumluremethylester 39 wird
abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten Das erhaltene Bisphosphonat-Salz 11 ist gut in
polar aprotischen und protischen Loumlsungsmitteln wie DMSO Acetonitril Methanol oder
Wasser loumlslich
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 23
Abbildung 28 Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11
O
O
O
O
OH
OH
O
O
P
P
OO
O
O
O
O
P
P
OO-
O
O-
2 Li+
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT56
LAH THF ∆98
LiBr Acetonitril ∆80
13
38
39
11
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 24
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Die Komplexierungseigenschaften der Klammer wurden hauptsaumlchlich mit 1H-NMR-
Methoden untersucht Um festzustellen ob eine Komplexierung des Gastes stattfindet
wurden die chemischen Verschiebungen der Gastprotonen und der Wirtprotonen in einer
11-Mischung mit den chemischen Verschiebungen der reinen Wirt- und der reinen
Gastprotonen verglichen Eine markante Hochfeld-Verschiebung im Komplex im Vergleich
zu den chemischen Verschiebungen der reinen Verbindungen weist auf eine Veraumlnderung der
chemischen Umgebung hin und hier spezifisch auf einen Einschluss in der Kavitaumlt Dabei ist
darauf zu achten dass alle Loumlsungen die gleiche Konzentration haben um eventuelle
konzentrationsabhaumlngige Aumlnderungen auszuschlieszligen
Falls die gewuumlnschte Aumlnderung der chemischen Verschiebung beobachtet wird wird die
Loumlsung anschlieszligend schrittweise verduumlnnt Aus dieser Verduumlnnungstitration kann die
Bindungskonstante ermittelt werden[79] Dabei muss allerdings beachtet werden dass Signale
die waumlhrend der Verduumlnnungstitration beobachtet werden keinen konzentrationsabhaumlngigen
Shift aufweisen Um dies sicherzustellen wurde immer parallel zur Titration eine Probe des
Gastes bei der entsprechenden Anfang- und Endkonzentration vermessen Zeigten die
beobachteten Gast-Signale einen konzentrationsabhaumlngigen Shift dann wurde eine
konventionelle NMR-Titration durchgefuumlhrt bei der die Konzentration der beobachteten
Komponente konstant gehalten wurde waumlhrend die andere Komponente sukzessive
hinzutitriert wurde
Vor der Durchfuumlhrung der Bindungsexperimente wurde die Bisphosphonat-Klammer 10 auch
auf Veraumlnderungen ihrer chemischen Verschiebungen bei Verduumlnnung hin uumlberpruumlft Bei
einer Verduumlnnung um einen Faktor von uumlber 30 wurde festgestellt dass die aromatischen
Signale der Bisphosphonat-Klammer 10 in waumlssriger Loumlsung lediglich einen
nichtsignifikanten Shift von etwa 003 ppm zeigten Die aliphatischen Signale des
Tetrabutylammoniums jedoch zeigten einen deutlichen Hochfeld-Shift von 011 bis 014 ppm
Dies weist auf einen Einschluss des Tetrabutylammoniums in der Kavitaumlt der Klammer hin
Weiterfuumlhrende Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner zeigten dass dieser Effekt
geringer wird wenn das Loumlsungsmittel unpolarer wird und anstatt von reinem Wasser ein
MethanolWasser-Gemisch (11) oder reines Methanol verwendet wird Auszligerdem ergaben
direkte Vergleiche zwischen Assoziationskonstanten von Komplexen des
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 25
Tetrabutylammoniumsalzes 10 und des Lithiumsalzes 24 mit NAD+ dass das
Tetrabutylammonium eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste bei der Komplexierung darstellt[75] Aus
diesem Grund und wegen der einfacheren Aufreinigung des Bisphosphonsaumlureesters 23
wurden ab diesem Zeitpunkt alle weiteren Bindungsexperimente mit dem Lithiumsalz 24
durchgefuumlhrt
Zur quantitativen Auswertung der Bindungsexperimente wurden in der Regel die stark
shiftenden Signale der Gast-Molekuumlle benutzt Bei den Bindungsexperimenten mit
N-Alkylpyridiniumsalzen und der Bisphosphonat-Klammer 10 wurden in der Regel die
Signale des Wirtes zur Auswertung benutzt um eine bessere Vergleichbarkeit mit den
fruumlheren Ergebnissen von Christian Jasper zu erhalten
In ersten Bindungsexperimenten mit der Bisphosphosphonat-Klammer 10 konnte Christian
Jasper beobachten dass die Klammer in waumlssriger Loumlsung keine Wechselwirkung mit
Ammonium-Verbindungen eingeht In DMSO findet eine Bindung statt jedoch ist diese
hauptsaumlchlich auf eine Wechselwirkung zwischen den Bisphosphonat-Einheiten und dem
Ammonium-Kation zuruumlckzufuumlhren wie Vergleiche zwischen der Bisphosphonat-Klammer
10 und dem Bisphosphonat-Spacer 27 zeigten Sowohl die Bisphosphonat-Klammer 10 als
auch der Bisphosphonat-Spacer 27 binden in DMSO Ammoniumkationen mit einer
Bindungskonstante von etwa 103 M-1 Auszligerdem wurde im 1H-NMR-Spektrum kein
Hochfeldshift der Bisphosphonat-Klammer-Signale beobachtet Daraus laumlsst sich schlieszligen
dass die Kavitaumlt hier nicht an der Bindung beteiligt ist welche daher vor allem auf Coulomb-
Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem positiv geladenen
Ammoniumkation beruht[64]
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Inklusion weiterer potentieller kationischer Gaumlste
uumlberpruumlft werden Von besonderem Interesse waren dabei zunaumlchst die basischen
Aminosaumluren Arginin und Histidin da diese bei spaumlteren Versuchen in biologischer
Umgebung eine Konkurrenz zur Bindung von NAD+ in der Klammer darstellen wuumlrden
Sowohl Arginin als auch Histidin erscheinen mit ihrer planaren kationischen Struktur
praumldestiniert fuumlr die Komplexierung im elektronenreichen schlanken Innenraum der Klammer
Weder Guanidinumhydrochlorid 40 noch C- und N-terminal geschuumltztes Arginin 41 zeigten in
waumlssriger Loumlsung jedoch eine Wechselwirkung mit der Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 26
NH2+ Cl-
NH
H2N
NH2+ Cl-
NH
H2NNHBz
CO2Et40 keine Shifts 41 keine Shifts
Abbildung 29 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete guanidiniumhaltige Gaumlste
Im Falle von Histidin wurde der Nachweis einer moumlglichen Komplexierung dadurch
erschwert dass der Imidazolium-Ring einen relativ niedrigen pKs-Wert von ca 6 hat
Aufgrund dieses niedrigen pKs-Wertes zeigen alle Imidazolium-Derivate (Abb 210) eine
signifikante konzentrationsabhaumlngige Aumlnderung der chemischen Verschiebung ihrer
aromatischen Signale Aus diesem Grund wurde stets bei gleichbleibender Konzentration
titriert Sowohl Imidazoliumhydrochlorid 42 als auch Histaminhydrochlorid 43 zeigten
waumlhrend der Titration zwar deutliche Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber die
Auftragung der Shifts ergab keine Saumlttigungskurve Im Vergleich dazu wurden beim C-
terminal geschuumltzten Histidin nur sehr geringe Shifts beobachtet Das C- und N-terminal
geschuumltzte Histidin 45 zeigte zwar auch Shifts aber es war nicht moumlglich hierzu eine
Bindungskonstante zu bestimmen Da die Shifts in fast allen Faumlllen auf eine
Protonenuumlbertragung schlieszligen lieszligen weil der Endwert der chemischen Verschiebung in der
Naumlhe der deprotonierten Spezies lag wurde das C- und N-terminal geschuumltzte Histidin 45
ebenfalls in Natriumphosphatpuffer (pH 7 65-facher Puffer-Uumlberschuss) titriert Auch hier
waren Shifts im Histidin zu beobachten nicht allerdings in der Bisphosphonat-Klammer 10
Insgesamt erscheint es unwahrscheinlich dass die beobachteten Shifts auf einen Einschluss in
der Kavitaumlt zuruumlckzufuumlhren sind da bei einer Komplexierung immer auch signifikante
Hochfeld-Shifts der aromatischen Protonen der Bisphosphonat-Klammer auftreten
Das NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 ist im Gegensatz zu den anderen getesteten
Imidazolium-Derivaten ein permanentes Kation ndash die Hydrochloride liegen immer im
Gleichgewicht mit ihrer deprotonierten Form vor 46 wird daher auch mit einer
Bindungskonstante von 7940 M-1 in der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Hier treten
wieder alle gewohnten Effekte auf
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 27
N+
N
H
H
Cl- N+
N
H
H
NH3+
2 Cl-N+
N
H
H
NH3+
CO2Me
2 Cl-
N+
N
H
H
NH
CO2Me
OOCl-
42 Shifts keineSaumlttigung
43 Shifts keineSaumlttigung
44 kleine Shifts 45 Shifts
N+
N
I-
46 Ka = 7940 M-1
081
Abbildung 210 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete imidazoliumhaltige Gaumlste Die angegebene Bindungskonstante sowie der ∆δsat-Wert gelten fuumlr die Bindung in Wasser
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+
Im Gegensatz zu den in Wasser abgewiesenen Ammoniumkationen zeigt die Bisphosphonat-
Klammer 10 eine starke Komplexierung von N-Alkylpyridiniumkationen und verwandten
Verbindungen in ihrer Kavitaumlt In ersten Untersuchungen die von Christian Jasper
durchgefuumlhrt wurden stellte sich heraus dass die Bisphosphonat-Klammer 10
N-Alkylpyridiniumkationen in Wasser mit einer Affinitaumlt von mindestens 103 bis 104 M-1
bindet (Abb 211 und 212)[64 65] Auffaumllligerweise werden in protischer Loumlsung nur
permanente Kationen komplexiert Hydrochloride wie zB Pyridinhydrochlorid werden nicht
eingeschlossen Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass keine permanente Ladung
vorhanden ist oder eine groszlige Solvatationshuumllle vorhanden ist welche nicht von der
Bisphosphonat-Klammer 10 entfernt werden kann Von besonderem Interesse sind neben den
N-Alkylpyridinium-Farbstoffen (Abb 211) der Cofaktor NAD+ 52 und dessen
Modellverbindung N-Methyl-Nikotinamid 51 (Abb 212)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 28
H H
H
H
H HN+
N(n-Bu)2
I-
N+ N+ OH
2 BF4-
094
256 243
085
074
-010 -009 H H H049049060
085
47 48
Abbildung 211 Getestete Farbstoffe auf N-Alkylpyridinium-Basis Die ∆δsat-Werte fuumlr die Bindung in Wasser sind an den Protonen vermerkt
OHOH
N+O
ON+ N
I- I-
N+
NH2
O
I-
N
NN
N
NH2
O
OHOH
OPOO-
OPO
OOHO
N+
NH2
O
50 Ka = 9400 M-149 Ka = 4800 M-1 51 Ka = 12700 M-1
52 Ka = 6500 M-1
HH
HH
H
HH
020
018016
028036
048
049
H
HH
H175
228262
124076
Abbildung 212 Getestete N-Alkylpyridiniumsalze und N-Alkylpyraziniumiodid 50 Die angegebenen Bindungskonstanten gelten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser Beim Nikotinamid 51 und NAD+ 52 sind die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen in ppm angegeben
Im Gegensatz zu den bereits bekannten Pinzetten von Nolte et al ndash die aufgrund ihrer
Praumlorganisation ebenfalls flache Pyridiniumkationen binden koumlnnen ndash erlaubt die
Bisphosphonat-Klammer 10 die Untersuchung dieser Komplexierung in Wasser Auszligerdem
besitzt die Bisphosphonat-Klammer 10 ein selektiveres Gastprofil das sich auf
elektronenarme Aromaten zu begrenzen scheint wohingegen Noltersquos Klammer einen Vielzahl
an aromatischen Gaumlsten wie zB verschiedene Phenole einschlieszligt[34 80]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 29
Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Farbstoffen
Bei der Bindung der Farbstoffe aus Abb 211 in der Bisphosphonat-Klammer 10 konnten
trotz eindeutiger Shifts im 1H-NMR-Spektrum keine Farbaumlnderung oder eine Aumlnderung des
UVVis Spektrums beobachtet werden[64] Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein weiterer
N-Alkylpyridinium-Polymethin-Farbstoff 53 untersucht (Abb 213) Aufgrund seiner
geringen Loumlslichkeit wurde lediglich ein 21-Gemisch aus Bisphosphonat-Klammer 10 und
Farbstoff betrachtet Das Gemisch zeigt auch hier im 1H-NMR-Spektrum aufgrund der stark
verschobenen aromatischen Signale eindeutige Hinweise auf eine Komplexierung (Abb
213) jedoch trat auch in diesem Fall keine Farbaumlnderung bei der Komplexierung auf
Moumlglicherweise ist der HOMO-LUMO-Abstand zwischen dem Naphthalin-Donor und dem
Pyridinium-Akzeptor zu groszlig
NN+
Br
BF4-
025
025
050-065
53 WirtGast = 21-Gemisch
00
Abbildung 213 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung von Polymethin-Farbstoff 53 im 21-Gemisch mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Bindungsexperimente mit NAD+ und NAD+-Modellverbindungen
NAD+ 52 und NADP 57 gehoumlren zu den wichtigsten Cofaktoren die in der Natur
vorkommen Bei nahezu einem Viertel aller bekannten enzymatischen Reaktionen handelt es
sich um Redox-Reaktionen Ein Groszligteil der beteiligten Enzyme braucht NAD+ 52 oder
NADP 57 als Cofaktor[81] Dehydrogenasen katalysieren zB mit Hilfe dieser Cofaktoren die
Oxidation von Alkoholen zu den entsprechenden Carbonyl-Verbindungen[82-84] Auszligerdem
spielt NAD+ 52 eine wichtige Rolle bei der Replikation und Reparatur der DNA die DNA-
Ligase die sowohl an der Replikation als auch an der Reparatur der DNA beteiligt ist braucht
NAD+ 52 als Cofaktor zur Uumlbertragung eines Adenosyl-Restes auf das 5rsquo-Ende eines DNA-
Einzelstrangbruchs[82 85 86] Im Enzym befindet sich NAD+ haumlufig in der sogenannten
Rossmann-Falte[87-89] Sowohl das Adenin als auch das Nikotinamid befinden sich in einer
hydrophoben Tasche und werden dort von hydrophoben Wechselwirkungen und dispersiven
Kraumlfte gehalten[90]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 30
Die bislang bekannten kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr NAD+ 52 nutzen fuumlr ihre Komplexierung
die Wechselwirkung zwischen den negativ geladenen Phosphaten des NAD+ 52 und einem
makrozyklischen Anionen-Rezeptor[91] einem acridiniumfunktionalisierten
Azakronenether[92] oder protonierten Azakronenether[93] Der Nikotinamidring an dem die
Katalyse stattfindet wurde bislang jedoch nicht gezielt komplexiert
Wegen der groszligen Bedeutung von NAD+ 52 waren die anfangs noch von Christian Jasper
durchgefuumlhrten Untersuchungen von besonderem Interesse Bereits in den ersten
Bindungsexperimenten mit NAD+ 52 waren nicht nur Shifts bei den Protonen des
Nikotinamids zu sehen sondern auch bei denen des Adenins (Abb 212) Diese Befunde
werden von Molecular Modelling Untersuchungen unterstuumltzt (Abb 214)[64 65] Waumlhrend das
Nikotinamid sich in der Kavitaumlt befindet orientiert sich das Adenin-Ringsystem parallel zur
Naphthalin-Seitenwand der Bisphosphonat-Klammer 10 Denkbar waumlre jedoch auch eine
Struktur bei der sich das Adenosin in der Kavitaumlt befindet und das Nikotinamid auszligen an der
Naphthalin-Seitenwand andockt Von der Seite betrachtet befinden sich in beiden Faumlllen die
vier Ringssysteme uumlbereinander und koumlnnen so π-π-Stapelwechselwirkungen ausbilden Um
mehr Informationen uumlber die tatsaumlchliche Struktur des Komplexes zu gewinnen wurde im
Rahmen dieser Arbeit die Komplexierung von Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54 und
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 in der Bisphosphonat-Klammer 10 getrennt untersucht
um die einzelnen Beitraumlge der beiden Bestandteile von NAD+ zu quantifizieren Die
verhaumlltnismaumlszligig niedrigen ∆δsat-Werte des Komplexes von NAD+ und der Bisphosphonat-
Klammer 10 deuten daraufhin dass der Nikotinamid-Ring sich nicht permanent in der Kavitaumlt
befindet Bei einer dauerhaften Komplexierung muumlssten die beobachtete Werte deutlich houmlher
liegen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 31
Abbildung 214 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Zwischen den Strukturen gibt es lediglich eine Energiedifferenz von etwa 1 kJmol
Wie bereits nach der Betrachtung der Molecular Modelling Ergebnisse vermutet wurde bildet
die Bisphosphonat-Klammer 10 auch Komplexe mit dem natuumlrlichen Nucleosid
2rsquo-Desoxyadenosin 55 oder AMP 56 aus (Abb 215) 2rsquo-Desoxyadenosin 55 wird mit einer
auffaumlllig hohen Bindungskonstante gebunden (Ka = 5151 M-1) waumlhrend AMP 56 mit einer
deutlich geringeren Bindungskonstante gebunden wird (Ka = 1126 M-1) Dieser Unterschied
deutet darauf hin dass sich das negativ geladene Phosphat des AMP 56 und die ebenfalls
negativ geladenen Phosphonate des Wirtes 10 gegenseitig abstoszligen und so die Bindung
schwaumlchen Die im Vergleich zu NAD+ 52 etwas schwaumlchere Bindung von NADP 57
unterstuumltzt diese Uumlberlegung Dies spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen
der beiden Komplexe wieder (Abb 216) Im Gegensatz zum 2rsquo-Desoxyadenosin 55 ist AMP
56 unter Verzicht auf eine Ribose-OH-Phosphat-Wasserstoffbruumlcke so in der Kavitaumlt
angeordnet dass sein Phosphat moumlglichst weit von den Phosphonaten des Wirtes entfernt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 32
H
O
OH
HO
H
N
NN
N
NH2
HH
O
OH
O
N
NN
N
NH2
HPO
NaOONa
025
044
020
018
O
OHOH
OPO-
OHO
H
N+
NH2
O
H
HH
H020
025
044046
009
N
N N
N
NH2
O
O OH
O POH
OHH
H
O
OHOH
OPO-
OO
H
N+
NH2
O
H
HH
H
049
036
028
016018
020
048
P OHOO-
NMN 54 Ka = 6760 M-1 plusmn 23
55 Ka = 5151 M-1 plusmn 6 AMP 56 Ka = 1126 M-1 plusmn 19
NADP 57 Ka = 1444 M-1 plusmn 14
Abbildung 215 Bindungsexperimente mit NADP 57 und NAD+-Teilstrukturen Die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen sind in ppm angegeben
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 33
Abbildung 216 Berechnete Strukturen der Komplexe von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 (links) und AMP 56 (rechts) in der Bisphosphonat-Klammer 10 (links) in der Bisphosphonat-Klammer 56 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Da AMP 56 immerhin von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden wird kann davon
ausgegangen werden dass auch der Adenin-Teil des NAD+ 52 in der Kavitaumlt der Klammer 10
gebunden wird Es ist also anzunehmen dass ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt in dem
ein Teil der Nikotinamid-Reste und ein Teil der Adenin-Reste eingeschlossen ist Allerdings
deutet die erheblich staumlrkere Bindung des NMN 54 im Vergleich zum AMP 56 daraufhin
dass mehr Nikotinamid als Adenin gebunden vorliegt Dieses Gleichgewicht muss auf der
NMR-Zeitskala schnell sein da nur gemittelte ∆δsat-Werte ermittelt werden koumlnnen und keine
Aufspaltung der entsprechenden Signale beobachtet wird
Ein Vergleich der beiden elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale unterstuumltzt diese Annahme
erheblich der Nikotinamid-Ring ist insgesamt viel positiver geladen als der Adenin-Ring
(Abb 217) Es sollte allerdings beruumlcksichtigt werden dass die elektronischen
Oberflaumlchenpotentiale in der Gasphase berechnet werden und die elektrostatische
Wechselwirkung zwischen den polarisierten Aromaten in waumlssriger Loumlsung nicht allein an der
Komplexierung beteiligt ist Wenn die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Gast- und
Wirtaromat in waumlssriger Loumlsung ausschlaggebend waumlre dann wuumlrde im Falle des NAD+ 52
gar keine Komplexierung des Adenins stattfinden Dies deutet daraufhin dass andere Effekte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 34
wie zB der hydrophobe Effekt und dispersive Kraumlfte auch eine wichtige Rolle bei der
Komplexierung spielen
Abbildung 217 Die Struktur (links) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (rechts) von NAD+ 52 Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 aus der Struktur von NAD+ im Komplex welche aus einer Monte Carlo-Berechnung erhalten wurde[72]
Der Komplex von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 konnte trotz
seiner relativ geringen freien Bindungsenergie zusaumltzlich in ESI-MS-Spektren nachgewiesen
werden (Abb 218)
Abbildung 218 ESI-MS-Spektrum des Komplexes von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Das Spektrum wurde im negativen Bereich aufgenommen Die berechnete Massen sind [10+55]2- 421 [10-OPOMe]- 515 [10+H+]- 593 [10+Na+]- 615 [10+Bu4N+]- 834 [10+Bu4N++Na+] 866 [10+Bu4N++55]- 1085 Uumlber mz = 1100 wurden keine Peaks gefunden
Neuere Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner haben gezeigt dass die Komplexierung
von NAD+ 52 stark pH-Wert abhaumlngig ist Bei Betrachtung des Komplexes aus NAD+ 52 und
der Bisphosphonat-Klammer 24 in Puffer wurden wieder die gewohnten starken Hochfeld-
Shifts beobachtet Somit scheint die Komplexierung stark vom Protonierungsgrad der
Phosphate abhaumlngig zu sein[94]
mz400 600 800 1000
Cou
nts
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1085
834
615593
515
421866
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 35
Bindungsexperimente mit A2E
Ein weiterer Naturstoff auf N-Alkylpyridinium-Basis ist N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
(A2E) 58 (Abb 219) A2E 58 spielt eine maszliggebliche Rolle bei der Entstehung der
altersbedingten Makuladegeneration (AMD) AMD ist eine der Hauptursachen fuumlr
altersbedingte Sehstoumlrungen[95 96] Weltweit sind ca 25 der uumlber 75-jaumlhrigen von
unterschiedlichen Stufen dieser Erkrankung betroffen Fuumlr 5 dieser Altersgruppe hat die
Krankheit eine hochgradige Sehbehinderung zur Folge[97] Man unterscheidet zwischen der
feuchten und trockenen Form der AMD Die feuchte Form wird durch abnorme Blutgefaumlszlig-
Bildung in der Makula und unter der Retina verursacht Die trockene Form an der 90 der
Patienten leiden wird durch Ablagerungen auf der Makula verursacht Dadurch kommt es zu
einer Makula-Atrophie und die Funktion der Lichtrezeptoren ist stark eingeschraumlnkt
Hauptsaumlchlich der retinale Pigmentepithel ist von der AMD betroffen Genaue Ursachen
dieser Krankheit sind bislang weitgehend unbekannt Therapiemoumlglichkeiten gibt es bis zum
heutigen Tage noch nicht aber es gibt Moumlglichkeiten das Fortschreiten der Krankheit mit
negativ geladenen Phospholipiden wie zB Phosphatidylglycerol[98] blaues Licht filternden
Molekuumllen wie Lutein[98] oder durch das Implantieren von einer blaues Licht filternden Linse
zu bremsen[99] Diese Methoden haben bislang jedoch noch keine klinische Anwendung
A2E 58 und seine Isoform mit einer cis-Doppelbindung in Nachbarstellung zum Pyridinring
iso-A2E kommen gehaumluft in den Lysosomen und Mitochondrien der Zellen der Retina
vor[100-103] Mit steigendem Alter nimmt die Konzentration an A2E 58 in den Epithelialzellen
zu[104] Die Uumlberlastung der Epithelialzellen mit diesem Kation ist vermutlich die Ursache fuumlr
die pathogenen Schritte Zwar initiiert A2E 58 die Freisetzung der pro-apoptotischen Proteine
Cytochrom c und dem Apoptose-induzierenden Faktor aber A2E 58 ist kein generelles
mitochondriales Gift A2E 58 verhindert die kardiolipinvermittelte Bindung von Cytochrom c
an die Cytochrom c Oxidase (COX) Vermutlich konkurriert A2E 58 mit Kardiolipin bei der
Bindung an Cytochrom c Dies fuumlhrt zu einer Anhaumlufung an Cytochrom c in der Zelle was
einerseits eine Unterbrechung der Atmungskette der Zelle und damit die Entstehung von
oxidativem Stress und andererseits die Ausloumlsung der Apoptose zur Folge hat[98]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 36
Abbildung 219 A2E 58 mit ∆δmax fuumlr die Bindung in Methanol-d4D2O = 31 (links) und die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von A2E 58 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Diese Struktur entspricht der mit einer Wasserbox berechneten (Sybyl 67 Tripos Kraftfeld)[105]
Aufgrund der geringen Loumlslichkeit von A2E 58 in Wasser wurde die NMR-Titration mit der
Bisphosphonat-Klammer 10 in einem Methanol-d4D2O-Gemisch durchgefuumlhrt Das
Bindungsexperiment zeigte deutliche Hochfeld-Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber
aufgrund der Komplexitaumlt des Spektrums war es nur moumlglich fuumlr ein Proton ∆δmax zu
bestimmen Die resultierende Bindungskonstante ist vergleichbar mit denen anderer
N-Alkylpyridiniumsalze Im Molecular Modelling-Bild zeigt sich warum die
Bindungskonstante von etwa 2000 M-1 trotz sterisch relativ anspruchsvollen Substituenten am
Pyridiniumring nur unwesentlich niedriger ist als bei den anderen Pyridinium-Derivate Trotz
der sperrigen Substituenten ist es immer noch moumlglich den Pyridinium-Ring zu komplexieren
ohne dass die Substituenten dabei stoumlren Um den Einfluss diskreter Wassermolekuumlle auf die
Struktur bestimmen zu koumlnnen wurde die energetisch guumlnstigste Struktur einer Monte Carlo
Simulation in einer Wasserbox minimiert Die Wasserbox zeigte dabei keinerlei Einfluss auf
die Struktur des Komplexes
A2E 58 zeigt aufgrund seiner hydrophoben Terpen-Seitenketten eine deutliche Einlagerung in
Modellmembranen[102 106] Damit ist A2E 58 gut geeignet fuumlr Langmuir-Blodgett
Experimente an Modellmembranen[107] Mit der Acetat-Pinzette 12 wurden bereits erste
Versuche in Modellmembranen gemacht[108] Die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt selbst
N+
H
HO
092
Ka = 2125 M-1 plusmn 19
58
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 37
jedoch nur relativ geringe zusaumltzliche pA-Shifts bei der Einlagerung in eine monomolekulare
Schicht aus Stearinsaumlure (Abb 220) Erst beim Auftropfen von 2 Aumlquivalenten der
Bisphosphonat-Klammer 10 auf die gespreizte Lipidschicht ist ein Zuwachs der Monoschicht
um ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Wird dagegen eine reine Strearinsaumlure-Monoschicht uumlber
eine 10-7 M Loumlsung aus A2E 58 in Wasser erzeugt so ist auch in diesem Fall ein pA-Shift
von ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Dies ist einen bemerkenswerter Anstieg da Langmuir-
Blodgett Experimente uumlblicherweise bei Konzentrationen durchgefuumlhrt werden die um drei
Groumlszligenordnungen uumlber der hier gewaumlhlten Konzentration liegen Die zeigt die effektive A2E-
Einlagerung in der Stearinsaumlure-Monoschicht an Bei der kombinierten Einlagerung der
Bisphosphonat-Klammer 10 in die Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber eine Loumlsung von A2E 58
in Wasser wurde jedoch wieder lediglich ein Anstieg von 2 AringMolekuumll beobachtet Somit
erfolgte also kein zusaumltzlicher Anstieg der Monoschicht der auf die Bildung eines Komplexes
hindeuten wuumlrde welche die Monoschicht zusaumltzlich aufweitet (Abb 220)
-1
4
9
14
19
24
29
34
20 22 24 26 28 30 32 34 36
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
S H2OS + 2eq 10 H2OS A2ES + 2eq 10 A2E
Abbildung 220 DruckFlaumlche-Diagramm der Filmwaage-Untersuchung zur Bindung von A2E 58 an die immobilisierte Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Diese Beobachtung koumlnnte auf folgende Ursache zuruumlckzufuumlhren sein Gemaumlszlig ihrer
Amphiphilie sollte sich die Bisphosphonat-Klammer 10 in der Monoschicht mit ihrer Oumlffnung
nach oben ausrichten also von der Subphase abgewandt (Abb 221) Daher kann sie kein
zusaumltzliches A2E 58 aus der Subphase aufnehmen Obwohl dieser Zustand natuumlrlich
a a
b b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 38
dynamisch ist und in der fluiden Membran sicherlich auch Molekuumlle mit ihrer Kavitaumlt nach
unten ausgerichtet sind koumlnnte die Umorientierung zuviel Energie kosten und so die
effiziente Komplexierung von A2E 58 verhindern
P-
P-
P-
P-
P-
P-
Abbildung 221 Schematische Darstellung der vermuteten Anordnung der Bisphosphonat-Klammer 10 in der Stearinsaumlure-Monoschicht
In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit Epithelzellen die von der Firma Lynkeus
Biotech durchgefuumlhrt wurden konnte beobachtet werden dass die Bisphosphonat-Klammer
10 die Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das
Potential der Bisphosphonat-Klammer 10 sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen
Bei den Untersuchungen zur NAD+ Bindung wurde uumlberraschend festgestellt dass nicht nur
kationische Aromaten in der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert werden sondern dass
auch das elektronenarme neutrale Adenosin relativ stark gebunden wird Dieser Befund wirft
die Frage auf wie das Komplexierungsverhalten der Bisphosponat-Klammer in Hinblick auf
die anderen Nukleinbasen und verwandte Verbindungen aussieht
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung der Nukleinbasen[82] standen sie schon fruumlh
im Mittelpunkt des Interesses supramolekularer Chemiker[109] Dementsprechend gibt es eine
groszlige Vielfalt an kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr Nukleinbasen[24 110-117] insbesondere fuumlr
Adenin[118-120] Diese Rezeptoren benutzen meist eine Kombination aus Wasserstoff-Bruumlcken
und π-π-Wechselwirkungen zur Komplexierung des Gastes Die historisch ersten Rezeptoren
arbeiteten noch in organischer Loumlsung aber spaumltere Generationen wie zB Rezeptoren auf
Cyclophan-Basis erkennen Nukleotide in Wasser[118] Mit Rezeptoren auf Phenanthridinium-
Basis werden in gepufferter Loumlsung sogar Bindungskonstanten bis zu 106 M-1 erreicht[121]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 39
Nukleoside
Bei unseren Bindungsexperimenten wurde der Schwerpunkt auf die Untersuchung der
Komplexierung von Nukleosiden und Nukleotiden gelegt da die unsubstituierten
Nukleinbasen sich als sehr schwer wasserloumlslich herausstellten und kaum biologische
Bedeutung haben Ein Vergleich der Ka-Werte fuumlr die Bindung von Nukleosiden in der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt auf den ersten Blick dass die Bindungskonstanten alle in
gleichen Groumlszligenordnung liegen (Abb 222) Dabei werden die beiden Nukleotide
2rsquo-Deoxyadenosin 55 und 2rsquo-Deoxycytidin 62 relativ stark gebunden waumlhrend
2rsquo-Deoxyguanosin 59 2rsquo-Deoxythymidin 60 und 2rsquo-Deoxuridin 61 um dem Faktor zwei bis
drei schwaumlcher gebunden werden
O
OH H
HON
NH
O
O
H3C
H
H
O
OH
N
NN
N
NH2
H
025
044
020
2-Deoxyadenosin 55Ka = 5151 M-1 plusmn 6
HO
NH
N
N
O
NH2N
O
OH H
HO
H
NH
O
ON
O
OH H
HOH
O
OH H
HON
N
NH2
O
H
H
2-Deoxyguanosin 59Ka = 1859 M-1 plusmn 11
2-Deoxythymidin 60Ka = 2364 M-1 plusmn 12
2-Deoxyuridin 61Ka = 2467 M-1 plusmn 14
2-Deoxycytidin 62Ka = 7358 M-1 plusmn 6
030
025H
035
062
024
147
024
047
085
016
Abbildung 222 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleosiden Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser sind an den jeweiligen Nukleosiden vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei der Analyse der Aumlnderungen in den chemischen Verschiebungen im Komplex faumlllt auf
dass die Protonen an den aromatischen Ringsystem ausnahmslos starke Hochfeldshifts
aufweisen die Fuumlnfringe zeigen jedoch etwas geringere Shifts als die Sechsringe Das
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 40
anomere Wasserstoffatom an der 1rsquo-Position zeigt auszligerdem in allen Faumlllen immer noch einen
deutlichen Hochfeldshift waumlhrend die anderen Protonen der Ribose nur verschwindend
geringe Aumlnderungen ihrer chemischen Verschiebung aufweisen Dies deutet daraufhin dass
sich das elektronenarme Ringsystem der Nukleinbasen wie erwartet in der Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Klammer befindet Besonders deutlich wird dies bei der Betrachtung der
chemischen Verschiebungen des 2rsquo-Deoxythymidins 60 und 2rsquo-Deoxuridins 61 Waumlhrend das
Thymidin eine sterisch relativ anspruchsvolle Methylgruppe besitzt welche die
Komplexierung erschwert hat das Uridin an der gleichen Position ein Wasserstoffatom
Dadurch wird die Komplexierung erleichtert was sich zwar nicht auf die Bindungskonstante
niederschlaumlgt aber wohl auf den ∆δsat-Wert Dies bedeutet vermutlich dass die Ringsysteme
unterschiedlich in der Kavitaumlt angeordnet sind Eine quantenchemische Berechnung der
chemische Verschiebungen im Komplex koumlnnte diesbezuumlglich bei der Aufklaumlrung helfen[61]
Ein Vergleich der Bindungskonstanten mit dem elektrostatischen Oberflaumlchenpotential der
Nukleinbasen zeigt eine verhaumlltnismaumlszligig gute Korrelation (Abb 223) Adenosin hat deutlich
groumlszligere elektronenarme Flaumlchen als Guanosin Bei den Pyrimidin-Basen sind nur kleine
Unterschiede sichtbar welche den Selektivitaumltsunterschied nicht erklaumlren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 41
Abbildung 223 Die Struktur (rechts) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (links) der Nukleosiden Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau)[72] Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung der entsprechenden Nukleoside an die Bisphosphonat-Klammer 10 ist bei den Nukleinbasen vermerkt
Nukleotide
Nach den Nucleoside wurden auch die entsprechenden Nukleotide auf ihre
Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Bis auf das AMP 56 werden jedoch keine anderen
Nukleotide von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Alle Aumlnderungen in Ihren
chemischen Verschiebungen sind so gering (lt 003 ppm) dass eine Komplexierung
ausgeschlossen werden kann Auch Adenosintriphosphat 67 (ATP) wird nicht gebunden
wahrscheinlich generell wegen der starken Phosphonat-Phosphat-Abstoszligung bei der
Annaumlherung der Komplexpartner
Adenosin Ka = 5151 M-1 Guanosin Ka = 1859 M-1
Thymidin Ka = 2364 M-1 Uridin Ka = 2467 M-1
Citidin Ka = 7358 M-1
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 42
OO
N
NH
O
O
OH
PO
ONaNaO
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
NaOONa
NH
N
N
O
NH2N
OO
H
PO
NaOONa
OHOH
NH
O
ON
OO
OH OH
PO
NaOONa O
ON
N
NH2
O
OH OH
PO
NaOONa
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
OONa
PO
OOH
PO
HOONa
018
AMP 56Ka = 1126 M-1 plusmn 19
GMP 63 Ka lt 10 M-1
TMP 64Ka lt 10 M-1
UMP 65Ka lt 10 M-1
CMP 66Ka lt 10 M-1
ATP 67Ka lt 10 M-1
Abbildung 224 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleotiden Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsa-Werte der beobachteten Signale
Auffaumllligerweise bindet auch Cytidinmonophosphat 66 (CMP) nicht in der Bisphosphonat-
Klammer 10 obwohl 2rsquo-Deoxycytidin 59 sogar die groumlszligte Bindungskonstante unter den
Nukleosiden aufweist Die Bindung von AMP 56 ist deshalb wahrscheinlich auf die groumlszligere
aromatische Flaumlche des Adenins im Vergleich zum Cytidin zuruumlckzufuumlhren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 43
Wirkstoffe auf Nukleosid-Basis
Da die Bisphosphonat-Klammer 10 eine starke Bindung der Nukleoside zeigt wurde das
Komplexierungsverhalten von weiteren Verbindungen auf Nukleosid-Basis uumlberpruumlft
Zunaumlchst wurden zwei Nukleosid-Analoga getestet die (potentielle) Therapeutika sind Das
3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 und 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69
sind beide sehr effiziente Inhibitoren fuumlr das menschliche (human) Immunodefizienz-Virus
(HIV)[122] Diese besitzen jedoch eine geringe Permeabilitaumlt fuumlr die Blut-Hirn-Schranke[123]
Aus diesem Grund ist ein synthetischer Rezeptor von besonderem Interesse da dieser als
Transportmolekuumll dienen koumlnnte Sowohl AZT 68 als auch 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-
dideoxythymidin 69 werden von der Bisphosphonat-Klammer 24 gebunden (Abb 225)
O
N3H
HON
NH
O
O
H3C
H
O
H
HON
NH
O
O
H3C
H
HH
140
311
125
140
165
060061083
AZT 68Ka = 711 M-1 plusmn 15
23-Didehydro-23-dideoxythymidin 69Ka = 172 M-1 plusmn 19
Abbildung 225 Ergebnisse der Bindungsstudien mit 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 sowie 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69 mit der Bisphosponat-Klammer 24 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Die geringere Bindungskonstante des AZT 68 im Vergleich zum 2rsquo-Deoxythymidin 60 ist
wahrscheinlich auf die Azido-Gruppe zuruumlckzufuumlhren Eine Monte Carlo Untersuchung zeigt
dass diese im Komplex relativ weit entfernt von den Phosphonaten der Klammer angeordnet
ist (Abb 226) Die Ribose des 2rsquo3rsquo-Deoxythymidins 68 ist jedoch viel naumlher an den
Phosphonaten angeordnet und somit liefert die Monte Carlo Simulation keine
zufriedenstellende Begruumlndung warum 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 relativ schwach gebunden
wird
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 44
Abbildung 226 Links die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von AZT 68 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte) Rechts die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Koffein und FAD
Eine weitere Purinbasen-analoge Verbindung ist Koffein 70 Aufgrund seiner Bekanntheit
war Koffein schon vielfach Mittelpunkt von Untersuchungen zur Wirt-Gast-Wechselwirkung
Neben ausschlieszliglich in organischen Loumlsungsmitteln loumlslichen Systemen[124-126] wurde in
letzter Zeit auch ein wasserloumlslicher Rezeptor fuumlr Koffein beschrieben[127]
Die Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Koffein 70 mit einer fuumlr Nukleinbasen erstaunlich
hohen Bindungskonstante von 29340 M-1 Damit ist die Bindungskonstante um einen
Groumlszligenordnung houmlher als die bislang in Wasser bekannten Bindungskonstanten[127] Von
daher wuumlrde sich dieses Gast-Wirt-System gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen eignen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 45
N
N N
N
O CH3H3C
OCH3
136058
027
70 Ka = 29340 M-1 plusmn 12
Abbildung 227 Ergebnis der Bindungsstudien von Koffein 70 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Ein weiterer wichtiger Cofaktor der genauso wie NAD+ 52 eine Adenosin-Einheit enthaumllt ist
Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) 71 (Abb 228) Wie NAD+ 52 ist FAD 71 an vielen
enzymatischen Redox-Reaktionen beteiligt[82] Aumlhnlich wie beim NAD+ 52 besitzt das FAD
71 zwei elektronenarme Ringsysteme und somit zwei moumlgliche Komplexierungsstellen fuumlr die
Bisphosphonat-Klammer 10 Das Bindungsexperiment zeigt jedoch nur minimale
Aumlnderungen der chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem und eine deutliche
Aumlnderung fuumlr das Adenin Die Auswertung ergibt eine Bindungskonstante von 908 M-1
Werden jedoch die Signale des Wirtes ausgewertet ergibt sich eine Bindungskonstante von
4900 M-1 Die Ursache dieser groszligen Diskrepanz ist jedoch unklar Die geringe Aumlnderung der
chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem deutet daraufhin dass dieses nicht von
der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert wird oder dass die beoachteten Signale sich zu
weit von der Kavitaumlt entfernt sind um einen Shift aufzuweisen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 46
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
H021
71 Ka = 908 M-1 plusmn 14
Abbildung 228 Ergebnis der Bindungsstudien von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei Monte Carlo Rechnungen wird deutlich dass die Methyl-Protonen des Flavins die als
einzige seine Komplexierung anzeigen koumlnnten sich bei einer Komplexierung wahrscheinlich
nicht in der Kavitaumlt befinden (Abb 229 links) Analog zum Komplex mit NAD+ 52 ist auch
hier eine Struktur denkbar bei der sich das Adenin in der Kavitaumlt befindet (Abb 229 rechts)
In diesem Fall orientiert sich das Flavin-Ringsystem an die Seitenwand der Bisphosphonat-
Klammer In dieser Anordnung muumlssten deutliche Shifts in Adenin und nur geringe in Flavin
auftreten Diese Anordnung erklaumlrt die experimentellen Beobachtungen am besten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 47
Abbildung 229 Die berechnete Strukturen fuumlr den Komplex von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Links befindet sich das Flavin in der Kavitaumlt rechts das Adenin
Folsaumlure
Eine weitere elektronenarme Verbindung deren moumlgliche Komplexierung in der
Bisphosphonat-Klammer 10 untersucht wurde ist Folsaumlure 72 (Abb 230) Das
Bindungsexperiment zeigt eine hohe Bindungskonstante von 20230 M-1 Die Folsaumlure besitzt
nur ein nichtacides Proton am aromatischen Ring das als Sensor fuumlr den
Komplexierungsmodus dienen kann Die Methylenbruumlcke zeigt zwar eine Aumlnderung der
chemischen Verschiebung bei der Komplexierung aber diese ist in der Titration zu
unregelmaumlszligig um sie auswerten zu koumlnnen Die anderen Protonen zeigen dagegen keine
Aumlnderung Es wurde versucht diese Bindungskonstante mittels mikrokalorimetrische
Messungen zu bestaumltigen aber es stellte sich heraus dass Folsaumlure in Wasser zu schlecht
loumlslich ist um mikrokalorimetrische Messung durchfuumlhren zu koumlnnen Eine Molecular
Modelling Studie des Komplexes zeigt jedoch dass das beobachtete Proton bereits nicht mehr
in der Kavitaumlt liegt ist genauso wie die Methylenbruumlcke wodurch die Beobachtungen im
Bindungsexperiment unterstuumltzt werden (Abb 231)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 48
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
H069
72 Ka = 20230 M-1 plusmn 12
Abbildung 230 Ergebnis der Bindungsstudien von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Abbildung 231 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
224 Bindungsexperimente mit Thiamin
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 ist ein wichtiger Cofaktor der im Koumlrper aus Thiamin
(Vitamin B1) 75 aufgebaut wird[82] TPP 76 ist an vielen enzymatischen Reaktionen
beteiligt[128 129] Neben Decarboxylierungen[130] und Oxidationen[131] katalysiert TPP 76
Ligations-Reaktionen In diesem Fall bildet das TPP 76 ein nukleophiles Enamin als
Intermediat welches somit als umgepoltes Acyl-Anion dient[132] Im Enzym ist TPP 76 in
einer typischen V-Form gebunden Diese relativ energiereiche Konformation wird von
hydrophoben Wechselwirkungen mit unpolaren Aminosaumluren stabilisiert Beide Ringsysteme
des Thiamins werden so stabilisiert (Abb 232) [133]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 49
Abbildung 232 Ausschnitt aus der Struktur der Transketolase aus Hefe Die V-Konformation des TPPs 76 wird an der konvexen Seite von einem Leucin stabilisiert Zusammen mit Phenylalanin Histidin und Isoleucin wird eine hydrophobe Tasche gebildet[134]
In einem ersten Bindungsexperiment mit einem Thiazolium-Salz 73 konnte Christian Jasper
starke Hochfeld-Shifts der Gast-Signale beobachten (Abb 233)[64]
N+
S
HH
HHBF4
-
140
034042081
021
021
057
73
Abbildung 233 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung im 11 Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10[64]
Daraufhin wurde im Rahmen dieser Arbeit das Komplexierungsverhalten von
N-Methylthiazoliumiodid 74 Thiamin 75 und TPP 76 in der Bisposphonat-Klammer
untersucht (Abb 234) Dabei wurde festgestellt dass das N-Methylthiazoliumiodid 74 eine
starke Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt Im Vergleich dazu zeigen Thiamin
75 und TPP 76 eine deutlich houmlhere Bindungskonstante In beiden Faumlllen werden die houmlchsten
komplexinduzierten Shifts an der Methylenbruumlcke welche die beiden Aromaten verbindet
sowie am Proton am Pyrimidinium-Ring beobachtet Beide liegen nahe am Mittelpunkt des
Molekuumlls Auch die anderen Protonen zeigen einen deutlichen Hochfeld-Shift Lediglich die
Protonen an der Alkyl-Kette zeigen einen relativ kleinen Shift Dies deutet darauf hin dass
beide Ring-Systeme an der Bindung beteiligt sind
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 50
N+
S
176
74 Ka = 1267 M-1 plusmn 29
N
N
N+S
OH
NH3+
032
013044 022
013
010
75 Ka = 18563 M-1 plusmn 11
N
N
N+S
O
NH3+
024
004044 009
001
001
PO
OHO P
O
OHOH
76 Ka = 14075 M-1 plusmn 20
Abbildung 234 Ergebnisse der Bindungsstudien von Thiazolium-Salzen mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werte mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
Interessanterweise zeigt eine Monte Carlo Untersuchung eine Struktur in der beide Ring-
Systeme sich teilweise in der Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer 10 befinden (Abb 235)
Diese Struktur erklaumlrt die in den Bindungsstudien gefundenen komplexinduzierten Shifts sehr
gut Allerdings ist die Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer in diesem Fall extrem aufgeweitet
Der Abstand der beiden Seitenwaumlnde betraumlgt in dieser Struktur etwa 12 Aring waumlhrend in
Roumlntgenstrukturanalyse Abstaumlnde von etwa 8 bis 11 Aring beobachtet wurden[48] Aus
Untersuchungen von weiteren Molecular Modelling Strukturen sowie den Kristallstrukturen
zeigte sich jedoch dass die Aufweitung der Kavitaumlt nur eine geringe Aktivierungsenergie
benoumltigt Diese sollte maximal etwa 4 kJmol betragen[50]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 51
Abbildung 235 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte Schwefel ist in gelb dargestellt)
Diese Struktur wird von einem NOESY-Experiment unterstuumltzt Im NOESY-Experiment mit
einem 11-Komplex aus Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 sind neben starken
intermolekularen NOE Crosspeaks auch schwaumlchere intramolekulare NOE Crosspeaks
sichtbar Diese sind in Abb 236 dargestellt
P
O
CH3
O
PO
CH3
O
O
N
N
N+H
H
H N
H
+
Abbildung 236 Beobachtete intramolekulare NOE-Crosspeaks
Das CH-Signal des Thiazolium-Rings war bislang in den Bindungsexperimenten aufgrund
seiner Aciditaumlt nicht sichtbar Bei einer Messung des 11-Komplexes mit Watergate-
Unterdruumlckung in nichtdeuteriertem Wasser wird das Proton bei etwa 10 ppm sichtbar[135]
Damit ist es um ca 1 ppm tieffeldverschoben im Vergleich zum reinen Thiamin Auch dieser
Befund deutet daraufhin dass die aus Molecular Modelling erhaltene Struktur ein gutes
Modell fuumlr den Bindungsmodus ist da sich dieses Proton im Modell in der Kavitaumlt befindet
und damit einen starken Shift zeigen sollte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 52
Eine Molekulardynamik-Simulation des 11-Komplexes aus Thiamin 75 und der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt dass die vorgeschlagene Struktur keinesfalls starr ist (Abb
237) Das Thiamin 75 besitzt eine groszlige Beweglichkeit in der Kavitaumlt Es scheint so als
wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen so
dass immer einer der beiden Aromaten eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingehen kann
Abbildung 237 Eine molekulardynamische Simulation fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Macromodel 71 298K 10 ps mit 1 ps Schnappschuumlsse) Alle Schnappschuumlsse wurden uumlbereinander projiziert und die Protonen wurden aus Gruumlnde der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
Eine 1H-NMR-Untersuchung des Thiamin 75Bisphosphonat-Klammer 10 Komplexes in
Methanol bei verschiedenen Temperaturen zeigt unterhalb von 0 degC eine deutliche
Linienverbreiterung und eine Aumlnderung der chemischen Verschiebungen Bis -100 degC blieb
die Loumlsung klar Ein Auftrag der chemischen Verschiebung gegen die Temperatur zeigt eine
deutliche Temperaturabhaumlngigkeit fuumlr das aromatische Pyrimidin-Proton (Abb 238) Dies
verdeutlicht den verlangsamten Assoziations- Dissoziationsprozess
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 53
6464565
65566
66567
67568
68569
695
290K 280K 270K 260K 250KT (K)
δ (p
pm)
Abbildung 238 Temperaturabhaumlngigkeit der chemischen Verschiebung des aromatischen Pyrimidin-Protons von Thiamin 75 im Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Da die Bisphosponat-Klammer eine Einlagerung in eine monomolekulare Stearinsaumlureschicht
zeigt wurde versucht eine Bindung des Thiamins 75 in der Bisphosphonat-Klammer 10
nachzuweisen[106] Eine Einlagerung von zwei Aumlquivalenten der Bisphosphonat-Klammer 10
in eine Stearinsaumlure-Monoschicht fuumlhrt zu einer Vergroumlszligerung der Oberflaumlche von ca 2
AringMolekuumll waumlhrend eine Stearinsaumlure-Monoschicht die auf einer 10-4 M Loumlsung von
Thiamin 75 hergestellt wird ebenfalls eine Vergroumlszligerung der Oberflaumlche um ca 2 AringMolekuumll
bewirkt Werden nun zu einer Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber einer Thiamin-Subphase zwei
Aumlquivalente der Bisphosphonat-Klammer 10 getropft so vergroumlszligert sich die Oberflaumlche um
ca 3 AringMolekuumll Das bedeutet dass ein zusaumltzlicher komplexbedingter Anstieg der
Oberflaumlche um ca 1 AringMolekuumll beobachtet werden konnte (Abb 239) Dies ist vermutlich
darauf zuruumlckzufuumlhren dass sich Bisphosphonat-Klammer-Molekuumlle in der Subphase
befinden Thiamin 75 binden und dadurch unpolarer werden und deswegen in der
Monoschicht aufgenommen werden (Abb 240)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 54
Abbildung 239 Ergebnisse der Filmwaage-Untersuchung von der Bindung von Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Abbildung 240 Darstellung der Komplexierung von Thiamin 75 in der Subphase wodurch ein unpolarer Komplex gebildet wird Dieser Komplex wird anschlieszligend in der Monoschicht eingelagert
Wegen der hohen freien Bindungsenergie eignet sich das System Thiamin 75Bisphosphonat-
Klammer sehr gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen
0
10
20
30
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
SA H2O
SA H2O - 2eq 10
SA 75
SA 75 - 2eq 10
+ Gast
+
LuftH2O
++
++
++
++
----
--
-- ----
a a b
b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 55
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer)
Es konnte gezeigt werden dass die Bisphosphonat-Klammer eine hohe Affinitaumlt gegenuumlber
N-alkylierten Pyridinium-Salzen hat Von besonderem Interesse ist dabei NAD+ Die
Untersuchung des Bindungsmodus fuumlr die Bindung von NAD+ hat ergeben dass sie
komplizierter ist als es auf dem ersten Blick erscheint Scheinbar liegt ein dynamisches
Gleichgewicht vor bei dem sich abwechselnd mal der Nikotinamid-Ring und der Adenosin-
Ring in der Kavitaumlt befindet Das Gleichgewicht liegt jedoch stark auf der Seite des
Nikotinamids Aus der Untersuchung der NAD+-Fragmente wurde zusaumltzlich die Erkenntnis
gewonnen dass die Bisphosphonat-Klammer nicht nur kationische Aromaten bindet sondern
auch elektronenarme neutrale Aromaten Damit umfasst das Gast-Portfolio der
Bisphosphonat-Klammer elektronenarme neutrale und kationische Aromaten wobei im letzen
Fall jedoch ausschlieszliglich permanente Kationen gebunden werden Nichtpermanente
Kationen wie zB Pyridiniumhydrochlorid oder basische Aminosaumluren werden dagegen nicht
gebunden Entweder weil ein permanentes Kation fuumlr die Bindung gebraucht wird oder weil
diese Kationen so stark solvatisiert sind dass sie nicht von der Klammer desolvatisiert werden
koumlnnen
Die Bisphosphonat-Klammer bindet alle Nukleoside aber bei den entsprechenden
Nukleotiden wird lediglich AMP 56 gebunden Die Bindungskonstante ist dabei deutlich
niedriger Somit scheint die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen Nukleosiden und
Nukleotiden zu unterscheiden Das negativ geladene Phosphat spielt dabei anscheinend eine
entscheidende Rolle Die Abstoszligung durch die Bisphosphonate der Klammer scheint fuumlr die
schlechte Bindung verantwortlich zu sein Die deutliche staumlrkere Bindung von NMN 54 im
Vergleich zum AMP 56 deutet darauf hin dass die π-Kation-Wechselwirkung einen
entscheidenden Beitrag zur staumlrkeren Bindung von kationischen Gaumlsten hat
Die Betrachtung des Komplexes von Thiamin 75 zeigt dass es sich beim Komplex mit der
Bisphosphonat-Klammer trotz seiner hohen Bindungskonstante keinesfalls um einen starren
Komplex handelt Das Thiamin 75 wird von dispersiven Wechselwirkungen
Wasserstoffbruumlcken und hydrophoben Effekten in einer natuumlrlichen V-aumlhnlichen
Konformation gehalten aber der Komplex scheint hochdynamisch zu sein
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 56
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Wie die Bisphosphonat-Klammer besitzt die Bisphosphonat-Pinzette 11 eine extrem
elektronenreiche Kavitaumlt Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu
geschlossen und kann dadurch nur schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser
nicht sehr anspruchsvoll sind wie zB para-substituierte Aromaten oder Ammonium-Salze
Bereits die Methylphosphonsaumluremethylester-Pinzette 39 zeigt dass die Kavitaumlt eine hohe
Tendenz zur Komplexierung von unpolaren Gaumlsten besitzt Die beiden Methylestergruppen
befinden sich naumlmlich in einem schnellen Gleichgewicht bei dem sich immer eine der beiden
Gruppen in der Kavitaumlt der Pinzette befindet Dadurch wird die Pinzette unsymmetrisch Dies
zeigt sich sehr deutlich im 1H-NMR-Spektrum das aufgrund dieser Unsymmetrie eine sehr
komplizierte Aufspaltung der aromatischen Signale zeigt sowie einen starken Hochfeld-Shift
des Methylestersignals um ca 15 ppm Nach der Spaltung der Methylester wird diese
Unsymmetrie aufgehoben und das 1H-NMR-Spektrum zeigt wieder das einfache
Aufspaltungsmuster eines spiegelsymmetrischen Molekuumlls
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt im 1H-NMR bei Verduumlnnung von 10-3 bis 10-5 M-1 einen
signifikanten Shift der chemischen Verschiebung der aromatischen Protonen Da dies auf eine
Selbstassoziation hinweist wurde versucht eine Selbstassoziationskonstante zu bestimmen
aber die Aumlnderungen der chemischen Verschiebung lies sich nicht mit dem Fitprogramm
anpassen Diese Beobachtung bedeutet dass eine Selbstassoziation bzw eine Micellen-
Bildung in waumlssriger Loumlsung wahrscheinlich ist Da diese jedoch nicht quantifiziert werden
konnte koumlnnte dies auf eine houmlhere Assoziations-Stoumlchiometrie hinweisen Weiterhin
bedeutet dies dass die Signale der Bisphosphonat-Pinzette nicht zur Auswertung von
Titrationen genutzt werden koumlnnen
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen
Als erste Gaumlste wurden N-alkylierte Pyridiniumsalze auf ihr Bindungsverhalten in der
Bisphosphonat-Pinzette 11 uumlberpruumlft um einen Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer
ziehen zu koumlnnen
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt mit 1776 M-1 eine deutlich geringere Bindungskonstante
fuumlr die Bindung von N-Methylnikotinamid 51 als die Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 57
241)[75] Dies ist vermutlich auf die deutlich kleinere Kavitaumlt der Pinzette zuruumlckzufuumlhren
Die ∆δsat-Werte scheinen diese Annahme zu unterstuumltzen Im Gegensatz zum Komplex von
N-Methylnikotinamid 51 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 sind die houmlchsten ∆δsat-Werte in
diesem Fall in der Umgebung der N-Methylgruppe zu beobachten Dies laumlsst darauf schlieszligen
dass sich nur dieser Molekuumllteil nahe der Methylgruppe voumlllig in der Kavitaumlt befindet aber
nicht das gesamte Molekuumll Im Gegensatz dazu ist das N-Methylpyraziniumiodid 50 klein
genug um in die Kavitaumlt zu passen Dies zeigt die mit der Bisphosphonat-Klammer 10
uumlbereinstimmende Bindungskonstante[75] Das Kosower-Salz 49 zeigt beim
Bindungsexperiment eine starke Verbreiterung der Signale wodurch die Bestimmung der
Bindungskonstante nicht moumlglich war Die beobachtete Aumlnderung der chemischen
Verschiebung deutet jedoch darauf hin dass auch das Kosower-Salz 49 in der Pinzette
eingeschlossen wird
N+
N
CH3I- 174
127
H N+
O O
I- 095
011
014
HN+
CH3
NH2
O
H
HH
H
258
187266
055100
51Ka = 1776 M-1 plusmn 15
50Ka = 12000 M-1 plusmn 28
I-
49
Abbildung 241 Ergebnisse der Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Salzen und N-Methylpyraziniumiodid 50 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werten mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen
Aufgrund ihrer biologischen Bedeutung wurden bei den Bindungsexperimenten mit der
Pinzette der Schwerpunkt auf die Untersuchung von Ammonium-Salzen gelegt
Erste Experimente mit Benzylaminhydrochlorid 77 und n-Propylaminhydrochlorid 78 zeigten
fuumlr die Komplexierung in der Bisphosphonat-Pinzette 11 zwar sehr groszlige ∆δsat-Werte aber
die korrespondierenden Bindungskonstanten waren geringer als erwartet (Abb 241) Die
Bindung in Methanol scheint dagegen eine houmlhere Bindungskonstante als in Wasser zu
besitzen Dieser Effekt koumlnnte auf den houmlheren Beitrag der Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und dem Gast in dem unpolareren Loumlsungsmittel Methanol sowie auf den
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 58
geringeren Aufwand der betrieben werden muss um das Ammoniumkation zu
desolvatisieren zuruumlckzufuumlhren zu sein Die Bindungskonstanten des Adrenalins 79 und der
Adrenalinvorlaumlufer Noradrenalin 80 und Dopamin 81 sind im Vergleich zu den einfacheren
Aminen Benzylamin 77 und n-Propylamin 78 vermutlich aufgrund des houmlheren sterischen
Anspruchs noch ein wenig niedriger Damit liegen die Bindungskonstanten deutlich unter der
eines bereits bekannten makrozyklischen Adrenalin-Rezeptors auf Bisphosphonat-Basis[136]
Allerdings zeigen diese Experimente dass die Kavitaumlt der Pinzette ausschlaggebend fuumlr die
Bindung ist da einfache aromatische Bisphosphonate Adrenalin zwar in unpolaren
aprotischen Loumlsungsmitteln binden koumlnnen jedoch nicht in Wasser[67 137 138] Dies bedeutet
dass in waumlssriger Loumlsung π-Kation-Wechselwirkungen sowie der hydrophobe Effekt welche
die Kavitaumlt hier besonders auszeichnen zur Komplexierung gebraucht werden
Die Reihe Adrenalin 79 Noradrenalin 80 und Dopamin 81 zeigt anhand der ∆δsat-Werte
deutlich dass ein sterisch weniger anspruchsvoller Gast tiefer in die Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Pinzette 11 hineinragt Waumlhrend beim Dopamin 81 die ∆δsat-Werte deutlich
zeigen dass der Benzol-Ring teilweise noch in die Kavitaumlt hineinragt fungiert beim
Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 die Hydroxy-Gruppe als bdquoStopperldquo Die Protonen des
Benzol-Ringes von Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 zeigen keine Aumlnderung der chemischen
Verschiebung Das Propanolol 82 verhaumllt sich in methanolischer Loumlsung aumlhnlich ndash in
waumlssriger Loumlsung faumlllt der Komplex dagegen als Niederschlag aus
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 59
NH3ClNH3Cl
OHOH
OHNH2Cl
HO
ClH2N
OHOH
OHNH3Cl
OHOH
NH3Cl
H
82Ka = 1361 M-1 plusmn 6
151
265
264
188345201
202
215
055
090057
217 267
77Ka = 115 M-1 plusmn 45
78Ka = 890 M-1 plusmn 11 Ka = 1680 M-1 plusmn 7
79Ka = 390 M-1 plusmn 9
80Ka = 184 M-1 plusmn 22
81Ka = 984 M-1 plusmn 13
Abbildung 242 Ergebnisse der ersten Bindungsuntersuchungen mit Ammonium-Salzen Die Werte mit einem sind fuumlr die Bindung in Methanol
Die deutliche Tendenz bezuumlglich der Groumlszlige von Gaumlsten die von den ∆δsat-Werten angedeutet
wird spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen der Komplexe wieder auch
wenn hier die Unterschiede nicht so eindeutig sind (Abb 243) Im Falle des Dopamin-
Komplexes befindet sich die kurze Alkylkette groumlszligtenteils in der Kavitaumlt und auch der
Benzol-Ring befindet sich nahe an der Kavitaumlt Beim Noradrenalin 80 ist der Benzol-Ring
zwar weiter von der Kavitaumlt entfernt aber die Hydroxy-Gruppe befindet sich groumlszligtenteils
innerhalb der Kavitaumlt In diesem Fall ist es fraglich ob das Ergebnis als zuverlaumlssig betrachtet
werden kann Dieses Ergebnis laumlsst vermuten dass die beiden Wasserstoff-Bruumlcken in
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 60
Wirklichkeit nicht so wichtig fuumlr die Bindung sind wie die berechneten Strukturen vermuten
lassen Die berechnete Struktur fuumlr die Bindung von Adrenalin 79 scheint dem tatsaumlchlichen
Bindungsmodus naumlher zu kommen Der Benzol-Ring ist hierbei noch weiter von der Kavitaumlt
entfernt angeordnet und die Hydroxy-Gruppe befindet sich nicht in der Kavitaumlt Sekundaumlre
Amine wie Adrenalin 79 oder Propanolol 82 werden auch gebunden aber vermutlich wegen
ihres erhoumlhten sterischen Anspruchs weniger schlecht als die primaumlren Aminen
Abbildung 2 43 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Dopamin 81 (Links) Noradrenalin 80 (Mitte) und Adrenalin 79 (Rechts) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 H2O 2000 Schritte)
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren
Biologische Bedeutung von Lysin und Arginin
Lysin und Arginin sind neben ihrer Funktion als Bausteine von Proteinen von fundamentaler
Bedeutung in vielen biologischen Prozessen
bull Proteine die proteosomisch abgebaut werden sollen werden an deren Lysin-Resten
ubiquitinyliert (Kiss of death)[139]
bull Histone werden spezifisch am Lysin-ε-Stickstoffatom acetyliert und deacetyliert um
die Transkription zu aktivieren oder zu unterdruumlcken[140]
bull Lysin ist ein bestimmender Faktor bei der Phosphorylierung von Mannose von
lysomalen Proteinen[141]
bull Der interzellulaumlre Vesikel-Transport wird uumlber Dilysin-Einheiten in Transport-
Proteinen reguliert[142]
bull Das Antibiotikum Vancomycin erkennt die Lys-D-Ala-D-Ala-Sequenz ein wichtiger
Bestandteil der bakteriellen Zellwand[143]
bull Das Signalpeptid KTTKS aktiviert die Regeneration des Kollagens bei beschaumldigten
Zellen Dies ist eine wichtige Erkenntnis fuumlr die anti aging Technologie[144]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 61
bull Die Mitte der Sequenz KKLVFF im Aβ Protein ist die Stelle fuumlr Nukleasen an der die
Aggregation und die darausfolgende Bildung von Plaques anfaumlngt Diese verursachen
wahrscheinlich die Alzheimerrsquosche Krankheit[145]
bull Die RNA-Erkennungsprozesse welche die Transkription kontrollieren beruhen oft
auf einer Komplexbildung mit argininreichen Proteinen wie zB das tat oder Rev
Protein[146]
bull Der RGD-Sequenz ist von essentieller Bedeutung fuumlr die Interaktion von Integrinen
mit Zellen[147 148]
bull Octaarginin-Tags ermoumlglichen es Medikamente die bis zu 100 mal groumlszliger sind als sie
selbst durch die Membran zu transportieren[149]
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung von Arginin und Lysin sind kuumlnstliche
Rezeptoren fuumlr diese Aminosaumluren von besonderem Interesse Bislang sind Lysin-Rezeptoren
auf der Basis von Kronenethern[150 151] dreiarmigen Benzoltrioxazolinen oder auch Calix[4]-
und [5]-arenen bekannt In waumlssriger Loumlsung sind diese Systeme allerdings meist nicht sehr
effektiv[152 153] Mittels einer Anordnung von Carboxylaten uumlber einem aromatischem System
ist die Bindung von Lysin und Arginin uumlber Salzbruumlcken in gepufferter waumlssriger Loumlsung
moumlglich[154]
Die bislang besten Arginin-Rezeptoren sind die von Dougherty et al entwickelten
polyanionischen Cyclophane[155] Die Bindung von Arginin beruht in diesem Fall fast
ausschlieszliglich auf der π-Kation-Wechselwirkung Dagegen basiert die Komplexierung von
Arginin durch die Rezeptoren von Bell et al hauptsaumlchlich auf ionischen Wasserstoffbruumlcken
Diese Rezeptoren werden auch als bdquopolyaromatisches hexagonales Gitterldquo bezeichnet[156 157]
Daneben gibt es einige schwaumlchere Rezeptoren auf Phosphonat- und Sulfonat-Basis[158]
Arginin-Rezeptoren auf Xylylen-Bisphosphonat-Basis sind gute Rezeptoren in polaren
aprotischen Loumlsungsmitteln wo sie das Arginin uumlber eine Kombination aus
Wasserstoffbruumlcken und π-Kation-Wechselwirkungen binden[159] Der erste Rezeptor fuumlr die
RGD-Sequenz nutzt ebenfalls diese Xylyen-Bisphosponat-Einheit zur Erkennung des
Arginin-Restes[160] Eine weitere leistungsfaumlhige Alternative stellt die Bindung von Arginin
mit hochselektiven RNA-Aptamere dar Diese wurde durch in vitro Evolution erhalten[161]
Bindungsexperimente
Ein erstes Bindungsexperiment zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette zeigte eine starke Hochfeldverschiebung sowie eine deutliche
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 62
Verbreiterung der Lysin-Seitenketten-Signale Die Titration in Wasser ergab eine starke
Bindung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Abb 244) Auch bei
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 traten im Bindungsexperiment starke
Hochfeldverschiebungen und Verbreiterungen der Signale auf Das
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 wird ebenfalls stark von der Bisphosphonat-Pinzette
11 gebunden aber schwaumlcher als Lysin In beiden Faumlllen konnten extrem groszlige
Hochfeldshifts an allen Kohlenstoffatomen der Seitenkette beobachtet werden Lediglich die
Protonen der Schutzgruppen zeigten keinen Shift oder wenn dann nur einen geringen
Tieffeldshift
Auch in 25 mM Natriumphosphatpuffer (pH 7 in D2O) bindet die Bisphosphonat-Pinzette
noch Acetyllysinmethylester 83 und Tosylargininmethylester 84 Boc-
Histidinmethylesterhydrochlorid 85 wird deutlich schwaumlcher gebunden (Aufgrund einer
moumlglichen Protonenuumlbertragung vom Imidazoliumion auf die Phosphonate wurden keine
Experimente in reinem Wasser durchgefuumlhrt)
HN
O
O
H2C
NH2
O HCl
057036
157145
HN
O
O
H2C
O
O
NH
N
065079
376
S
HN
O
O
CH2
NH
NHH2NHCl
OO
100068
409329154147
85
Ka = 690 M-1 plusmn 15
84Ka = 7843 M-1 plusmn 25 Ka = 1802 M-1 plusmn 40
83Ka = 23010 M-1 plusmn 18 Ka = 4339 M-1 plusmn 22
Abbildung 244 Ergebnisse der Bindungsstudien mit basischen Aminosaumluren Die Ergebnisse mit einem sind fuumlr Experimente in 25 mM Natriumphosphat-Puffer pH 7 in D2O
Mit anderen nichtbasischen Aminosaumluren zeigte die Bisphosphonat-Pinzette 11 in gepufferter
Loumlsung keine Wechselwirkung (Abb 245)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 63
Abbildung 245 Selektivitaumltsuumlbersicht der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber verschiedenen Aminosaumluren in gepufferten waumlssrigen Loumlsungen (Natriumphosphat pH 7 25 mM) Aufgrund des Fehlens jeglicher Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen der nichtbasischen Aminosaumluren wurde die Bindungskonstante auf 5 M-1 geschaumltzt
Dass die Alkylketten-Protonen des Lysins und des Arginins teilweise ∆δmax-Werte von uumlber
3 ppm zeigten ist ein deutlicher Hinweis darauf dass sie sich bei der Bindung in der Kavitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 befinden muumlssen Im Falle des Lysins zeigten nicht nur die δ-
C- und ε-C-Protonen hohe Shifts sondern auch das α-C-Proton sowie die β-C- und γ-C-
Protonen wenn auch im geringerem Maszlig (Abb 247) Beim Arginin konnte Vergleichbares
beobachtet werden Wahrscheinlich befindet sich nicht das Ammoniumkation bzw
Guanidinumkation in der Kavitaumlt sondern vor allem die Alkylkette (Abb 246) Es wird ein
Pseudorotaxan gebildet wobei die N- und C- Schutzgruppen auf der einen Seite und das
Kation auf der andere Seite als Stopper dienen Vergleichbare Pseudorotaxane entstehen auch
bei der Pinzette mit Naphthalin-Spacer mit (dendritischen) Viologen-Gaumlsten und konnten
beobachtet werden[52 162] Auszligerdem wurde eine vergleichbare Anordnung auch bei der
Bindung von Alkylammoniumsalzen durch Cucurbituril-Rezeptoren beobachtet[163]
Abbildung 246 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte) und Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 (Rechts MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 Die Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
0
1000
2000
3000
4000
5000
Lys Arg His Asp Ser Thr Phe Leu Val Ala Gly
Ka [M-1]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 64
Diese vorgeschlagene Struktur wurde von zusaumltzlichen Experimenten unterstuumltzt In einem
NOESY-Experiment mit einer Loumlsung aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette 11 wurden NOE-Kontakte zwischen den Methylestern sowie der
Acetyl-Gruppe und den Bruumlckenkoumlpfen der Bisphosphonat-Pinzette 11 beobachtet (Abb
247) Diese Kontakte koumlnnen nur auftreten wenn das Lysin wie ein Rotaxan gebunden wird
Die Bindung ist so stark dass sich an den Signalen der aromatischen Protonen der
Bisphosphonat-Pinzette 11 eine Aufspaltung erkennen laumlsst Es findet ein Chiralitaumltstransfer
statt wodurch die beiden Seiten der Pinzette nicht mehr magnetisch aumlquivalent sind
Abbildung 247 Beobachtete NOE-Kontakte zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der Bisphosphonat-Pinzette 11 Am Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 sind die ∆δsat-Werte der Protonen vermerkt
Beim Erwaumlrmen auf 95 degC eines 11-Gemisches aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83
und der Bisphosphonat-Pinzette 11 in Wasser konnte beobachtet werden dass Signale die bei
Raumtemperatur noch breit waren wieder schaumlrfer wurden Dies bedeutet dass bei
Raumtemperatur die Rotation des Gastes in der Kavitaumlt eingeschraumlnkt wird
Diese Beobachtungen deuten daraufhin dass die Inklusion der Seitenketten der Aminosaumluren
in der Kavitaumlt zu starken Van-der-Waals-Wechselwirkungen fuumlhrt unterstuumltzt von
elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem kationischen
Aminosaumlure-Rest Dieser Bindungsmodus bietet eine gute Erklaumlrung fuumlr die erhoumlhte Affinitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber Lysin und Arginin Mit den oben dargelegte
Bindungskonstanten gehoumlrt die Bisphosphonat-Pinzette 11 zu den besten Rezeptoren fuumlr
basische Aminosaumluren die bis heute bekannt sind Lediglich die oben beschriebenen RNA-
Aptamere erreichen in Puffer eine Bindungskonstante von 13000 M-1[161] Bis heute sind keine
Rezeptoren bekannt die eine so hohe Affinitaumlt fuumlr Lysin besitzen wie die Bisphosphonat-
Pinzette Der von Bell et al beschriebene selektive Lysin-Rezeptor mit einer
Bindungskonstante gt 105 M-1 in Methanol zeigt in Wasser eine sehr starke Aggregation[157]
HN NH3+
O
OH3C
OCH3
H
H
H
H
H05
14
14
gt 30
gt 40O
POCH3
-O PO-CH3
O
H
H
H
H
NOESY
HHH
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 65
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
Um das Gastprofil zu erweitern wurden kurze arginin- und lysinhaltige Peptidsequenzen von
biologischer Bedeutung auf ihre Bindungseigenschaften in der Bisphosphonat-Pinzette 11
uumlberpruumlft Die beiden argininhaltigen Peptide RGD 86 und GRGG 87 werden beide in
neutralen gepufferten waumlssrigen Loumlsungen mit hohen Bindungskonstanten an die
Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb 248)
86RGD Ka = 986 M-1 plusmn 10 RGD Ka = 1175 M-1 plusmn 16
H2NNH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
HN
NH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
87GRGG Ka = 861 M-1 plusmn 12
206
746
221458341
088092
202150
Abbildung 248 Bindungsexperimente mit argininhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte gelten fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( reines D2O)
Auch die lysinhaltigen Peptide KAA 88 KTTK 89 KTTKS 90 und KKLVFF 91 werden in
neutraler gepufferter waumlssriger Loumlsung an die Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb
249) Die Bindungskonstanten liegen wie schon bei den einzelnen Aminosaumluren uumlber denen
der argininhaltigen Derivate Peptide die zwei Lysine enthalten werden sogar deutlich besser
gebunden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 66
H2NNH
O
NH2
HN
OOH
OH
CH3COOH
KAA 88 Ka = 1179 M-1 plusmn 11
103
029
H2NNH
O
NH2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
KKLVFF 91 Ka = 37800 M-1 plusmn 33
014
014 012
012
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
NH2
H
H
KTTK 89 Ka = 5512 M-1 plusmn 32 (21)
041
041
042
042
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
NH2
H
H
OH
O
OH
039
039
262
262
KTTKS 90 Ka = 4152 M-1 plusmn 29 (21)
Abbildung 249 Bindungsexperimente mit lysinhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte sind fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11) Die ∆δsat-Werte sind an den Protonen vermerkt
Die Werte fuumlr ∆δsat sowie das Fehlen von Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen in den
anderen Aminosaumluren deuten daraufhin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen
Aminosaumluren vergleichbar ist Die fuumlr RGD 86 im Molecular Modelling erhaltene Struktur
zeigt jedoch dass sich die Guanidinium-Einheit in der Mitte der Kavitaumlt befindet (Abb 250)
Allerdings wird vom N-Terminus zum Phosphonat eine Wasserstoffbruumlcke ausgebildet die
diese Anordnung zumindestens im Modelling energetisch guumlnstiger erscheinen laumlsst Die
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 67
chemischen Verschiebungen im Komplex deuten dagegen darauf hin dass eine Rotaxan-
aumlhnliche Anordnung wahrscheinlicher ist
Abbildung 250 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von RGD 86 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte)
Im Fall von KTTK 89 und KTTKS 90 liegen die Bindungskonstanten uumlber denen der Peptide
die ein Lysin oder ein Arginin enthalten Dies duumlrfte darauf zuruumlckzufuumlhren sein dass in
diesen Peptiden zwei Bindungsstellen angeboten werden Der Job-Plot bestaumltigt dass es sich
in diesem Fall um einen 21 Komplex handelt Die chemischen Verschiebungen deuten auch
hier darauf hin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen Aminosaumluren vergleichbar
ist Diese Annahme wird von einer Molecular Modelling Untersuchung unterstuumltzt
(Abb 251) Diese Untersuchung zeigt zusaumltzlich dass wenn sich zwei Lysin-Reste nicht
direkt nebeneinander befinden ein 21 Komplex moumlglich ist ohne dass sich zwei
Bisphosphonat-Pinzetten dabei gegenseitig behindern Zusaumltzlich zu den Van-der-Waals-
Wechselwirkungen koumlnnen in diesem Komplex einige Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und Amonium-Kationen des Peptids ausgebildet werden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 68
Abbildung 251 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KTTKS 90 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 OPLS-AA H2O 10000 Schritte)
KKLVFF 91 konnte aufgrund der geringen Loumlslichkeit nicht in waumlssrigem Puffer untersucht
werden In 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11 zeigt sich eine
sehr groszlige Bindungskonstante gepaart mit geringen Aumlnderungen der chemischen
Verschiebung Zwei N-terminale Lysin-Reste bevorzugen in D2O Methanol-d4 = 11
anscheinend eine Art Cluster mit dem Bisphosphonat der durch Coulomb-Wechselwirkungen
zusammengehalten wird
Abbildung 252 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KKLVFF 91 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 10000 Schritte)
236 Einfluss von dipolaren aprotischen Kosolventien
Durch Zugabe von 1000 Aumlquivalenten eines dipolar aprotischen Loumlsungsmittels wie DMSO
oder Acetonitril kann die Bindung von Gaumlsten ruumlckgaumlngig gemacht werden Die chemischen
Verschiebungen des Gastes kehren nach der Zugabe des Loumlsungsmittels komplett zu ihren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 69
Ausgangswerten zuruumlck Diese Loumlsungsmittel konkurrieren offensichtlich mit dem Gast bei
der Komplexierung und verdraumlngen den Gast aus der apolaren Kavitaumlt Ein aumlhnlicher Effekt
konnte bereits an der festen Phase mit immobilizierten Pinzetten beobachtet werden[63]
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette)
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt ein breites Gastprofil N-Alkylierte Pyridinium-Salze
werden stark in der Pinzette gebunden Allerdings werden nur para-substituierte
Verbindungen stark gebunden Wird das Substitutionsmuster geaumlndert findet kein effektiver
Einschluss in der Kavitaumlt mehr statt Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass die
Kavitaumlt der Pinzette im Gegensatz zur Kavitaumlt der Klammer nach unten abgeschirmt ist
Im Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer bindet die Bisphosphonat-Pinzette 11 auch
Ammonium-Kationen Die Bindungskonstante korreliert mit dem sterischen Anspruch der
Substituenten Je sperriger die Substituenten sind desto niedriger wird die
Bindungskonstante Die bestimmten ∆δsat-Werte bestaumltigen diese Vermutung da in der Naumlhe
der Substituenten in der Regel keine oder nur sehr kleine Shifts beobachtet wurden Es
werden sowohl primaumlre als auch sekundaumlre Amine gebunden wobei jedoch primaumlre Amine
vermutlich aufgrund ihres geringeren sterischen Anspruch besser gebunden werden
Interessanterweise werden die basischen Aminosaumluren Arginin und Lysin erheblich besser
gebunden (bis zu 20000 M-1 im Vergleich zu 800 M-1 fuumlr einfache Amine) Die
Untersuchungen haben ergeben dass dies vermutlich auf die Ausbildung einer
Pseudorotaxan-aumlhnlichen Struktur zuruumlckzufuumlhren ist Die Aminosaumlure-Seitenkette wird
durch die Kavitaumlt gefaumldelt das Ammonium-Kation und die N- und C-terminalen
Schutzgruppen dienen als Stopper Das Ammonium-Kation wird zusaumltzlich von einer
Wasserstoff-Bruumlcke zum Phosphonat fixiert waumlhrend die Alkylkette starke Coulomb-
Wechselwirkungen eingehen kann Die Bindung bleibt auch in gepufferter Loumlsung erhalten
Durch Versuche mit Modellpeptiden konnte gezeigt werden dass die basischen Aminosaumluren
auch in peptidischer Umgebung gebunden werden und vor allem dass andere Aminosaumluren
nicht gebunden werden Zwei weitere interessante Beobachtungen wurden dabei gemacht
Wenn zwei Lysin-Reste im Peptid vorhanden sind die durch weitere Aminosaumluren
voneinander getrennt sind koumlnnen beide einzeln von Bisphosphonat-Pinzetten gebunden
werden (21-Komplex) Bei der Betrachtung von KKLVFF 91 in einem Wasser Methanol-
Gemisch fiel jedoch auf dass in diesem Fall die Ausbildung eines Clusters mit den
Bisphosphonaten bevorzugt wird In diesem Fall ist es anscheinend guumlnstiger
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 70
Wasserstoffbruumlcken von den Ammonium-Kationen zu den Bisphosphonaten auszubilden
anstatt die Lysin-Seitenketten in der Kavitaumlt einzuschlieszligen
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 241 Einleitung
Als einzige physikalische Messmethode bietet die isothermale Titrationskalorimetrie (ITC)
die Moumlglichkeit die globalen thermodynamischen Groumlszligen ∆Hdeg ∆Gdeg ∆Sdeg sowie die
Bindungskonstante Ka und die Stoumlchiometrie n eines Komplexes in einem einzigen
Experiment zu bestimmen Wenn bei verschiedenen Temperaturen gemessen wird kann sogar
die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt bestimmt werden[164-167]
In einem ITC-Experiment wird die Energetik einer Komplexierung bei konstanter Temperatur
gemessen Das Ziel dabei ist es eine Kurve zu erhalten die die Saumlttigung des Wirtes in Bezug
auf die Konzentration des zu bindenden Gastes wiedergibt die sogenannte
Bindungsisotherme[168 169]
Fuumlr eine Messung werden kleine Mengen des Gastes mit Hilfe einer computergesteuerten
Spritze in eine Loumlsung des Wirtes welche in der Messzelle vorgelegt wird titriert Bei der
Injektion wird vom System Waumlrme aufgenommen (endotherme Reaktion) oder abgegeben
(exotherme Reaktion) Diese Waumlrme wird im Vergleich zu der nur mit Loumlsungsmittel
gefuumlllten Referenzzelle gemessen Beide Zellen befinden sich in einer adiabatischen Huumllle
und werden unabhaumlngig voneinander mit Heizelementen geheizt Thermoelemente messen die
Temperaturdifferenz zwischen den beiden Zellen einerseits und den Zellen und dem
adiabatischen Schild andererseits Sie sorgen dafuumlr dass die Temperaturdifferenz zwischen
den beiden Zellen moumlglichst gering ist (Abb 253)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 71
Abbildung 253 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
Gemessen wird letztendlich der Unterschied der Heizleistung die gebraucht wird um beide
Zellen auf der gleichen (voreingestellten) Temperatur zu halten Das Detektionslimit des
Geraumltes liegt bei ca 05 microcal (ca 2 microJ) und entspricht etwa einer Temperaturaumlnderung in der
Messzelle von 10-6 K Eine Messung kann dann als ausreichend aufgeloumlst betrachtet werden
wenn die gemessene Signalhoumlhe mindestens 01 microcals (ca 04 microJs) betraumlgt[170]
242 Theoretische Grundlagen
Fuumlr die Bildung eines Komplexes (WG) aus Gast (G) und Wirt (W) gilt das
Massenwirkungsgesetz
[ ][ ][ ]GW
WGKa = (Gleichung 21)
Die Gesamtkonzentration des Wirtes [W]tot und des Gastes [G]tot sind wie folgt definiert
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
Spritzenstempel
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 72
[ ] [ ] [ ]WGGG tot += (Gleichung 22)
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ]GK
WGWGWWGWa
tot +=+= (Gleichung 23)
Nach Aufloumlsen der Gleichung 22 nach [G] und einsetzen in Gleichung 23 wird die folgende
quadratische Gleichung erhalten
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 012 =+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minusminusminus+ tottot
Atottot GW
KGWWGWG (Gleichung 24)
Durch ziehen der Wurzel ergibt sich aus Gleichung 24 folgende Loumlsung fuumlr die
Konzentration des Wirt-Gast-Komplexes
[ ]2
42 abbWG
minusminusminus= (Gleichung 25)
mit
[ ] [ ]A
tottot KGWb 1
minusminusminus= (Gleichung 26)
und
[ ] [ ] tottot GWa = (Gleichung 27)
Nach Ableitung von Gleichung 25 nach der Gesamtkonzentration des Gastes [G]tot ergibt sich
nach Umformen der erhaltenen Gleichung folgender Ausdruck
[ ][ ] ( ) ( ) 22 112
2211
21
rrXX
Xr
GdWGd
rr
r
tot ++minusminus
minus+
minus+= (Gleichung 28)
mit
[ ] totA WKr 1
= (Gleichung 29)
und
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 73
[ ][ ] tot
totr W
GX = (Gleichung 210)
In einem Titrationsexperiment werden kleine Volumina der Gastloumlsung in die Messzelle mit
der Wirtloumlsung eingespritzt Bei der Einspritzung wird eine bestimmte Waumlrme Q freigesetzt
oder absorbiert Ziel ist es einen Ausdruck fuumlr die Waumlrmemenge Q im Zusammenhang mit
den Konzentrationen der vorliegenden Reaktionspartner in der Messzelle zu finden Dabei
haumlngt Q ab von
1) dem Zellvolumen V
2) den Konzentrationen der Reaktionspartner in der Messzelle
3) der Molaren Bindungsenthalpie ∆Hdeg
4) der Stoumlchiometrie
5) der Menge des eingespritzten Gastes
Wird beruumlcksichtigt dass mit der Abnahme an unkomplexiertem Wirt die freigesetzte
Waumlrmemenge Q verringert wird ergibt sich die nachfolgende Gleichung 211 Die Aumlnderung
d[WG] der Konzentration [WG] ist somit proportional zur Aumlnderung dQ der Waumlrmemenge Q
[ ] VHWGddQ sdotdeg∆sdot= (Gleichung 211)
Der Term d[WG] beruumlcksichtigt somit die Konzentrationen der Reaktionspartner in der
Messzelle die Stoumlchiometrie und die Menge des eingespritzten Gastes von denen die
Waumlrmemenge Q abhaumlngig ist
Durch Einsetzen von Gleichung 28 in Gleichung 211 ergibt sich fuumlr eine Bindungsreaktion
zwischen einem Wirt und einem Gast im Verhaumlltnis 11 folgende Gleichung
[ ] ( ) ( ) ⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
++minusminus
minus+
minus+deg∆=sdot
22 11222
11
211
rrXX
Xr
HGddQ
Vrr
r
tot
(Gleichung 212)
Waumlhrend einer Messung wird die differenzielle Waumlrme [ ] totGddQ bestimmt Dieser Wert
haumlngt nicht von der absoluten Konzentration des Wirtes [W]tot in der Messzelle ab
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 74
In Abb 254 sind Bindungskurven dargestellt die nach Gleichung 212 simuliert wurden Um
die Kurven besser beschreiben zu koumlnnen wird der Parameter c eingefuumlhrt der reziprok zum
Wert r aus der Gleichung 29 ist
[ ] totA WKr
c ==1 (Gleichung 213)
Liegt eine sehr starke Bindung (c = infin) eines Gastes an einem Wirt vor werden alle Molekuumlle
des Gastes sofort gebunden bis die Saumlttigung des Wirtes eintritt dh bis alle Bindungsstellen
besetzt sind Als Bindungskurve ergibt sich dann eine Stufenfunktion mit der Houmlhe ∆Hdeg
∆Hdeg
001
1
5
40500
infin
1 20
05
[ ] [ ] tottot WG
Abbildung 254 Simulierte Bindungsisotherme fuumlr eine endotherme Reaktion nach Gleichung 212 fuumlr verschiedene Parameter c = KA [W]tot Die verschiedenen Werte fuumlr c sind in der Abbildung dargestellt
Fuumlr eine relativ starke Bindung mit c = 10 - 500 wird aus der Stufenkurve eine sigmoidale
Kurve deren Verlauf stark von dem Parameter c abhaumlngt Schwache Bindungen ergeben
dagegen fast horizontale Bindungskurven (c lt 5)
Der c-Wert ist ein hilfreiches Werkzeug um Konzentrationen fuumlr Bindungsexperimente
abschaumltzen zu koumlnnen Ist bereits uumlber eine andere Methode eine Bindungskonstante bekannt
so kann leicht der optimale Konzentrationsbereich fuumlr eine Messung abgeschaumltzt werden Die
Konzentration der Komponente in der Spritze sollte das 12- bis 15-fache der Konzentration in
der Messzelle betragen Ist keine Bindungskonstante bekannt so kann die Konzentration
anhand Abb 254 nachtraumlglich geaumlndert werden falls die Messkurve noch nicht dem
gewuumlnschten sigmoidalen Kurvenverlauf entspricht[171 172]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 75
Wie oben beschrieben wird der Heizstrom der zum Erwaumlrmen der Messzelle gebraucht wird
gemessen Das Messsignal wird angegeben in microcals gegen die Zeit aufgetragen Es resultiert
eine Kurve wie sie in der oberen Haumllfte von Abbildung 255 dargestellt ist Eine Integration
der oberen Kurve uumlber die Zeit ergibt die untere Kurve
Abbildung 255 Eine typische ITC-Messung Die obere Haumllfte zeigt das Messergebnis dabei steht jeder Peak fuumlr eine Injektion Die untere Kurve entsteht durch Integration der oberen Kurve
Die Berechnung der Kurve erfolgt vollautomatisch mit Hilfe eines Rechners und der
entsprechenden Software Anhand einer mathematischen Anpassungsfunktion
(Gleichung 212) die eine Levenberg-Marquardt Iteration verwendet um den sigmoidalen
Kurvenverlauf zu erhalten wird die Kurve an die erhaltenen Messpunkte angepasst Aus dem
Kurvenverlauf berechnet sich der Wert der Bindungskonstante KA die Stoumlchiometrie der
Reaktion und die Enthalpie ∆Hdeg als gesamte Waumlrmetoumlnung der Reaktion Die freie Enthalpie
∆Gdeg und die Entropie ∆Sdeg koumlnnen anschlieszligend daraus uumlber Gleichung 214 und 215
berechnet werden (Abb 256)[170 171 173]
aKRTG lnminus=deg∆ (Gleichung 214)
deg∆minusdeg∆=deg∆ STHG (Gleichung 215
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 76
Abbildung 256 Ein Beispiel fuumlr eine typische ITC Messung Die durchgezogene Kurve repraumlsentiert das Ergebnis der Kurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate Der Achsenabschnitt auf der Ordinate ergibt die Bindungsenthalpie ∆Hdeg aus dem Kurvenverlauf laumlsst sich die Bindungskonstante KA und damit auch die Freie Bindungsenthalpie ∆Gdeg bestimmen[171]
Bei der Bestimmung von ∆Hdeg sollte beruumlcksichtigt werden dass das ∆Hdeg welches aus der
Messung erhalten wird die Waumlrmeentwicklung aller bei der Komplexierung auftretender
Effekte enthaumllt So koumlnnen bei der Komplexierung zB auch Protonenuumlbertragungen
stattfinden die ebenfalls Waumlrmeentwicklung erzeugen Diese Waumlrmeentwicklung sollte bei
der Auswertung beruumlcksichtigt werden[174]
Die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt kann bestimmt werden indem uumlber einen groumlszligeren
Temperaturbereich mehrere Messungen durchgefuumlhrt werden Dabei wird die Aumlnderung der
Waumlrmekapazitaumlt erhalten indem die Bindungsenthalpie bei mehreren Temperaturen bestimmt
wird und gegen die Temperatur aufgetragen wird Aus der Steigung des Graphen kann ∆Cp
nach folgender Gleichung bestimmt werden[166 167 169]
12
1T2Tp TT
HHCminus
deg∆minusdeg∆=∆ (Gleichung 216)
00 05 10 15 20 25-30
-25
-20
-15
-10
-05
00
Molares Verhaumlltnis
kcal
mol
pro
Inje
ktio
n
∆Gdeg
Stoumlchiometrie
∆Hdeg
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 77
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Titration von Thiamin 75 zu einer Loumlsung der Bisphosphonat-Klammer 24 ergab die in
Abb 257 abgebildet Titrationskurve
Titration von 75 zu 24 ∆Hdeg -2312 plusmn 024 kJmol Ka 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 M-1
n 0774 plusmn 0006 -T∆Sdeg -093 kJmol
Abbildung 257 Ergebnisse der ITC Messung von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Messungen zeigen eine gute Uumlbereinstimmung mit dem aus NMR-Titrationen enthaltenen
Ergebnis Die Stoumlchiometrie erreicht annaumlhernd eine 11 Stoumlchiometrie Die Abweichung ist
zum Teil auf die stark hygroskopische Natur des Bisphosphonates 24 zuruumlckzufuumlhren Die
Bindung ist nahezu ausschlieszliglich enthalpisch getrieben der Beitrag der Entropie ist
vernachlaumlssigbar klein Im Gegensatz dazu konnte in Messungen von NAD+ an die
Bisphosphonat-Klammer 10 ein erheblicher entropischer Anteil beobachtet werden[75] Diese
Ergebnisse deuten auf einen starken Beitrag von π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175]
sowie auf den nicht-klassischen hydrophoben Effekt hin[10]
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 78
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Die Titration von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
ergab die in Abb 258 abgebildete Titrationskurve
Titration von 83 zu 11 ∆Hdeg -2641 plusmn 016 kJmol Ka 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 M-1
n 0735 plusmn 0003 -T∆Sdeg -235 kJmol
Abbildung 258 Ergebnis der ITC-Messung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Auch die Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigen eine gute Uumlbereinstimmung
mit den Ergebnissen aus den NMR-Titrationen Wie bei der Bisphosphonat-Klammer 24 ist
auch hier die Abweichung der Stoumlchiometrie vermutlich auf den hohen hygroskopischen
Charakter des Bisphosphonates zuruumlckzufuumlhren Wie bereits bei der Bisphosphonat-Klammer
24 beobachtet wurde ist auch hier der Beitrag der Entropie zur Bindung klein Entsprechend
werden auch in diesem Fall die π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175] sowie der nicht-
klassische Hydrophobe Effekt[10] die entscheidenden Wechselwirkungen bei der
Komplexierung sein Diese Ergebnisse unterstuumltzen den oben beschriebenen Bindungsmodus
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
3 Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthese der Bisphosphonat-Klammer modifiziert so
dass nicht laumlnger das Tetrabutylammonium-Salz aus der Synthese erhalten wird sondern das
Lithium-Salz Dies hat den Vorteil dass das Endprodukt nicht laumlnger mit geringen Mengen
Kieselgel verunreinigt ist Viel wichtiger ist jedoch die Tatsache dass Lithium als Gegenion
im Gegensatz zu Tetrabutylammonium nicht in der Kavitaumlt der Klammer gebunden wird und
so nicht in Konkurrenz zu den Gaumlsten tritt Parallel dazu gelang es erstmals die Pinzette 11
mit Bisphosphonat-Einheiten herzustellen und dadurch wasserloumlslich zu machen Sowohl die
Bisphosphonat-Klammer 24 als auch die Bisphosphonat-Pinzette 11 werden
syntheseoumlkonomisch modular aus der gleichen Spacer-Einheit 14 aufgebaut
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
Abbildung 31 Die in dieser Arbeit synthetisierten Bisphosphonat-Klammern 10 (Gegenion Tetrabutylammonium) und 24 (Gegenion Lithium links) und Bisphosphonat-Pinzette 11 (rechts)
Im Falle der Bisphosphonat-Klammer wurde die bereits bekannte Bindung von NAD+ 52
naumlher untersucht Die Bindung des NAD+ 52 beruht auf Kation-π- und π-π-Wechselwirkungen
in Kombination mit hydrophoben Effekten und elektrostatischen Wechselwirkungen Da
theoretisch zwei Bindungsmoden bei der Bindung von NAD+ 52 moumlglich sind (Abb 32)
wurden in der Mitte durchtrennte NAD+-Fragmente ebenfalls auf ihre Bindungseigenschaften
hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass sowohl Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54
als auch Adenosinmonophosphat (AMP) 56 an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden
Interessanterweise ist die Bindungskonstante von NMN 54 jedoch etwa sechs mal houmlher als
die des AMP 56 Eine genaue Betrachtung des elektrostatischen Oberflaumlchenpotentials von
NAD+ 52 zeigt dass der Nikotinamid-Ring im Vergleich zum Adenin-Ring wesentlich staumlrker
positiv geladen ist Dies erklaumlrt die unterschiedlichen Bindungskonstanten und deutet an dass
die beiden vorgeschlagenen Strukturen im Gleichgewicht vorliegen welches deutlich auf der
Seite der Inklusion des Nikotinamids liegen muss Die Bindung von NAD+ 52 scheint stark
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
3 Zusammenfassung und Ausblick 80
vom pH-Wert abhaumlngig zu sein Die geringen beobachteten ∆δsat-Werte des Komplexes
kehren zu den gewohnten hohen ∆δsat-Werte zuruumlck wenn der Komplex in Puffer betrachtet
wird Die Bindung scheint somit auch vom Protonierungsgrad der Phosphate abhaumlngig zu
sein Die genaueren Zusammenhaumlnge sollen in der Zukunft untersucht werden[94]
Abbildung 32 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Links befindet sich das Nikotinamid in der Kavitaumlt rechts das Adenin
NMR-Messungen bei tiefen Temperaturen sollten mehr Hinweise in Hinblick auf den
Bindungsmodus geben jedoch werden diese Messungen durch die aumluszligerst geringe Loumlslichkeit
erschwert
In Zukunft soll getestet werden ob die Bisphosphonat-Klammer mit einer Erkennungseinheit
fuumlr Ribosen versehen werden kann um so eine selektivere Bindung von NAD+ 52 zu
erreichen[176] Eine weitere interessante Frage ist die ob das elektrochemische Potential von
NAD+ 52 durch Komplexierung an die Bisphosphonat-Klammer 10 geaumlndert werden kann
Das Potential wird vermutlich durch die Komplexierung abgesenkt werden Daran schlieszligt
sich die naumlchste Frage an naumlmlich ob durch Komplexierung des NAD+ das Gleichgewicht
von enzymatischen Reaktionen verschoben werden kann Die Bindungskonstante fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 in der Bisphosphonat-Klammer ist konkurrenzfaumlhig mit der fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 an bestimmte Alkoholdehydrogenasen Manche Dehydrogenasen
binden NAD+ 52 mit einer Bindungskonstante von etwa 103 M-1 waumlhrend NADH meist viel
staumlrker (ca 105 M-1) gebunden wird[177]
3 Zusammenfassung und Ausblick 81
Schlieszliglich koumlnnte man versuchen aus der Bisphosphonat-Klammer einem nichtkovalent
gebundenen Zinkion einem Alkoholat und eingeschlossenem NAD+ 52 ein kuumlnstliches
proteinfreies Enzym zu schaffen
Weiterhin wurde festgestellt dass die basische Aminosaumlure Arginin nicht an die
Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Histidin ist vermutlich fuumlr eine Protonenuumlbertragung auf
die Phosphonate verantwortlich wird aber ebenfalls nicht in der Kavitaumlt gebunden Diese
Erkenntnis ist aumluszligerst wichtig fuumlr zukuumlnftige biologische Experimente mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 Dies bedeutet dass Experimente mit NAD+-abhaumlngigen Proteinen in Gegenwart
der Klammer durchgefuumlhrt werden koumlnnen da nicht zu befuumlrchten ist dass die
Bisphosphonat-Klammer 10 an eine der Aminosaumluren des Proteins bindet und damit ihre
eigene Kavitaumlt blockiert
Die Einlagerung von N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin (A2E) 58 in der Bisphonat-
Klammer 10 eroumlffnet vielleicht eine Moumlglichkeit zur Therapie der altersbedingten
Makuladegeneration (AMD) Fuumlr diese Krankheit die im Wesentlichen von dem in der Retina
gebildeten Naturstoff A2E 58 verursacht wird gibt es bislang keine effektiven Wirkstoffe
Man kann bis heute lediglich den Krankheitsverlauf bremsen Trotz ihrer hohen Ladung
koumlnnte die Bisphosphonat-Klammer also therapeutische Anwendungen finden Dafuumlr spricht
dass bereits eine Zellgaumlngigkeit von anderen hochgeladenen Verbindungen nachgewiesen
wurde[178] Es konnte auszligerdem bereits gezeigt werden dass sich die Bisphosphonat-Klammer
10 in einfache Modellmembranen einlagert In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit
Epithelzellen wurde gezeigt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 die A2E-induzierte
Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das Potential der
Bisphosphonat-Klammer sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist In Zukunft soll die
Bisphosphonat-Klammer mit Resten modifiziert werden welche die Bindung von A2E 58
verbessern sollen wie zB laumlngere Alkylsubstituenten oder auch Dendrimere am
Phosphoratom die Van-der-Waalswechselwirkungen mit den Ketten des A2Es 58 eingehen
koumlnnen
Da bei der naumlheren Untersuchung des Komplexes von NAD+ 52 mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 interessanterweise festgestellt wurde dass sowohl das Adenosin-Nukleosid als
auch das entsprechende -Nukleotid gebunden werden wurde diese Eigenschaft genauer
uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 alle 2rsquo-Deoxy-
3 Zusammenfassung und Ausblick 82
Nukleoside mit hohen Bindungskonstanten bindet (2000 bis 8000 M-1) Die besten
Bindungskonstanten wurden bei der Bindung von 2rsquo-Deoxythymidin 60 und
2rsquo-Deoxyadenosin 55 beobachtet Im Gegensatz dazu wird lediglich das Nukleotid
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 schwach an die Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden
(etwa 1000 M-1) Somit unterscheidet die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen
Nukleosiden und Nukleotiden Die Ursache liegt wahrscheinlich in der Abstoszligung der negativ
geladenen Phosphate der Nukleotide durch die ebenfalls negativ geladenen Phosphonate der
Klammer Eine interessante Frage die in der Zukunft geklaumlrt werden sollte ist die moumlgliche
Erkennung von AMP 56 in biologischer Umgebung mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Wenn dies moumlglich ist koumlnnte es moumlglich sein die Bisphosphonat-Klammer eventuell als
Adenosin-selektiven DNA-Interkalator zu benutzen[179 180]
Da auch Wirkstoffe auf Nukleosidbasis an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden sollte trotz
der relativ geringen Bindungskonstante fuumlr AZT 68 uumlberpruumlft werden ob die Bisphosphonat-
Klammer 10 als Carrier fuumlr Nukleosid-Wirkstoffe benutzt werden kann
Um das Gastprofil der Bisphosphonat-Klammer 10 zu erweitern wurden Thiazioliumsalze
auf ihre Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass Thiamin 75 und
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 mit hohen Bindungskonstanten an die Bisphosphonat-
Klammer 51 binden Die Bisphosphonat-Klammer 10 ist damit der erste in der Literatur
beschriebene kuumlnstliche Rezeptor fuumlr Thiamin 75 Bei der genaueren Untersuchung des
Bindungsmodus deutet vieles auf einen dynamischen Komplex hin Das Molecular
Modelling-Experiment liefert eine Struktur die das zeitliche Mittel eines dynamischen
Prozesses wiederzuspiegeln scheint (Abb 33) Zusaumltzlich zeigt diese statische Struktur
deutliche Uumlbereinstimmungen mit der natuumlrlichen bdquoV-Konformationldquo im Protein Es scheint
so als wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen
so dass immer einer der beiden Aromate eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingeht Isothermale Titrationskalorimetrie-Experimente haben
gezeigt dass die Komplexierung sehr stark enthalpisch getrieben ist Der entropische Beitrag
ist nahezu vernachlaumlssigbar klein Dies koumlnnte auf einen Beitrag von nichtklassischen
hydrophoben Effekten hinweisen
Da TPP 76 im Protein sehr stark (ca 106 M-1) gebunden wird kann die Bisphosphonat-
Klammer 10 hier nicht zur Beeinflussung des enzymatischen Gleichgeweichts genutzt
werden[128] Allerdings koumlnnte im Modellexperiment versucht werden mit Hilfe der
Bisphosphonat-Klammer 10 TPP-vermittelte enzymatischen Reaktionen wie zB
3 Zusammenfassung und Ausblick 83
Umpolungsreaktionen ohne Enzym durchzufuumlhren[181] Die von der Klammer geaumlnderte
Mikroumgebung und das in der Kavitaumlt gebundenen TPP 76 sollten dies ermoumlglichen[182]
Abbildung 33 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte)
Mit der Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11 gelang es erstmals diese in wasserloumlslicher
Form herzustellen (Abb 31) Nur schlanke para-substituierte N-alkylierte Pyridiniumsalze
werden sehr stark in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Wird allerdings das
Substitutionsmuster geaumlndert so wird der Gast sterisch zu anspruchsvoll fuumlr die Kavitaumlt und
die Bindungskonstante wird deutlich kleiner Dies zeigt sich auch bei der Untersuchung von
einfachen Ammoniumsalzen mit unterschiedlichem Substitutionsmuster
Von besonderem Interesse ist das Bindungsverhalten der basischen Aminosaumluren Arginin und
Lysin Sowohl Tosylargininmethylester 84 als auch Acetyllysinmethylester 83 werden mit
hohen Bindungskonstanten in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Das gilt auch noch
fuumlr die gepufferte Loumlsung Eine Untersuchung des Bindungsmodus zeigt dass Wirt und Gast
dabei eine Pseudorotaxan-aumlhnliche Struktur bilden (Abb 34) Dabei fungieren die
Schutzgruppen sowie das Ammoniumkation jeweils als Stopper und tragen so erheblich zur
houmlheren Bindungskonstante bei Eine mikrokalorimetrische Untersuchung zeigte dass genau
wie bei der Bisphosphonat-Klammer 10 der Beitrag der Entropie im Vergleich zum Beitrag
der Enthalpie zur Bindung sehr gering ist Dies spricht ebenfalls fuumlr starke elektrostatische
und dispersive Wechselwirkungen evtl unterstuumltzt vom nichtklassischen hydrophoben
Effekt Die Effektivitaumlt der Bisphosphonat-Pinzette 11 konnte durch Bindungsexperimente
mit verschiedenen Modellpeptiden gezeigt werden Fuumlr alle Modellpeptide wurde eine starke
Bindung in gepufferter waumlssriger Loumlsung gefunden Dabei konnte auch gezeigt werden dass
andere Aminosaumluren als basische nicht von der Bisphosphonat-Pinzette 11 komplexiert
3 Zusammenfassung und Ausblick 84
werden Durch Zugabe von DMSO oder Acetonitril kann die Bindung von Lysin zB wieder
ruumlckgaumlngig gemacht werden Bei der Untersuchung der Modellpeptide gab es auszligerdem
Hinweise auf eine Sequenzspezifizitaumlt in Hinblick auf den Abstand von mehreren Lysin-
Resten Peptide mit zwei Lysin-Resten direkt nebeneinander scheinen sich anders zu
verhalten als Peptide mit zwei Lysin-Resten die durch mehrere Aminosaumluren voneinander
getrennt sind
Abbildung 34 Ergebnis der Monte Carlo-Simulationen des Komplexes von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen)
In Zukunft soll die Bisphosphonat-Pinzette mit einer Erkennungseinheit fuumlr Aspartat versehen
werden um so einen selektiven Rezeptor fuumlr die wichtige Peptidsequenz RGD 86 zu schaffen
Ebenso sollen andere wichtige Modell- und Signalpeptide mit hoher Selektivitaumlt angesteuert
werden so dass neuartige Sensoren oder Wirkstoffe entstehen
4 Experimenteller Teil 85
4 Experimenteller Teil 41 Material und Methoden
Chemikalien
Die eingesetzten Chemikalien wurden bei den Firmen Acros Organics (Geel Belgien)
Aldrich Chemical Co (Taufkirchen) Bachem (Bubendorf Schweiz) Fluka (Taufkirchen)
und Sigma (Taufkirchen) bezogen und falls nicht anders angegeben in der erhaltenen Qualitaumlt
eingesetzt
Loumlsungsmittel
Die verwendeten Loumlsungsmittel wurden vor Gebrauch destilliert und bei Bedarf nach
Standardmethoden absolutiert[183 184] Das benutzte Wasser war entionisiert und wurde im
Bedarfsfall nochmals uumlber eine ELGA Purelab UHQ Anlage entionisiert
Chromatographie
Fuumlr duumlnnschichtchromatographische Analysen kamen mit Kieselgel 60 beschichtete
Aluminiumplatten der Firma Merck (Darmstadt) zum Einsatz
Die Detektion erfolgte mit UV-Licht der Wellenlaumlngen 254 und 366 nm und durch Anfaumlrben
mit dem CAM- und Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz und anschlieszligender Entwicklung im
Heiszligluftstrom
CAM-Reagenz 2 g Cersulfat 50 g Ammoniummolybdat und 50 mL konz Schwefelsaumlure in
400 mL Wasser geloumlst
Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz 10-ige Molybdatophosphorsaumlure-Loumlsung in Ethanol
Die praumlparative Saumlulenchromatographie wurde wenn nicht anders angegeben an Kieselgel 60
der Firma Merck (Darmstadt) durchgefuumlhrt Die Laufmittelgemische und die RF-Werte der
betreffenden Substanzen sind angegeben[185]
NMR-Spektroskopie
Die NMR-Spektren wurden mit folgenden Geraumlten gemessen
Bruker Advance AC-200 (1H und 13C)
Bruker Advance ARX-200 (1H 13C und 31P)
4 Experimenteller Teil 86
Bruker Advance AMX-300 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-400 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-500 (1H und 13C)
Die chemischen Verschiebungen δ beziehen sich in den 1H-Spektren auf das
Restprotonensignal des verwendeten deuterierten Loumlsungsmittels und in den 13C-Spektren auf
das 13C-Signal des Loumlsungsmittels[186 187] Die chemischen Verschiebungen δ sind in parts per
million (ppm) angegeben Die verwendeten Loumlsungsmittel sind bei den jeweiligen Spektren
vermerkt
Die Kopplungskonstanten J sind in Hertz (Hz) angegeben Die Signalmultiplizitaumlten werden
wie folgt abgekuumlrzt s = Singulett d = Dublett dd = Dublett vom Dublett ddd = Dublett vom
Dublett vom Dublett m = Multiplett t = Triplett dt = Dublett vom Triplett q = Quartett br =
breit Zusaumltzlich ist die integrierte Protonenzahl angegeben Die Zuordnung der Signale wird
durch einen kurzen Formelabschnitt gezeigt Alle 13C-NMR-Spektren wurden Breitband-
entkoppelt gemessen
NOESY-Experimente
Eine aumlquimolare Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel wird im Ultraschallbad entgast und anschlieszligend vermessen
Variable Temperatur Experimente
Von einer aumlquimolaren Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel (D2O) wird im Temperaturbereich von 5 degC bis 95 degC in 10 degC Schritten ein 1H-NMR Spektrum aufgenommen Die temperaturabhaumlngige Aumlnderung der chemische
Verschiebung wird anschlieszligend beobachtet wobei aliphatische Protonen die keine
temperaturabhaumlngige Verschiebung zeigen als Referenz dienen
UVVis-Spektroskopie
UVVis-Spektren wurden mit einem Hitachi U-3410 bei 25 degC gemessen
Massenspekroskopie
Die Massenspektren (inkl Hochaufloumlsung) wurden auf einem Finnegan MAT 711 (EI) auf
einem Finnegan MAT95 S (ESI) oder auf einem Applied Biosystems SldquoQstar Pulsar irdquo (ESI)
gemessen Die Messmethode wird in Klammern angegeben Angegeben sind jeweils die
4 Experimenteller Teil 87
mz-Werte der wichtigsten Signale Als Daten sind zusaumltzlich die Summenformel die
berechnete Masse und die gemessene Masse angegeben
Schmelzpunkte
Die Schmelzpunkte wurden mit einer KOFLER-Schmelzpunktmessapparatur Thermoplan der
Firma Reichert gemessen und sind unkorrigiert
Filmwaage-Experimente
Filmwaage-Experimente wurden mit einer Filmwaage NIMA 601BAM durchgefuumlhrt Die
Messung des Oberflaumlchendrucks π als Funktion der Flaumlche A erfolgte mittels eines
WILHELMY-Plaumlttchens[107 188]
Die Messungen wurden bei 25 degC uumlber reinem Wasser (R gt 18 MΩ) oder waumlssrigen
Gastloumlsungen (c = 100 microM) durchgefuumlhrt wobei die Subphase vor jeder Messung auf
fehlende Oberflaumlchenaktivitaumlt uumlberpruumlft wurde Stearinsaumluremonoschichten wurden durch
Aufspreizen von 50 microL einer 35 mM Stearinsaumlure-Loumlsung in Chloroform auf die jeweilige
Subphase erhalten Durch zeitabhaumlngige Messungen der Druck-Flaumlche Diagramme
(Schrankengeschwindigkeit 50 cmsup2min) wurde zunaumlchst der Einfluss der geloumlsten Gaumlste auf
die Stearinsaumluremonoschicht beobachtet Der Rezeptor wurde dann als 35 mM Loumlsung in
Methanol Chloroform = 11 vv bei einem Oberflaumlchendruck von 15 mNm vorsichtig auf
die Oberflaumlche getropft Zeitabhaumlngige π-A-Isothermenzyklen wurden aufgenommen bis
keine Aumlnderung der Effekte mehr beobachtet werden konnten
Molecular Modelling
Kraftfeldrechnungen wurden mit dem Programm MacroModel 71 der Firma Schroedinger
durchgefuumlhrt Verwendet wurden die Kraftfelder Amber und OPLS-AA sowie das
GBSA-Solvatationsmodell fuumlr Wasser[189 190] ndash die verwendeten Kraftfelder sind an der
entsprechenden Struktur vermerkt
Komplex-Strukturen wurden zuerst minimiert und anschlieszligend wurde in einer Monte-Carlo
Simulation die Struktur mit der guumlnstigsten Energie ermittelt Monte-Carlo Simulationen
wurden mit mindestens 3000 Schritte berechnet (Die Anzahl der Schritte ist an der
entsprechenden Struktur vermerkt)
Molekuumlldynamik-Rechnungen wurden anschlieszligend mit der aus der Monte-Carlo Simulation
erhaltenen guumlnstigsten Struktur und dem gleichen Kraftfeld durchgefuumlhrt Die Rechnungen
wurden bei 300 K uumlber einem Zeitraum von 10 ps (wobei jede Picosekunde eine Struktur
4 Experimenteller Teil 88
gespeichert wurde) oder 100 ps (wobei alle 10 ps eine Struktur gespeichert wurde)
durchgefuumlhrt Alle erhaltenen Strukturen wurden uumlbereinander abgebildet wobei die
Wasserstoffatome aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen wurden
Kraftfeldrechnungen mit einer Wasserbox wurden mit dem Programm Sybyl 67 der Firma
Tripos durchgefuumlhrt Berechnungen wurden mit den aus Monte Carlo Simulationen erhaltenen
energieguumlnstigsten Strukturen durchgefuumlhrt Dazu wurden sie aus Marcromodel 72 als PDB-
oder Mol2-Datei exportiert In Sybyl 67 eingeladene Strukturen wurden mit GASTEIGER-
MARSILLI Teilladungen[191] versehen und anschlieszligend wurde eine Wasserbox
(0 Loumlsungsmittelschichten Tripos Radien) berechnet Danach wurde die Struktur so lange mit
dem Tripos Kraftfeld[191] minimiert bis ein Energieminimum gefunden wurde (etwa 10000
Schritte)
Zur grafischen Darstellung der Strukturen wurde das Programm Pymol 097 von DeLano
Scientific LLC verwendet[192]
42 Synthesen 421 Synthese des Spacers 14
Synthese von (1α4α4aβ8aβ)-Tetrahydro-14-methanonaphthalin-58-dion 17
(modifizierte Vorschrift)
O
O1
2
34
65
78
9
4a
8a
Zu einer geruumlhrten auf 0 degC gehaltenen Suspension aus 30 g (028 mol aus Methanol
umkristallisiert) p-Benzochinon 16 in 175 mL Methanol werden mittels eines kuumlhlbaren
Tropftrichters 183 g (028 mol) auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes Cyclopentadien 15
getropft Nach Beendung der Zugabe wird die Reaktionsmischung im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Die Reaktionsmischung wird unter vermindertem Druck auf etwa
40 mL eingeengt Das Produkt kristallisiert dabei in Form gelbgruumlner Nadeln aus
Ausbeute 386 g (022 mol 80 ) gelbgruumlne Nadeln
4 Experimenteller Teil 89
1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 142 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 1 H 9-Hi) 154 (dd 2J(9-Ha 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 321 (d br 3J(1-H 9-Ha) =
17 Hz 2 H 1-H 4-H) 354 (s 2 H 4a-H 8a-H) 606 (s br 2 H 2-H 3-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
Synthese von 14-Dihydro-14-methanonaphthalin-58-dion 18[48 74]
O
O1
2
34
6
79
5
8
Zu einer Loumlsung von 100 g (057 mol) 17 in 600 mL Methanol werden 1 mL Triethylamin
gegeben Dabei wird darauf geachtet dass die Temperatur 25 degC nicht uumlberschreitet Nach
16 h Ruumlhren wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand
mit 200 mL Aceton aufgenommen Das Loumlsungsmittel wird erneut unter vermindertem Druck
entfernt und das Produkt anschlieszligend in 15 L Chloroform geloumlst und nach Zugabe von 63 g
(058) aus Methanol umkristallisiertem p-Benzochinon 16 5 h bei 50 degC geruumlhrt Nach dem
Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung uumlber eine G3-Glasfritte filtriert
Anschlieszligend wird das Filtrat mit 800 mL einer 1-igen waumlssrigen NaOH-Loumlsung und
dreimal mit je 200 mL Wasser gewaschen Nach dem Trocknen uumlber Natriumsulfat wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der erhaltene Ruumlckstand wird
anschlieszligend mit Cyclohexan als Elutionsmittel uumlber ca 30 g Kieselgel filtriert Das Einengen
der orangene Fraktion unter vermindertem Druck ergibt das Produkt als orangen Feststoff
Ausbeute 813 g (047 mol 83 ) orangener Feststoff
RF-Wert 006 in Cyclohexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 226 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 71 Hz 1 H 9-Ha) 232 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 71 Hz 1 H 9-Hi) 409 (t 3J(1-H 2-H) = 2 Hz 2 H 1-H 4-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H) 685 (t 3J(2-H 1-H) = 2 Hz 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 90
Synthese von syn-(1α4α4aβ5α8α9aβ)-144a589a-Hexahydro-1458-
dimethanoanthracen-910-dion 18a[48 74]
O
O1
2
34 5
6
789 8a
10 10a
11 12
Zu einer auf -78 degC gekuumlhlten Loumlsung von 30 g (019 mol) 18 in 200 mL Toluol werden
mittels eines kuumlhlbaren Tropftrichters 15 g auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes
Cyclopentadien 15 zugetropft Die Reaktionsmischung wird im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf 50degC erwaumlrmt und
das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt bis eine Truumlbung erkennbar ist Dann
wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h
auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert getrocknet und
mittels NMR auf das synanti-Verhaumlltnis uumlberpruumlft Der Niederschlag wird anschlieszligend in
Toluol aufgeloumlst und auf 50degC erhitzt Dann wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die
Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Dieser
Vorgang wird so oft wiederholt bis das Verhaumlltnis von synanti besser ist als 201
Ausbeute 162 g (0672 mol 40 ) gelber Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 140 (d br 2J(12-Hi 12-Ha) = 88 Hz 1 H 12-Hi) 148
(d br 2J(12-Ha 12-Hi) = 85 Hz 1 H 12-Ha) 213 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 73 Hz 1 H 11-
Ha) 221 (dt 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 3J(11-Hi 1-H) = 12 Hz 1 H 11-Hi) 323 (dd 3J(8a-
H 8-H) = 24 Hz 2J(8a-H 7-H) = 15 Hz 2 H 8a-H 10a-H) 346 (dd 3J(5-H 6-H) = 20 Hz 3J(5-H 10a-H) = 17 Hz 2 H 5-H 8-H) 396 (ddd 3J(1-H 2-H) = 39 Hz 3J(1-H 11-Ha) =
31 Hz 3J(1-H 11-Hi) = 31 Hz 2 H 1-H 4-H) 577-578 (m 2 H 6-H 7-H) 676-677 (m
2 H 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 91
Synthese von syn-910-Diacetoxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 14[46 47]
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Unter Argon werden 952 g (40 mmol) 19a und 056 g (4 mmol) 4-Dimethylaminopyridin
(DMAP) in 44 mL wasserfreiem Pyridin geloumlst Bei 0 degC werden unter Ruumlhren 24 mL (frisch
destilliertes) Essigsaumlureanhydrid zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und danach 16 h bei 50 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung auf 200 mL einer EisWasser-Mischung
gegeben Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert und viermal mit 25 mL Wasser
gewaschen Danach wird der Feststoff in moumlglichst wenig Chloroform aufgenommen und
uumlber Kieselgel mit Chloroform als Elutionsmittel filtriert Der nach dem Entfernen des
Loumlsungsmittels erhaltene gelbe Feststoff wird aus Ethanol Chloroform = 41 vv
umkristallisiert
Ausbeute 124 g (384 mmol 96 ) farblose Kristalle
RF-Wert 010 in Chloroform 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 71 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha)
226 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 71 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 234 (s 6 H 15-H 16-H) 381 (d 3J(1-H 2-H) = 15 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 675 (d 3J(2-H 1-H) = 15 Hz 4 H 2-H
3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
4 Experimenteller Teil 92
422 Synthese der Modellverbindung
Synthese von syn-910-Dihydroxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 25 (neue Vorschrift)
OH
OH
12
34
4a5 1010a6
78
8a 9 9a
11 12
Zu einer Suspension von 200 mg (54 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 30 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Loumlsung aus 200 mg (061 mmol) 14 in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran zugetropft Danach wird 5 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf 0
degC wird mit 30 mL gesaumlttigter waumlssriger Ammoniumchlorid-Loumlsung hydrolysiert Die
Reaktionsmischung wird mit 2 M waumlssriger Salzsaumlure-Loumlsung auf pH 1 eingestellt und
danach dreimal mit je 100 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen Phasen
werden dreimal mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 143 mg (060 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz DMSO-d6) δ = 196 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 63 Hz 2 H 11-Hi
12-Hi) 203 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 63 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 398 (s br 4 H H-1 H-4
H-5 H-6) 669 (s br 4 H H-2 H-3 H-6 H-7)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 93
Synthese von 1458-Tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonsaumlureester 26[65 75]
O
O
P
P
O
HO
OH
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Zu einer Loumlsung von 100 mg (420 micromol) 25 und 150 mg (113 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 175 microL
(126 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren wird der entstandene Niederschlag
mittels einer Umkehrfritte abfiltriert und mit 3 mL absolutem Tetrahydrofuran gewaschen
Zum Filtrat werden 3 mL 25-ige waumlssrige Salzsaumlure zugesetzt und nach 15 min Ruumlhren
werden 15 mL n-Hexan zugegeben Nach 16 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird der
entstandene Feststoff abfiltriert mit 3 mL 25-iger waumlssriger Salzsaumlure gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 110 mg (212 micromol 50 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) 155 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H) 218
(d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 411 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 680 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 94
Synthese von Bistetrabutylammonium-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-
910-bismethylphosphonat $$026[65 75]
+N4
2
O
O
P
P
O
-O
O-
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
17
18
Zu einer Suspension aus 50 mg (127 micromol) 26 in 10 mL Dichlormethan werden 253 microL (253
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung gegeben Anschlieszligend
wird die Reaktionsmischung 2 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel
unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 111 mg (127 mmol quantitativ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 092 (t 3J(18-H 17-H) = 73 Hz 24 H 18-H) 128-137 (m
16 H 17-H) 134 (d 2J(13-H P) = 159 Hz 6 H 13-H 14-H) 155-170 (m 16 H 16-H)
213 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 220 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) =
73 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 313-320 (m 16 H 15-H) 408 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H)
682 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 95
Synthese von 910-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-(1α4α5α8α)-1458-
tetrahydro-1458-dimethanoanthracen 27
O
O
P
P
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Zu einer Loumlsung aus 200 mg (085 mmol) 25 und 297 mg (227 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 15 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 350 microL
(250 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach 1 h ruumlhren bei 0 degC und anschlieszligend
eine weitere Stunde bei Raumtemperatur werden 10 mL absolutem Methanol zugegeben und
weitere 16 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter
vermindertem Druck entfernt und der erhaltene Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit
Chloroform Aceton = 21 vv gereinigt
Ausbeute 234 mg (056 mmol 65 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 025 in Chloroform Aceton = 21 vv
Schmelzpunkt 139 degC 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 168 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H)
219 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 225 (d 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 375 (d 3J(15-H P) = 113 Hz 6 H 15-H 16-H) 411 (d br 3J(1-H 2-H)
= 17 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 683 (d br 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 4 H 2-H 3-H 6-H
7-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2933 (s) 13C-NMR (503 MHz CDCl3) δ = 108 (d 1J(C P) = 1443 Hz C-13 C-14) 481 (d C-1
C-4 C-5 C-8) 527 (d 2J(C P) = 54 Hz C-15 C-16) 700 (s C-11 C-12) 1362 (d C-4a
C-8a C-9a C-10a) 1423-1428 (m C-2 C-3 C-6 C-7 C-9 C-10)
MS (ESI MeOH) mz 423 [M + H+]+ 445 [M + Na+]+
HR-MS ber fuumlr C20H24O6NaP2 4450946 gef 4450940
4 Experimenteller Teil 96
CHN ber fuumlr C20H24Li2O6P2frac12H2O [] C 5569 H 584 gef [] C 5515 H 555 Der
Wassergehalt kann variieren
Synthese von Bis(lithium)-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonat 28
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Eine Loumlsung aus 500 mg (118 mmol) 27 und 205 mg (236 mmol) trockenem
Lithiumbromid in 10 mL absolutem Acetonitril wird 16 h bei 85 degC geruumlhrt Der entstandene
Niederschlag wird abzentrifugiert dreimal mit 3 mL absolutem Acetonitril gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 mg (086 mmol 73) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (500 MHz Methanol-d4) δ = 127 (d 2J(13-H P) = 165 Hz 6 H 13-H 14-H)
215 (s br 4 H 11-H 12-H) 416 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 678 (s br 4 H 2-H 3-H
6-H 7-H) 31P-NMR (810 MHz Methanol-d4) δ = 253 (s) 13C-NMR (1258 MHz Methanol-d4) δ = 133 (d 1J(C P) = 1383 Hz C-13 C-14)
706 Hz (s C-11 C-12) 1396 (d 2J(C P) = 61 Hz C-9 C-10) 1433 (s C-4a C-8a C-9a
C-10a) 1441 (s C-2 C-3 C-6 C-7)
MS (ESI MeOH) mz 196 [M ndash 2Li+]2- 393 [M ndash 2Li+ + H+]- 399 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C18H18O6LiP2 3990733 gef 3990709
CHN ber fuumlr C18H18Li2O6P22H2O [] C 4889 H 501 gef [] C 4910 H 500
4 Experimenteller Teil 97
423 Synthese der Hydroxyklammer 21
Synthese von 716-Diacetoxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen 12[48 74]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
O
O
21
22
23
24
Eine Mischung aus 20 g (62 mmol) 14 200 g (478 mmol) αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-xylol
20 460 g (326 mmol) wasserfreiem Natriumiodid und 100 g (100 mmol) wasserfreiem
Calciumcarbonat in 150 mL wasserfreiem NN-Dimethylformamid (DMF) wird 30 min unter
Argon bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 5 h bei 55 degC
und 100 mbar (Membranpumpe mit vorgeschalteter KOH-Saumlule) geruumlhrt Danach wird die
noch warme Reaktionsmischung auf 600 g Eis gegossen Zum entstandenen Gemisch wird
gesaumlttigte waumlssrige NaHSO3-Loumlsung gegeben bis die Farbe von braunrot nach gelb umschlaumlgt
Nach Zugabe von 300 mL Wasser und 400 mL Dichlormethan wird das Gemisch kraumlftig
durchmischt und anschlieszligend filtriert Danach wird die waumlssrige Phase dreimal mit je
200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit 200 mL
gesaumlttigter waumlssriger NaHCO3-Loumlsung und viermal mit je 400 mL Wasser gewaschen und
anschlieszligend uumlber Natriumsulfat getrocknet Nach dem Entfernen des Loumlsungsmittels unter
vermindertem Druck wird der verbleibende Feststoff chromatographisch uumlber Kieselgel
gereinigt (Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv)
Ausbeute 22 g (42 mmol 68 ) hellbrauner Feststoff
RF-Wert 027 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 242 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
248 (s 6 H 23-H 24-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 429
(s br 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 723-727 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 752 (s 4 H
5-H 9-H 14-H 18-H) 756-759 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
4 Experimenteller Teil 98
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
Synthese von 716-Dihydroxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacen 21[48 74]
OH
OH
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
Zu einer entgasten Suspension von 200 mg (038 mmol) 12 und 50 microL Phenylhydrazin in 15
mL Ethanol wird unter Argon 500 microL einer 15igen waumlssrigen entgasten Natriumhydroxid-
Loumlsung gegeben Nach 1 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird 10 mL einer 15igen
waumlssrigen HCl-Loumlsung zugegeben Nach Zugabe von 50 mL Eiswasser wird der entstandene
Feststoff abfiltriert mit 10 mL Wasser gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 160 mg (037 mmol 97 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 251 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
256 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 446 (s br 4 H 6-H 8-H 15-H
17-H) 723-729 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 753 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 754-
758 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 99
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10
Synthese von 681517-Tetrahydro-617815-dimethanoheptacen-716-
bismethylphosphonsaumlureester 22[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
HO
O
OH
21
22
Zu einer Loumlsung aus 100 mg (228 micromol) 21 und 80 mg (600 micromol)
Dichlormethylphosphonsaumlure in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 80 microL
(058 micromol) Triethylamin zugetropft Anschlieszligend wird zuerst 1 h bei 0 degC und dann eine
weitere Stunde bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach werden 3 mL 25-ige waumlssrige HCl-
Loumlsung zugegeben Nach 20 min ruumlhren werden 5 mL n-Hexan zugegeben und weitere 16 h
geruumlhrt Die organische Phase wird mit 3 mL 25-iger waumlssriger HCl-Loumlsung gewaschen
und ohne vorheriges Trocknen unter vermindertem Druck bis zum Trockenen eingeengt Das
Rohprodukt wird anschlieszligend saumlulenchromatographisch uumlber Florisil (60-100 mesh) mit
Dichlormethan Methanol = 31 rarr 21 vv gereinigt
Ausbeute 90 mg (150 micromol 66 ) leicht braumlunlicher Feststoff (mit Kieselgel verunreinigt)
RF-Wert 002 in Dichlormethan Methanol = 21 vv 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 148 (d 2J(21-H P) = 166 Hz 6 H 21-H 22-H) 237 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 80 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 263 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 80 Hz 2 H
19-Ha 20-Ha) 465 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 693-697 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H)
721-724 (m 4 H 1-H 4-H 11-H 12-H) 742 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 100
Synthese von Bistetrabutylammonium-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen-716-bismethylphosphonat 10[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
-O
O
O-
21
22
+N4
2
23
24
2526
Eine Suspension aus 518 mg (871 micromol) 22 in 10 mL Dichlormethan werden 135 microL (135
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt Nach 2 h
Ruumlhren bei Raumtemperatur wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und
der Ruumlckstand in Methanol aufgenommen Die Loumlsung wird uumlber einen Membranfilter
(Porengroumlszlige 02 microm) filtriert und unter vermindertem Druck wieder eingeengt Nach
Uumlberpruumlfung der Stoumlchiometrie mittels der Signalintensitaumlten im 1H-NMR wird ndash falls das
Verhaumlltnis Phosphonat Tetrabutylammonium nicht 11 ist ndash entweder mehr 22 oder
Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt und anschlieszligend wieder membranfiltriert
Ausbeute 59 mg (673 micromol quantitativ bezogen auf Tetrabutylammoniumhydroxid)
hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 081 (t 3J(26-H 25-H) = 66 Hz 24 H 26-H) 105-125 (m
32 H 24-H 25-H) 152 (d 2J(21-H P) = 163 Hz 6 H 21-H 22-H) 241 (d br 2J(19-Hi
19-Ha) = 89 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 255-270 (s br 16 H 23-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi)
= 89 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 469 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 726-730 (m 4 H 2-H
3-H 11-H 12-H) 763-766 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 765 (s 4 H 5-H 9-H 14-H
18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 101
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24
Synthese von 716-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-681517-tetrahydro-
617815-dimethanoheptacen 23
O
O
P
P
O
O
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
23
24
Zu einer Loumlsung aus 330 mg (075 mmol) 21 und 264 mg (198 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 33 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 264 microL
(191 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach einigen Sekunden faumlllt ein Niederschlag
aus Die Suspension wird 1 h bei 0 degC und 1 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend
werden 15 mL absolutes Methanol zugegeben und die Loumlsung wird 16 h bei Raumtemperatur
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der
Ruumlckstand saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit Chloroform Aceton = 101 vv als
Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 260 mg (041 mmol 55 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 041 in Chloroform Aceton = 31 vv
Schmelzpunkt 110 degC 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 165 (d 2J(P-CH3) = 173 Hz 6 H P-CH3) 247 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 260-270 (m 2 H 19-Ha 20-Ha) 355 356
(2 d 3J(P-OCH3) = 1123 Hz 6 H P-OCH3) 466 470 (2 s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H)
720-735 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 759 (dd 3J(H-2 H-1) = 95 Hz 4J(H-2 H-4) =
24 Hz 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 762 766 (2 s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
(diastereomere) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2948 (s) 13C-NMR (7547 MHz CDCl3) δ = 113 (d 1J(C P) = 1441 Hz C-21 C-22) 485 (s C-6
C-8 C-15 C17) 531 (d 2J(PC) = 68 Hz) 652 (s C-19 C-20) 1206 (d C-aromatisch)
4 Experimenteller Teil 102
1255 (s C-aromatisch) 1277 1278 (2 d C-aromatisch) 1322 1415 1463 (3 s
C-aromatisch)
MS (ESI MeOH) mz 623 [M + H+]+ 645 [M + Na+]+ 661 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C36H32O6P2 6221674 gef 6221590
Synthese von Bis(lithium)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacenyl-716-
bismethylphosphonat 24
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
Eine Loumlsung aus 20 mg (32 micromol) 23 und 61 mg (71 micromol) wasserfreiem Lithiumbromid in 3
mL 2-Hexanon wird 16 h bei 120 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird der
entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL wasserfreiem Acetonitril
gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 16 mg (26 micromol 81 ) hellbrauner Feststoff
Schmelzpunkt gt 230 degC 1H-NMR (300 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 2J(P-CH3) = 163 Hz 6 H P-CH3) 236 (d 2J(19-Hi 19-Ha) = 76 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 264 (d 2J(19-Ha 19-Hi) = 79 Hz 2 H 19-Ha
20-Ha) 479 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 719 (dd 3J(H-1 H-2) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) =
27 Hz 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 755 (dd 3J(H-2 H-1) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) = 30 Hz
4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 761 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 31P-NMR (81 MHz MeOH-d4) δ = 2604 (s)
13C-NMR (7547 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 1J(PC) = 1379 Hz C-21 C-22) 657 (s
C-19 C-20) 1208 (s C-aromatisch) 1259 (s C-2 C-3 C-11 C-12) 1286 (s
C-aromatisch) 1335 (2 s C-aromatisch) 1421 (s C-aromatisch) 1488 (s C-aromatisch)
C-6 C-8 C-15 C17 erwartet unter dem MeOH-d4-Signal
4 Experimenteller Teil 103
UVVis (H2O) λ = 2186 nm (log ε = 993) MS (ESI MeOH) mz 296 [M ndash 2Li+]2- 593 [M ndash 2Li+ + H+]- 599 [M ndash Li+]- 615 [M ndash
2Li+ + Na+]-
HR-MS ber fuumlr C34H26O6LiP2 5991359 gef 5991330
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29
Synthese von 14-Dimethano-1234-tetrahydronaphthalin-23-dicarbonsaumlureanhydrid
32 (modifizierte Vorschrift)
O
O
O
12
345
6
78
9
Eine Loumlsung von 80 g (069 mol) Inden 31 (techn) 69 g (070 mol) Maleinsaumlureanhydrid 30
und 10 g 14-Hydrochinon in 100 mL 1234-Tetrahydronaphthalin wird unter Argon 35 h
mit einem auf 200 degC vorgeheiztem Oumllbad zum Sieden erhitzt Nach Abkuumlhlen auf 80-90 degC
wird die Reaktionsmischung unter kraumlftigem Ruumlhren in 500 mL 60 degC warmes Toluol
gegossen Der entstandene Niederschlag wird warm abdekantiert und bei Bedarf warm
abfiltriert Die Loumlsung wird 16 h bei -18 degC ruhen gelassen und der entstandenen Feststoff
abfiltriert Falls notwendig wird das Produkt aus Ethylacetat Ether umkristallisiert
Ausbeute 30 g (014 mol 20 ) farblose Kristalle
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 214 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 95 Hz 1 H 9-Ha) 378 (s br 2 H 2-H 3-H) 391 (s 2 H 1-H 4-H) 719-730 (m
4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 104
Synthese von 5-endo6-endo-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 33[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension von 30 g (014 mol) 32 in 400 mL absolutem Methanol werden bei 0 degC
2 mL Acetylchlorid zugegeben Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 20 h bei 40 degC
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und das Produkt
im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 g (013 mol 93 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 174 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 89 Hz 1 H 9-Hi) 188 (dd 2J(9-Ha 9-Hi) = 89 Hz) 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 347 (s 6 H 10-H 11-H) 348
(d 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 2 H 2-H 3-H) 363 (s br 2 H 2-H 3-H) 710-714 (m 2 H 6-H
7-H) 724-728 (m 2 H 5-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-56-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 34[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 35 g (013 mol) 33 in 500 mL absolutem Methanol werden 15 g
(028 mol) Natriummethylat gegeben und anschlieszligend 5 h unter Ruumlckfluss erhitzt Danach
wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck eingeengt Der Ruumlckstand wird mit
500 mL Diethylether aufgenommen und zweimal mit je 150 mL 2 M HCl-Loumlsung zweimal
4 Experimenteller Teil 105
mit je 150 mL gesaumlttigter NaHCO3-Loumlsung und einmal mit 150 mL gesaumlttigter NaCl-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen mit Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 345 g (013 mol quantitativ) brauner Feststoff
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 184 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 196 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 93 Hz 1 H 9-Ha) 285-286 (m 1 H 2-H) 353 (s 3 H 11-H) 361-365 (m 2 H
1-H 2-H) 370 (s br 1 H 4-H) 375 (s 3 H 10-H) 705-714 (m 3 H 5-H 6-H 7-H)
724-726 (m 1 H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(hydroxymethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin
35[73]
OHOH
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension aus 12 g (315 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 800 mL absolutem
Tetrahydrofuran werden bei 0 degC unter Absolutbedingungen 34 g (130 mmol) 34 in 200 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 16 h unter
Ruumlckfluss geruumlhrt Danach werden bei 0 degC 60 mL gesaumlttigte waumlssrige Magnesiumsulfat-
Loumlsung zugetropft Der entstandene Niederschlag wird anschlieszligend abfiltriert und dreimal
mit je 300 mL Diethylether fuumlr 30 min unter Ruumlhren zum Sieden erhitzt Die vereinten
etherischen Phasen werden uumlber Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck
eingeengt
Ausbeute 25 g (122 mmol 94 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 134-142 (m 1 H 3-H) 181 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) =
96 Hz 1 H 9-Hi) 184 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 96 Hz 1 H 9-Ha) 212-220 (m 3 H 2-H
11-H) 268 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H 2-H) = 93 Hz 1 H 10-H) 311 (s 1 H
OH) 331 (s 1 H -OH) 345-351 (m 1 H 4-H) 356 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H
2-H) = 99 Hz 1 H 10-H) 386-391 (m 1 H 1-H) 705-716 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
4 Experimenteller Teil 106
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(chlormethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 36[78]
ClCl
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung von 265 g (390 mmol) Imidazol in 75 mL Acetonitril und 75 mL Pyridin
wird bei 0degC eine Loumlsung aus 610 g (189 mmol) Triphenylphosphindichlorid in 150 mL
Dichlormethan zugetropft Nach 20 min ruumlhren werden bei Raumtemperatur 10 g (49 mmol)
35 zugegeben und anschlieszligend 5 h bei 55degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur
werden 200 mL eines 11 vv Gemisches aus halbkonzentrierter Salzsaumlure und Eis zugegeben
Nach Zugabe von 200 mL Dichlormethan wird die organische Phase abgetrennt und die
waumlssrige Phase dreimal mit je 200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 200 mL 2 M waumlssriger Salzsaumlure Wasser und gesaumlttigter waumlssriger
NaHCO3-Loumlsung gewaschen und uumlber Natriumsulfat getrocknet Danach wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der Ruumlckstand wird in 50 mL Diethylether
suspendiert und 5 min im Ultraschallbad behandelt Danach wird der Niederschlag abfiltriert
und noch zweimal mit Diethylether aufgenommen und im Ultraschallbad behandelt Die
vereinten Etherphasen werden unter vermindertem Druck auf 50 mL eingeengt und
anschlieszligend uumlber 60 g Kieselgel chromatographisch mit Diethylether als Elutionsmittel
gereinigt Einengen der ersten hellgelben Phase unter vermindertem Druck ergibt das
Produkt
Ausbeute 86 g (36 mmol 74) gelbes Oumll
RF-Wert 090 in Diethylether 1H-NMR (200 MHz CDCl3) δ = 136-142 (m 1 H 3-H) 180-197 (m 2 H 9-H)
220-235 (m 1 H 2-H) 266 (t 1 H 10-H) 321-330 (m 2 H 4-H 10-H) 349-352 (m
1 H 11-H) 364-370 (m 2 H 1-H 11-H) 710-731 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 107
Synthese von 23-Bisexomethylen-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 29[53 73]
1
2
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 10 g (42 mmol) $$015 und 24 g (9 mmol) 18-Krone-6 in 100 mL
absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 40 g (710 mmol) gepulvertes Kaliumhydroxid
portionsweise zugegeben Anschlieszligend wird 24 h bei 40 degC geruumlhrt Danach wird die
Reaktionsmischung in 100 mL Eiswasser gegeben Nach Zugabe von 100 mL n-Hexan wird
die organische Phase abgetrennt und die waumlssrige Phase 3 mal mit je 100 mL n-Hexan
extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter
waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die
Loumlsung unter vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der gelbe Ruumlckstand wird mit
50 mL n-Hexan aufgenommen und uumlber Kieselgel mit n-Hexan als Elutionsmittel filtriert
Ausbeute 63 g (37 mmol 90 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 029 in n-Hexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (dd 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Hi 1-H) = 17 Hz
1 H 9-Hi) 211 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 86 Hz 1 H 9-Ha) 383 (s br 2 H 1-H 4-H) 506 (s
br 2 H 10-Hi 11-Hi) 519 (s br 2 H 10-Ha 11-Ha) 705-708 (m 2 H 5-H 8-H) 720-723
(m 2 H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 108
427 Synthese der Hydoxypinzette 38
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α6aα7α9α9aα11α16α17aα18α20α20aα22α)-
566a799a1011161717a182020a2122-hexadecahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 37[53 73]
O
O
O
O
12
34567
6a8910
9a1112
13
1415 16 17
17a18 19 20 2120a
22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 750 mg (233 mmol) 14 150 g (893 mmol) 29 und 300 microL Triethylamin in
15 mL absolutem Toluol und 75 mL absolutem Acetonitril wird in einer Glasampulle dreimal
unter Argon auf -78 degC gekuumlhlt unter Hochvakuum entgast und geschlossen auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und anschlieszligend abgeschmolzen Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Die Ampulle wird 4 Tage bei 170 degC in einem
Roumlhrenofen erhitzt Danach wird die Reaktionsmischung unter vermindertem Druck auf etwa
5 mL eingeengt Der entstandene Feststoff wird abfiltriert und zweimal mit je 5 mL kaltem
Cyclohexan gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 630 mg (094 mmol 41 ) weiszliger Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 155 (d br 2J(24-Hi 24-Ha) = 63 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi)
167 (d br 2J(24-Ha 24-Hi) = 63 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 190-235 (m 16 H 6-H 6a-H
9a-H 10-H 12a-H 17-H 20a-H 21-H 26-H) 229 (s 6 H 28-H 30-H) 285 (s 4 H 7-H
9-H 18-H 20-H) 354 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 680-684 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 709-712 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 109
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 13[53 73]
O
O
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 04 g (06 mmol) 37 und 10 g (44 mmol) 23-Dichlor-56-dicyano-p-
Benzochinon (DDQ) in 15 mL absolutem Toluol werden unter Argon in einem auf 120 degC
vorgeheiztem Oumllbad 2 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf etwa 60 degC werden
03 mL 14-Cyclohexadien zugegeben und 5 min bei 60 degC geruumlhrt Das entstandene DDQH2
wird abfiltriert und zweimal mit 2 mL Methylenchlorid gewaschen Das Filtrat wird unter
vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der Ruumlckstand wird in 3 mL
Methylenchlorid aufgenommen und saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit
Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv als Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 032 g (05 mmol 82 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 038 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-253 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 235 (s 6 H
28-H 30-H) 399 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 406 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H)
668-678 (m 4 H 2-H 3-H 13-H 14-H) 705-710 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 714 (s
4 H 28-H 30-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 110
Synthese von 819-Dihydroxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 38[53 73]
OH
OH
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
Zu einer Suspension aus 100 mg (27 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Suspension aus 210 mg (032 mmol) 13 in 15 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Die Reaktionsmischung wird 5 h unter Ruumlckfluss
geruumlhrt Danach werden unter Argon bei 0 degC 15 mL gesaumlttigte waumlssrige Ammoniumchlorid-
Loumlsung zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung mit 1 M waumlssrigen Salzsaumlure
auf pH 1 eingestellt und dreimal mit 50 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 50 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen mit Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck bis zur Trockene
eingeengt
Ausbeute 180 mg (032 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-244 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 406 (s 4 H
5-H 11-H 16-H 22-H) 417 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 670-678 (m 4 H 2-H 3-H
13-H 14-H) 704-708 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 713 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 111
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11
Synthese von 819-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-
(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-octahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 39
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
P
P
OO
OO
27
28
29
30
Zu einer Loumlsung aus 82 mg (0144 mmol) 38 und 48 mg (036 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC
060 mL (043 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren bei 0 degC und 1 h Ruumlhren bei
Raumtemperatur werden 3 mL absolutes Methanol zugegeben und danach 16 h bei
Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit Chloroform Aceton =
201 vv an Kieselgel gereinigt Eventuell im Produkt verbleibende Reste an
Methylphosphonsaumluredimethylester werden durch Trocknen unter Hochvakuum bei 50 degC
entfernt
Ausbeute 60 mg (0080 mmol 56 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 062 in Chloroform Aceton = 31 vv 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 162 (d 2J(27-H P) = 179 Hz 6 H 27-H 28-H)
230-240 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 252 254 (2 d 3J(29-H P) = 113 Hz 6 H
29-H 30-H) 404 407 (2 d 3J(5-H 26-H) = 70 Hz 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 426 436
(2 d 3J(7-H 25-H) = 43 Hz 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 666-682 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 695-708 (m 4-H 1-H 4-H 12-H 15-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) 2907 (s) 13C-NMR (755 MHz CDCl3) δ = 115 (2 d 1J(C P) = 1481 Hz C-27 C-28) 487 489
(2 d C-7 C-9 C-18 C-20) 512 (s br C-29 C-30) 521 522 (2 s C-5 C-11 C-16 C-22)
4 Experimenteller Teil 112
678 (m C-24 C-25) 689 (m C-23 C-26) 1167 1176 (2 d C-6 C-10 C-17 C-21) 1210
1211 (2 d C-1 C-4 C-12 C-15) 1246 1248 (2 d C-2 C-3 C-13 C-14) 1363 (s C-8
C-19) 1422 1424 (2 d 3J(C P) = 170 Hz C-7a C-8a C-18a C-19a)
MS (ESI MeOH) mz 752 [M + H+]+ 773 [M + Na+]+ 789 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C46H41O6P2 7512373 gef 7512374
Synthese von Bis(Lithium)-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen-819-bismethylphosphonat 11
O
O
P
P
OOLi
OLiO
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
27
28
Eine Loumlsung aus 300 mg (399 micromol) 39 und 10 mg (115 micromol) trockenem Lithiumbromid in
100 mL absolutem Acetonitril wird 16 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird der entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL
absolutem Acetonitril gewaschen und im Hochvakuum getrocknet Sollte die Spaltung der
Methylester noch nicht vollstaumlndig sein wird das Produkt erneut 16 h mit 10 mg (115 micromol)
trockenem Lithiumbromid umgesetzt
Ausbeute 234 mg (319 micromol 80 ) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 130 (d 2J(27-H P) = 162 Hz 6 H 27-H 28-H) 231 (d 2J(24-Ha 24-Hi) = 80 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 233-236 (m 4 H 23-H 26-H) 247 (d 2J(24-Hi 24-Ha) = 76 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi) 416 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 438 (s
4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 629 (s br 2-H 3-H 13-H 14-H) 701-704 (m 4 H 1-H 4-H
12-H 15-H) 729 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H) 31P-NMR (810 MHz D2O) δ = 2599 (s) 13C-NMR (1256 MHz Methanol-d4) δ = 134 (d 1J(C P) = 1384 Hz C-27 C-28) 500 (s
C-7 C-9 C-18 C-20) 524 (s C-5 C-11 C-16 C-22) 689 (s C-24 C-25) 694 (s C-23
4 Experimenteller Teil 113
C-26) 1173 (s C-6 C-10 C-17 C-21) 1220 (s C-1 C-4 C-12 C-15) 1258 (s C-2 C-3
C-13 C-14) 1389 (d 2J(C P) = 81 Hz C-8 C-19) 1428 (s C-7a C-8a C-18a C-19a)
1486 (s C-6a C-9a C-17a C-20a) 1493 (s C-5a C-10a C-16a C-21a) 1520 (s C-4a
C-11a C-15a C-22a)
MS (ESI MeOH) mz 360 [M ndash 2Li+]2- 727 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C44H34O6LiP2 7271985 gef 7271985
43 NMR-Titrationen
431 Durchfuumlhrung
NMR-Titrationen mit gleichbleibender Gast-Konzentration
Zehn NMR-Roumlhrchen werden mit der gleichen Menge einer Loumlsung des Gastes in
deuteriertem Loumlsungsmittel befuumlllt Danach wird die Wirt-Loumlsung (ebenfalls in deuteriertem
Loumlsungsmittel) in Schritten mit steigenden Volumina zu den Roumlhrchen Nr 2-10 zutitriert
Anschlieszligend werden alle Roumlhrchen mit Loumlsungsmittel auf das gleiche Endvolumen
aufgefuumlllt um eventuelle Verduumlnnungseffekte des Gastes auszuschlieszligen Das Roumlhrchen Nr 1
dient als Referenz Die Konzentration des Gastes sollte idealerweise etwa dem Kehrwert der
zu bestimmende Bindungskonstante entsprechen
Zusaumltzlich wurde immer ein Roumlhrchen mit einem 11 Gemisches des Gastes der
Modellverbindung 27 oder 29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel und dem gleichen
Konzentrationsbereich vermessen um eine eventuelle Wechselwirkung ausschlieszligen zu
koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Titration mit gleichbleibender Gast-Konzentration durchgefuumlhrt wurde sind unten
die Konzentrationen der Gast- und der Wirt-Loumlsungs die jeweiligen zutitrierten Volumina
sowie die zusaumltzlich zugegebene Menge Loumlsungsmittel und die beobachteten Signale
aufgelistet Die berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte
bei den beobachtete Signale vermerkt
4 Experimenteller Teil 114
Verduumlnnungstitrationen
Wirt und Gast werden in annaumlhernd 11 Aumlquivalenten in deuteriertem Loumlsungsmittel geloumlst
Von der Loumlsung wird ein NMR-Spektrum aufgenommen Anschlieszligend wird die Loumlsung mit
deuteriertem Loumlsungsmittel mehrmals verduumlnnt Von einer Wirt- sowie einer Gast-Loumlsung mit
gleicher Konzentration wie die Komplex-Loumlsung wird ebenfalls ein NMR-Spektrum
aufgenommen und auf Shifts der Signale auf Grund der Verduumlnnung uumlberpruumlft Es koumlnnen nur
Signale ausgewertet werden die keinen Shift bei der Verduumlnnung zeigen Auch im Falle einer
Verduumlnnungstitration wird eine 11 Mischung vom Gast und der Modellverbindung 27 oder
29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel vermessen um eine eventuelle
Wechselwirkung ausschlieszligen zu koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Verduumlnnungstitration durchgefuumlhrt wurde sind unten die Einwaagen des Gastes
und Wirtes aufgefuumlhrt die Verduumlnnungsschritte der Stammloumlsung (Probe Nr 1) mit der
Menge Loumlsungsmittel mit der verduumlnnt wurde sowie die beobachteten Signale Die
berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte bei den
beobachteten Signale vermerkt
JOB-Plots
Der Molenbruch des Gastes wurde aus den Konzentrationen der entsprechenden
NMR-Titration berechnet und aufgetragen gegen den Molenbruch des Gastes multipliziert mit
∆δ[79 193 194]
4 Experimenteller Teil 115
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxythymidin 60
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0370 mg (1526 micromol) 2rsquo-Deoxythymidin 60 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 500 30510-3 13810-3 76106 62600 18545 76747 73326 1 25 500 15310-4 69010-5 75398 62401 18213 76592 73011 2 50 500 30510-4 13810-4 74923 62246 17929 76503 73000 3 75 500 45810-4 20710-4 74735 62180 17860 76481 72867 4 125 500 76310-4 34510-4 74448 62069 17672 76426 72801 5 250 500 15310-3 69010-4 74072 61914 17451 76339 72679 6 500 500 30510-3 13810-3 73751 61760 17263 76194 72525
∆δsat (ppm) 06184 plusmn 2
02379 plusmn 2
03495 plusmn 3
00617 plusmn 5
00869 plusmn 5
Ka (molL) 2701 plusmn 6
1707 plusmn 7
2184 plusmn 10
2162 plusmn 16
3064 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 116
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminhydrochlorid 75
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 10 und
0078 mg (0818 micromol) Thiaminhydrochlorid 75 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 500 28310-3 13810-3 55294 76747 73326 1 25 500 14210-4 69010-5 52255 76161 72602 2 50 500 28310-4 13810-4 51768 75995 72536 3 75 500 42510-4 20710-4 51746 75973 72414 4 125 500 70810-4 34510-4 51326 75884 72381 5 250 500 14210-3 69010-4 51127 75796 72326 6 500 500 28310-3 13810-3 51039 75741 72292
∆δsat (ppm) 08954 plusmn 2
01048 plusmn 2
01063 plusmn 2
Ka (molL) 23100 plusmn 12
12120 plusmn 9
20470 plusmn 13
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
He
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030 00035
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 117
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
Hc
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
OH
4 Experimenteller Teil 118
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NADP 57
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
1061 mg (1427 micromol) NADP 57 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 600 23810-3 11510-3 94309 92695 82991 76957 76747 733261 30 600 11910-4 57610-5 93447 88223 81535 76741 75990 726532 60 600 23810-4 11510-4 93330 87818 81071 76323 75154 718953 90 600 35710-4 17310-4 93252 87635 80875 76140 74867 715364 150 600 59510-4 28810-4 93238 87511 80653 75801 74129 707725 300 600 11910-4 57610-4 - - - 75311 73255 698576 600 600 23810-3 11510-3 93193 87347 80470 74665 72811 69460
∆δsat (ppm) 02375 plusmn 1
1120 plusmn 0
05602 plusmn 2
04002 plusmn 7
05461plusmn 5
05575plusmn 7
Ka (molL) 41840 plusmn 12
66450 plusmn 2
14750 plusmn 12
769 plusmn 13
1893 plusmn 14
1669 plusmn 16
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OOH
OPOO-
O
P O-HOO
PO
OOHO
N+
NH2
O
Ha
Hb
Hc
OHOH
4 Experimenteller Teil 119
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyguanosin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0416 mg (1459 micromol) 2rsquo-Deoxyguanosin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 24310-3 - 80212 63408 1 30 600 12210-4 57710-5 79910 63203 2 60 600 24310-4 11510-4 79848 63070 3 90 600 36510-4 17310-4 79650 63012 4 150 600 60810-4 28910-4 79511 62896 5 300 600 12210-3 57710-4 79303 62717 6 600 600 24310-3 11210-3 79124 62532
∆δsat (ppm) 03033 plusmn 5
02480 plusmn 4
Ka (molL) 2000 plusmn 13
1718 plusmn 9
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hc
HeHd
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
4 Experimenteller Teil 120
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyadenosin 55
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0239 mg (0922 micromol) 2rsquo-Deoxyadenosin 55 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 500 18410-3 13810-3 82903 82096 64556 76957 76747 733261 25 500 92210-5 69010-5 81599 81355 64059 76514 76238 727012 50 500 18410-4 13810-4 80980 80980 63826 76426 76117 725253 75 500 27710-4 20710-4 80836 80692 63694 76393 76072 724364 125 500 46110-4 34510-4 80615 80261 63517 76316 76017 722925 250 500 92210-4 69010-4 80316 79709 63275 76205 75818 720946 500 500 18410-3 13810-3 80051 79289 62997 76050 75663 72884
∆δsat (ppm) 05955 plusmn 1
03318 plusmn 2
02660 plusmn 3
01308 plusmn 6
01602plusmn 6
01662plusmn 4
Ka (molL) 5771 plusmn 3
6068 plusmn 6
4115 plusmn 8
10300 plusmn 25
9076 plusmn 25
7710 plusmn 14
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
NH
N
N
O
NH2N
O
OH Hb
HO
Ha
4 Experimenteller Teil 121
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OH Hc
HO
Ha
Hb
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
HfHe
4 Experimenteller Teil 122
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminpyrophosphat 76
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0378 mg (0820 micromol) Thiaminpyrophosphat 76 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 13810-3 11510-3 55147 76747 1 30 600 13810-3 55810-5 53874 76293 2 60 600 13810-3 11510-4 53727 76101 3 90 600 13810-3 17310-4 53539 - 4 150 600 13810-3 22910-4 53329 76037 5 300 600 13810-3 65810-4 53031 75963 6 600 600 13810-3 11510-3 52765 75940
∆δsat (ppm) 03144 plusmn 5
01308 plusmn 6
Ka (molL) 17850 plusmn 22
10300 plusmn 25
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
O PO
O
PHO
OH
O
HO
4 Experimenteller Teil 123
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyuridin 61
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0220 mg (0965 micromol) 2rsquo-Deoxyuridin 61 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 16110-3 - 62339 58324 1 30 600 80510-5 57710-5 - 56402 2 60 600 16110-4 11510-4 62005 55505 3 90 600 24110-4 17310-4 61877 54730 4 300 600 80410-4 57710-4 61446 51885 5 600 600 16110-3 11210-3 61286 51079
∆δsat (ppm) 1465 plusmn 5
02384 plusmn 6
Ka (molL) 3012 plusmn 12
1922 plusmn 16
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
4 Experimenteller Teil 124
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxycytidin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0194 mg (0793 micromol) 2rsquo-Deoxycitidin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 13210-3 - 78492 63008 60741 1 30 600 66110-5 57710-5 77209 62665 58807 2 60 600 13210-4 11510-4 - 62481 57873 3 90 600 19810-4 17310-4 76527 62381 57319 4 250 600 33010-4 28910-4 76096 62239 56595 5 300 600 66110-4 57710-4 75615 62074 55775 6 600 600 13210-3 11510-3 75244 61945 55133
∆δsat (ppm) 04738 plusmn 2
01646 plusmn 1
08499 plusmn 1
Ka (molL) 8545 plusmn 8
6332 plusmn 4
7197 plusmn 3
NH
O
ON
O
OH Hb
HOHa
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 125
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit A2E 58
Stammloumlsung 0564 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0350 micromol A2E 58 in 1000 microL Methanol-d4 D2O = 31 vv
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 1000 35010-4 - 865231 100 1000 35010-5 52410-5 856892 150 1000 62910-5 94410-5 850983 250 1000 87410-5 13110-4 848644 500 1000 17510-4 26210-4 835135 1000 1000 35010-4 52410-4 82533
∆δsat (ppm) 09207 plusmn 10
Ka (molL) 2125 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
N
NH2
O
Ha
Hc
4 Experimenteller Teil 126
Titration von Wirt 10 mit Folsaumlure 72
Wirtloumlsung 0768 mg (071410-6 mol) Wirt 10 in 400 microL D2O
Gastloumlsung 0457 mg (103610-6 mol) Folsaumlure 72 in 4200 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 600 0 800 18510-4 0 878401 600 10 800 18510-4 22310-5 871542 600 20 800 18510-4 44610-5 865753 600 40 800 18510-4 89210-5 855644 600 60 800 18510-4 13410-4 845225 600 80 800 18510-4 17810-4 838046 600 170 800 18510-4 37910-4 82195
∆δsat (ppm) 06875 plusmn 2
Ka (molL) 20230 plusmn 12
C(Gast) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
N+
Ha
HO
4 Experimenteller Teil 127
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit FAD 71
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0587 mg (0678 micromol) FAD 71 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 96810-4 10210-3 78393 76957 73326 1 35 700 48410-5 50910-5 78303 76711 72957 2 70 700 96810-5 10210-4 78202 76663 72885 3 105 700 14510-4 15310-4 78184 76645 72879 4 175 700 24210-4 25210-4 78045 76548 72758 5 700 700 96810-4 10210-3 77604 76271 72269
∆δsat (ppm) 02112 plusmn 8
01048 plusmn 11
01672 plusmn 15
Ka (molL) 908 plusmn 14
5378 plusmn 30
4435 plusmn 38
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
Ha
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 128
C(Klammer) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa - berechnet
P
O
O
PO
LiO
O
OLi
Hb
Hc
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
Ha
4 Experimenteller Teil 129
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit AMP $G026
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) AMP $G026 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 14410-3 - 823171 25 500 71810-5 71310-5 821842 50 500 14410-4 14310-4 820963 75 500 21510-4 21410-4 820524 100 500 28710-4 28510-4 819195 125 500 35910-4 35610-4 818756 250 500 71810-4 71310-4 816157 500 500 14410-3 14310-4 81477
∆δsat (ppm) 01881 plusmn 10
Ka (molL) 1126 plusmn 19
N
NN
N
NH2
O
OH
OPNaOONa
OHa
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb - berechnet∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 130
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 384721 30 600 60210-5 59410-5 363392 60 600 12010-4 11910-4 352453 90 600 18010-4 17810-4 348364 300 600 60210-4 59410-4 324935 600 600 12010-3 11910-3 32548
∆δsat (ppm) 08087 plusmn 7
Ka (molL) 7940 plusmn 22
N+
NCHa
3
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 131
Titration von Wirt 10 mit N-Methylthiazoliumiodid 74
Wirtloumlsung 1535 mg (142510-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0524 mg (230710-6 mol) N-Methylthiazoliumiodid 74 in 250 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 25 0 700 33010-4 0 429601 25 10 700 33010-4 31310-5 425562 25 20 700 33010-4 62710-5 421283 25 30 700 33010-4 94010-5 416674 25 40 700 33010-4 12510-4 413025 25 50 700 33010-4 15710-4 407526 25 60 700 33010-4 18810-4 403817 25 80 700 33010-4 25110-4 392228 25 120 700 33010-4 37610-4 383269 25 200 700 33010-4 62710-4 35176
∆δsat (ppm) 1758 plusmn 17
Ka (molL) 1267 plusmn 29
N+
S
Ha3C
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 132
N+
O
OHOH He
OP-OOH
O
NH2
O
Ha
Hc
Hd
Hb
Titration von Wirt 10 mit NMN 54
Wirtloumlsung 1512 mg (140410-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0314 mg (093910-6 mol) NMN 54 in 1000 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 700 13410-4 0 95766 93565 90371 83429 62418 1 100 10 700 13410-4 30910-5 95714 93330 89823 82782 62242 2 100 20 700 13410-4 61710-5 95492 93082 89372 82266 62151 3 100 30 700 13410-4 92610-5 95407 92951 89130 82012 62092 4 100 40 700 13410-4 12310-4 95341 92860 88948 81783 62046 5 100 50 700 13410-4 15410-4 95165 92677 88654 81424 62001 6 100 80 700 13410-4 24710-4 95034 92455 88157 80856 61916 7 100 120 700 13410-4 37010-4 94754 92128 87504 80203 61756 8 100 200 700 13410-4 61710-4 94525 91743 86884 - 61648
∆δsat (ppm) 01970 plusmn 10
02494 plusmn 6
04572 plusmn 6
04442 plusmn 10
00890 plusmn 9
Ka (molL) 3277 plusmn 22
4882 plusmn 16
5912 plusmn 17
9043 plusmn 29
10690 plusmn 33
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 133
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Koffein 70
Stammloumlsung 0390 mg (0362 micromol) Wirt 10 und
0143 mg (0736 micromol) Koffein 70 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 39895 35712 33889 1 35 700 52610-5 25710-5 35940 34134 33231 2 70 700 10510-4 51710-5 35160 33783 33073 3 105 700 15810-4 77110-5 34730 33608 32994 4 140 700 21010-4 10310-4 34415 33468 32924 5 175 700 26310-4 12910-4 34309 33415 32898 6 350 700 52610-4 25710-4 33573 33029 32661 7 700 700 10510-3 51710-4 33590 33038 32670
∆δsat (ppm) 1364 plusmn 2
05839 plusmn 2
02717 plusmn 3
Ka (molL) 36800 plusmn 9
29730 plusmn 11
21490 plusmn 15
N
N N
N
O CHa3
Hb3C
OCHc
3
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 134
Verduumlnnungstitration von Wirt 24 mit AZT 68
Stammloumlsung 0433 mg (0714 micromol) Wirt 24 und
0190 mg (0717 micromol) AZT 68 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 76200 61936 16839 1 30 600 59810-5 59510-5 75022 61461 18059 2 60 600 12010-4 11910-4 74050 61096 17650 3 90 600 17910-4 17910-5 73011 60688 17219 4 120 600 23910-4 23810-4 72259 60389 16865 5 150 600 29810-4 29810-4 71696 60179 16622 6 300 600 59810-4 59510-4 68269 58752 14842 7 600 600 12010-3 11910-3 62464 57659 13759
∆δsat (ppm) 3116 plusmn 6
1245 plusmn 8
1400 plusmn 11
Ka (molL) 707 plusmn 11
696 plusmn 14
730 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
N3Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 135
Titration von Wirt 24 mit 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69
Wirtloumlsung 1593 mg (262910-6 mol) Wirt 24 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0435 mg (194410-6 mol) 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 in 750 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δf (ppm)
0 75 0 600 32410-4 0 76417 69692 64877 59824 18810 1 75 10 600 32410-4 67410-5 76312 69632 64790 59765 18719 2 75 20 600 32410-4 13510-4 76110 69536 64758 59693 18545 3 75 30 600 32410-4 20210-4 75973 69454 64699 59623 18426 4 75 40 600 32410-4 27010-4 75798 99376 64634 59559 18274 5 75 50 600 32410-4 33710-4 75611 99280 64538 59453 18114 6 75 60 600 32410-4 40410-4 75450 69211 64492 59389 17977 7 75 80 600 32410-4 53910-4 75133 69078 64383 59275 17720 8 75 120 600 32410-4 80910-4 74589 68799 64140 59000 - 9 75 200 600 32410-4 13510-3 73618 68350 63764 58565 16415
∆δsat (ppm) 1645 plusmn 17
06014 plusmn 9
06108 plusmn 18
08318 plusmn 19
1399 plusmn 20
Ka (molL) 160 plusmn 20
226 plusmn 12
174 plusmn 21
138 plusmn 23
160 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
Hb
HON
NH
O
O
He3C
Ha
HcHd
4 Experimenteller Teil 136
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylpyraziniumiodid 50
Stammloumlsung 0713 mg (0971 micromol) Wirt 11 und
0234 mg (1052 micromol) N-Methylpyraziniumiodid 50 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 17510-3 - 44827 93911 1 60 600 17510-4 16210-4 39025 - 2 90 600 26310-4 24310-4 37953 84130 3 120 600 35010-4 32410-4 37246 83400 4 300 600 87510-4 80910-4 36494 82295 5 600 600 17510-3 16310-3 34936 80029
∆δsat (ppm) 1270 plusmn 5
1737 plusmn 6
Ka (molL) 11070 plusmn 22
12930 plusmn 34
N+
N
CHa3
I-Hb
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 137
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Benzylaminhydrochlorid 77
Stammloumlsung 0531 mg (0640 micromol) Wirt 11 und
0083 mg (0640 micromol) Benzylaminhydrochlorid 77 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 12810-3 - 416111 25 500 64010-5 64010-5 414122 50 500 12810-4 12810-4 414013 75 500 19210-4 19210-4 413024 100 500 25610-4 25610-4 412245 125 500 32010-4 32010-4 411696 250 500 64010-4 64010-4 405397 500 500 12810-3 12810-3 39898
∆δsat (ppm) 1510 plusmn 38
Ka (molL) 115 plusmn 45
Ha2C
NH3Cl
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 138
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 11 und
0078 mg (0818 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29908 17049 10022 1 35 700 58410-5 58410-5 28628 15761 09136 2 70 700 11710-4 11710-4 27646 14771 08444 3 105 700 17510-4 17510-4 26725 13878 07803 4 140 700 23410-4 23410-4 25989 - 07295 5 350 700 58410-4 58410-4 22508 09566 04857 6 700 700 11710-3 11710-3 19649 06734 02814
∆δsat (ppm) 2651 plusmn 2
2642 plusmn 3
1884 plusmn 2
Ka (molL) 891 plusmn 4
912 plusmn 6
867 plusmn 22
C(Wirt) [molL]00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
018
020
δ∆aδ∆a (berechnet)
Hc3C
Hb2
CCHa
2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 139
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0539 mg (0734 micromol) Wirt 11 und
0070 mg (0734 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 28821 10199 1 35 700 52610-5 52610-5 25940 08779 2 70 700 10510-4 10510-4 24066 07771 3 105 700 15810-4 15810-4 22215 06787 4 140 700 21010-4 21010-4 20947 06104 5 175 700 26310-4 26310-4 19788 05481
∆δsat (ppm) 3451 plusmn 6
2006 plusmn 5
Ka (molL) 1826 plusmn 8
1534 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
Hb3C C
Ha2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 140
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Adrenalinhydrochlorid 79
Stammloumlsung 0689 mg (0938 micromol) Wirt 11 und
0206 mg (0938 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 79 in 750 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (mol_)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 750 12510-3 - 33029 27961 1 375 750 62510-5 62510-5 32538 27462 2 75 750 12510-4 12510-4 32126 27041 3 1125 750 18810-4 18810-4 31767 26611 4 150 750 25010-4 25010-4 31451 26260 5 1875 750 31310-4 31310-4 31074 25875 6 375 750 62510-4 62510-4 29417 24305 7 750 750 11710-3 11710-3 27628 22472
∆δsat (ppm) 2149 plusmn 8
2017 plusmn 4
Ka (moll) 364 plusmn 11
416 plusmn 6
OH
OHOH
Ha2CNH2Cl
Hb3C
C(Wirt) [molL]
000000 000005 000010 000015 000020 000025 000030
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
10
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 141
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Propanololhydrochlorid 82
Stammloumlsung 0633 mg (0862 micromol) Wirt 11 und
0255 mg (0862 micromol) Propanololhydrochlorid 82 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12310-3 - 137191 60 600 12310-4 12310-4 129682 90 600 18510-4 18510-4 127693 120 600 24610-4 24610-4 125924 150 600 30810-4 30810-4 124265 600 600 12310-3 12310-3 11133
∆δsat (ppm) 05482 plusmn 3
Ka (molL) 1361 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
HO
ClH2N
Ha3C CHa
3
4 Experimenteller Teil 142
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Noradrenalinhydrochlorid 80
Stammloumlsung 0612 mg (0833 micromol) Wirt 11 und
0171 mg (0833 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 80 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 320841 70 700 11910-5 11910-5 319182 105 700 17910-4 17910-4 317973 140 700 23810-4 23810-4 317414 175 700 29810-4 29810-4 316645 350 700 59510-4 59510-4 312256 700 700 11910-4 11910-4 30692
∆δsat (ppm) 09012 plusmn 17
Ka (molL) 184 plusmn 22
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
OH
OHOH
Ha2CNH3Cl
4 Experimenteller Teil 143
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Dopaminhydrochlorid 81
Stammloumlsung 0603 mg (0821 micromol) Wirt 11 und
0156 mg (0821 micromol) Dopaminhydrochlorid 81 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29058 32562 68726 1 35 700 58610-5 58410-5 28010 31257 68433 2 70 700 11710-4 11710-4 27051 29988 68217 3 105 700 17610-4 17510-4 26308 29169 68012 4 140 700 23510-4 23410-4 25618 28262 67897 5 175 700 29310-4 29310-4 25109 27484 67655 6 350 700 58610-4 58410-4 22161 - 66889 7 700 700 11710-3 11710-3 20464 21757 66503
∆δsat (ppm) 2169 plusmn 9
2670 plusmn 2
05658 plusmn 12
Ka (molL) 989 plusmn 16
975 plusmn 3
988 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δa∆δa (berechnet)
CHb2
OHOH
Ha2CNH3Cl
Hc
4 Experimenteller Teil 144
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylnicotinamidiodid 51
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0231 mg (0875 micromol) N-Methylnicotinamidiodid 51 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 92629 89567 88860 81565 44540 1 70 700 12510-4 12510-4 90363 88119 86638 80140 41545 2 105 700 18810-4 18810-4 89435 87799 85456 79598 40550 3 140 700 25010-4 25010-4 88749 87589 84450 79200 39721 4 175 700 31310-4 31310-4 88208 87412 83809 78891 39069 5 350 700 62510-4 62510-4 85378 86495 79996 77332 35124 6 700 700 12510-3 12510-3 84063 86163 78261 76658 33278
∆δsat (ppm) 1870 plusmn 9
05524 plusmn 5
2657 plusmn 13
1001 plusmn 8
2576 plusmn 10
Ka (molL) 1364 plusmn 18
3685 plusmn 15
969 plusmn 5
1667 plusmn 18
1195 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N+
NH2
O
CHe3
Ha
Hb
Hd
HcI-
4 Experimenteller Teil 145
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1940 mg (264210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0632 mg (166710-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
700 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 70 0 600 23810-4 0 39983 18159 16721 1 70 10 600 23810-4 58110-5 39228 16510 13134 2 70 20 600 23810-4 11610-4 38290 14500 13177 3 70 30 600 23810-4 17410-4 37685 13099 13099 4 70 40 600 23810-4 23210-4 36738 11170 09724 5 70 60 600 23810-4 34810-4 35484 08549 07000 6 70 80 600 23810-4 46510-4 34871 07216 05734 7 70 120 600 23810-4 69710-4 34485 06024 04638 8 70 180 600 23810-4 10510-3 34257 05366 04042
∆δsat (ppm) 06808 plusmn 7
1547 plusmn 6
1472 plusmn 5
Ka (molL) 7988 plusmn 29
6778 plusmn 23
8762 plusmn 24
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 146
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1074 mg (146310-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0379 mg (100010-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
400 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 16710-4 0 39943 18119 16900 1 40 10 600 16710-4 37510-5 39251 16726 15453 2 40 20 600 16710-4 75010-5 38797 15819 14362 3 40 30 600 16710-4 11310-4 38087 14060 13093 4 40 40 600 16710-4 15010-4 37629 13121 11641 5 40 50 600 16710-4 18810-4 37011 11953 10363 6 40 60 600 16710-4 22510-4 36516 10913 09332 7 40 160 600 16710-4 30010-4 36086 09144 07958
∆δsat (ppm) 1002 plusmn 25
4093 plusmn 26
3292 plusmn 27
Ka (molL) 2811 plusmn 44
1077 plusmn 36
1519 plusmn 40
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 147
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1084 mg (147710-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0419 mg (104810-6 mol) RGD 86 in 400 microL D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 17510-4 0 32772 19855 17361 1 40 10 600 17510-4 37910-5 31561 19719 16872 2 40 20 600 17510-4 75710-5 30376 19236 16124 3 40 30 600 17510-4 11410-4 29229 19056 15528 4 40 40 600 17510-4 15210-4 28204 18734 15010 5 40 50 600 17510-4 18910-4 27083 18547 14488 6 40 60 600 17510-4 22710-4 - 18289 14017 7 40 80 600 17510-4 30310-4 - 17793 13077 8 40 120 600 17510-4 45410-4 21092 17071 11357 9 40 180 600 17510-4 68210-3 - 16330 07692
∆δsat (ppm) 4578 plusmn 3
08838 plusmn 11
2022 plusmn 6
Ka (molL) 836 plusmn 4
1109 plusmn 17
1012 plusmn 9
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 148
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1006 mg (137010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0400 mg (100010-6 mol) RGD 86 in 1000 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 16710-4 0 32682 19320 17291 1 100 10 600 16710-4 35110-5 31562 19134 16600 2 100 20 600 16710-4 70310-5 30608 18904 16113 3 100 30 600 16710-4 10510-4 29693 18680 15595 4 100 40 600 16710-4 14110-4 28637 18430 15000 5 100 50 600 16710-4 17610-4 27773 18206 14648 6 100 60 600 16710-4 21110-4 27037 17969 14091 7 100 80 600 16710-4 28110-4 - 17566 13394 8 100 120 600 16710-4 42210-4 - 16894 11736 9 100 200 600 16710-4 70310-3 - 15979 10034
∆δsat (ppm) 3413 plusmn 22
09234 plusmn 10
1502 plusmn 5
Ka (molL) 1092 plusmn 28
901 plusmn 15
1532 plusmn 5
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 149
Titration von Wirt 11 mit (S)-Glycinyl-(S)-argininyl-(S)-glycinyl-(S)-glycin (GRGG) 87
Wirtloumlsung 1135 mg (154610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0673 mg (117510-6 mol) GRGG2TFA 87 in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 19610-4 0 32543 19241 18525 1 100 10 600 19610-4 39610-5 30751 18770 17914 2 100 20 600 19610-4 79310-5 28394 18150 17279 3 100 30 600 19610-4 11910-4 26627 17663 16724 4 100 40 600 19610-4 15910-4 24618 17121 16101 5 100 50 600 19610-4 19810-4 - 16590 15521 6 100 60 600 19610-4 23810-4 21114 16187 15015 7 100 80 600 19610-4 31710-4 18265 15377 - 8 100 120 600 19610-4 47610-4 - - 12746 9 100 180 600 19610-4 71310-3 - 11964 10569
∆δsat (ppm) 7461 plusmn 15
2213 plusmn 4
2058 plusmn 7
Ka (molL) 857 plusmn 20
755 plusmn 5
972 plusmn 10
HN
NH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 150
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-alaninyl-(S)-alanin (KAA) 88
Wirtloumlsung 0878 mg (119610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0406 mg (100010-6 mol) KAACH3COOH 88 in 200 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (KAA 71)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 20 0 600 16410-4 0 39096 18894 1 20 10 600 16410-4 36910-5 38994 18557 2 20 20 600 16410-4 79310-5 38924 18302 3 20 30 600 16410-4 11910-4 38841 18112 4 20 40 600 16410-4 15910-4 38765 17807 5 20 50 600 16410-4 19810-4 38702 17622 6 20 60 600 16410-4 23810-4 38619 17298 7 20 80 600 16410-4 31710-4 38466 16910 8 20 120 600 16410-4 47610-4 38282 16166 9 20 200 600 16410-4 71310-3 37913 -
∆δsat (ppm) 02920 plusmn 6
1030 plusmn 14
Ka (molL) 1242 plusmn 9
1116 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hb2C
NH2
HN
OOH
OHa
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 151
Titration von Wirt 11 mit tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
Wirtloumlsung 1022 mg (139210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0295 mg (109410-6 mol) tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
in 500 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δb (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 600 18210-4 0 70658 31722 30421 1 100 10 600 18210-4 35710-5 69926 31545 30376 2 100 20 600 18210-4 71410-5 69124 31406 30238 3 100 30 600 18210-4 10710-4 - 31254 30054 4 100 40 600 18210-4 14310-4 67555 31128 29909 5 100 50 600 18210-4 17910-4 66920 30995 29764 6 100 60 600 18210-4 21410-4 66162 30837 29606 7 100 80 600 18210-4 28610-4 65057 30604 29366 8 100 120 600 18210-4 42810-4 62708 30124 28905 9 100 180 600 18210-4 71410-4 68932 29461 28299
∆δsat (ppm) 3764 plusmn 4
06543 plusmn 5
07925 plusmn 24
Ka (molL) 688 plusmn 5
817 plusmn 7
565 plusmn 33
C(Wirt) [moll]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa - gemessen∆δa - berechnet∆δb - gemessen∆δb - berechnet
HN
O
OO
O
NH
N
Ha
HbHc
4 Experimenteller Teil 152
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0208 mg (0875 micromol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 700 microL
D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 442851 35 700 62510-5 62510-5 427622 70 700 12510-4 12510-4 422663 105 700 18810-4 18810-4 419304 140 700 25010-4 25010-4 419115 175 700 31310-4 31310-4 418306 350 700 62510-4 62510-4 416807 700 700 12510-3 12510-3 41244
∆δsat (ppm) 03580plusmn 4
Ka (molL) 23010 plusmn 18
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
4 Experimenteller Teil 153
Titration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Wirtloumlsung 1130 mg (154010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0239 mg (100110-6 mol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 500
microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 50 0 600 16710-4 0 44199 19278 18000 1 50 10 600 16710-4 34210-5 43837 18238 16960 2 50 20 600 16710-4 68410-5 43250 16714 15572 3 50 30 600 16710-4 10310-4 42994 15865 - 4 50 40 600 16710-4 13710-4 42627 - - 5 50 60 600 16710-4 20510-4 41981 12892 11921 6 50 80 600 16710-4 27410-4 - 11774 10718 7 50 120 600 16710-4 41010-4 40905 09978 09007 8 50 200 600 16710-4 61610-3 40442 08682 07963
∆δsat (ppm) 05677 plusmn 8
1572 plusmn 8
1454 plusmn 10
Ka (molL) 3993 plusmn 20
4295 plusmn 19
4730 plusmn 27
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
HcHb
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 154
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-lysinyl-(S)-leucinyl-(S)-valinyl-(S)-
phenylalaninyl-(S)-phenylalanin (KKLVFF) 91
Wirtloumlsung 1367 mg (1013-6 mol) Wirt 11 in 650 microL [25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Gastloumlsung 1107 mg (988310-7 mol) KKLVFF3TFA 91 in 2000 microL [25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 200 0 600 16710-4 0 29643 16809 1 200 10 600 16710-4 35110-5 29351 16548 2 200 20 600 16710-4 70310-5 29109 16097 3 200 30 600 16710-4 10510-4 28995 16014 4 200 40 600 16710-4 14110-4 28791 15766 5 200 50 600 16710-4 17610-4 28652 - 6 200 60 600 16710-4 21110-4 28607 - 7 200 80 600 16710-4 38110-4 - 15556 8 200 120 600 16710-4 42210-4 28505 15524 9 200 200 600 16710-4 70310-4 28499 -
∆δsat (ppm) 01214 plusmn 3
01365 plusmn 6
Ka (molL) 32290 plusmn 21
43310 plusmn 45
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 155
H2NNH
O
Hb2C
CHa2
NH2
Hb2C
CHa2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
pm]
HaHbHa (berechnet)Hb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 156
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysin (KTTK) 89
Wirtloumlsung 0859 mg (1169-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0837 mg (102610-6 mol) KTTK3TFA 89 in 1750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 175 0 600 34210-4 0 39847 18700 1 175 10 600 34210-4 35110-5 39599 18366 2 175 20 600 34210-4 70310-5 39425 18247 3 175 30 600 34210-4 10510-4 39127 17949 4 175 40 600 34210-4 14110-4 38917 17894 5 175 50 600 34210-4 17610-4 38729 17793 6 175 60 600 34210-4 21110-4 38536 17597 7 175 80 600 34210-4 38110-4 38156 17290 8 175 120 600 34210-4 42210-4 37684 17010 9 175 200 600 34210-4 70310-4 36961 16085
∆δsat (ppm) 04061 plusmn 5
04217 plusmn 16
Ka (molL)(21 Komplex)
6821 plusmn 18
4205 plusmn 45
H2NNH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
4 Experimenteller Teil 157
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
007
008
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 158
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysinyl-(S)-serin (KTTKS) 90
Wirtloumlsung 1111 mg (1513-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0724 mg (800110-7 mol) KTTKS3TFA 90 in 750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 75 0 600 26610-4 0 39518 14881 1 75 10 600 26610-4 19410-5 39318 - 2 75 20 600 26610-4 38810-5 38848 11067 3 75 30 600 26610-4 58210-5 - 10165 4 75 40 600 26610-4 77610-5 38439 09121 5 75 50 600 26610-4 97010-5 38204 07755 6 75 60 600 26610-4 11610-4 37882 06000 7 75 80 600 26610-4 15510-4 37746 04300 8 75 120 600 26610-4 23310-4 37136 01300 9 75 180 600 26610-4 34910-4 36722 -
∆δsat (ppm) 03903 plusmn 8
2620 plusmn 15
Ka (molL)(21 Komplex)
4998 plusmn 24
3307 plusmn 33
H2N NH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
OH
O
OH
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 159
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln
10 100 1000 10000 und 10900 Aumlquivalente deuteriertes DMSO werden zu 600 microL einer
aumlquimolaren Loumlsung aus Wirt 11 und Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 25
mmolL Na2HPO4NaH2PO4-Puffer (pH 7) in D2O gegeben (2 10-4 M) sowie zu eine
Referenzloumlsung die nur Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 enthaumllt (gleiche
Konzentration) Die kleinen Veraumlnderungen der chemischen Verschiebung in der
Referenzloumlsung wurden von den groumlszligeren Effekten im GastWirt-Gemisch abgezogen Diese
Ergebnisse werden in der unten gezeigten Tabelle als ∆δobs angegeben Um die Auswirkung
von Acetonitril und Methanol vergleichen zu koumlnnen wurden zu den oben genannten Proben
mit 10 und 100 Aumlquivalenten jeweils 200 microL deuteriertes Acetonitril beziehungsweise 200 microL
deuteriertes Methanol zugegeben
0
001
002
003
004
005
006
007
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 160
zugegebenes Loumlsungsmittel
Aumlquivalente ∆δobs (εCH2) ∆δobs (βCH2)
DMSO-d6 10 nicht sichtbar (breites Signal) -052 DMSO-d6 100 nicht sichtbar (breites Signal) -047 DMSO-d6 1000 nicht sichtbar (breites Signal) -013 DMSO-d6 10000 -001 -001 DMSO-d6 10900 lt -001 lt -001 Acetonitril-d3 16000 lt -001 lt -001 Methanol-d4 20600 -035 -010
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 441 Das Messgeraumlt
Die Messungen wurden mit einem VP-ITC der Firma MicroCal durchgefuumlhrt Gesteuert wird
das Geraumlt mit der WINDOWSTM-Software MicroCal VPViewer Die fuumlr die Messung
verwendete Spritze (250 microL) ist eine Spezialanfertigung der Firma MicroCal Am unteren
Ende der langen Nadel geht die Spritze in einen kleinen Ruumlhrer uumlber um durch die Drehung
der Spritze die Durchmischung der Loumlsung in der Messzelle zu gewaumlhrleisten Das Volumen
der Messzelle betraumlgt 14211 mL Die Messzelle laumlsst sich mit einer Hamilton-Spritze mit
entsprechend langer Kanuumlle befuumlllen Die Spritze fuumlr das Messgeraumlt wird mit Hilfe eines
kleinen Schlauches und einer weiteren Spritze befuumlllt
4 Experimenteller Teil 161
Abb 41 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
442 Reinigung des Messgeraumltes Die Messzelle muss regelmaumlszligig zuerst mit 200 mL TritonregX100-Loumlsung (1100 verduumlnnt)
und anschlieszligend mit 1 L Wasser gespuumllt werden Bei staumlrkeren Verschmutzungen (wie z B
bei ausgefallenen Substanzen) kann optional eine Reinigung mit 500 mL 2 iger SDS-
Loumlsung und anschlieszligend 15 L Wasser durchgefuumlhrt werden Die Spritze fuumlr die Messungen
muss immer gruumlndlich mit Wasser gespuumllt werden Fuumlr die Hamilton-Spritzen empfiehlt es
sich noch zusaumltzlich mit Ethanol zu spuumllen und anschlieszligend zu trocknen
443 Kalibrierung des Messgeraumltes Das Kalorimeter muss halbjaumlhrlich kalibriert werden wobei die Kalibrierung mittels einer
Reihe elektrischer Standardpulse erfolgt Die beiden Zellen muumlssen dazu mit Wasser gefuumlllt
sein Zur Anpassung der Kalibrierungskonstanten dient ein Mittelwert der aus den
Verhaumlltnissen von gemessener Waumlrmemenge zu theoretisch zu erwartender Waumlrmemenge
uumlber alle Waumlrmeimpulse gebildet wird Die neue Kalibrierungskonstante constneu wird dabei
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
4 Experimenteller Teil 162
durch Multiplikation der alten Konstante constalt mit dem durchschnittlichen Verhaumlltnis von
erwarteter zu gemessener Waumlrmemenge erhalten
PulsederAnzahlWW
constconst gemessen
erwartet
altneu
sumsdot= (Gleichung 41)
Diese Anpassung der Kalibrierungskonstante ist allerdings nur notwendig falls die
gemessenen Waumlrmemengen um mehr als 1 von den erwarteten Waumlrmemengen abweichen
Eine Abweichung wurde bisher noch nicht gefunden
444 Durchfuumlhrung der Messungen
Alle Messungen wurden bei 298 K durchgefuumlhrt Dazu wurde das Thermostat des
Kalorimeters auf 25degC eingestellt Um zu verhindern dass die gemessenen Reaktionswaumlrmen
nicht von Mischungseffekten von verschiedenen Loumlsungsmittel oder von
Verduumlnnungseffekten des Puffers uumlberlagert werden ist es sehr wichtig sowohl den Gast als
auch den Wirt in den gleichen Loumlsungsmittel (gegebenenfalls mit gleichen
Pufferkonzentrationen) zu loumlsen
Bevor die Loumlsungen in die Messzelle bzw in die Spritze gefuumlllt werden koumlnnen muumlssen sie
unter vermindertem Druck und Ruumlhren entgast werden Mit einer Hamiltonspritze wird die
Protein-Loumlsung langsam und ohne Luftblasen in die Messzelle gefuumlllt die vorher mit dem
gleichen Loumlsungsmittel vorgespuumllt wurde Beim Befuumlllen der Spezialspritze mit der
Ligandloumlsung ist ebenfalls darauf zu achten keine Luftblasen in die Spritze zu bekommen Da
sich durch Luftblasenbildung stoumlrende Effekt ergeben koumlnnen empfiehlt es sich bei der
ersten Einspritzung nur eine geringe Menge (5 microL) zu verwenden und erst danach mit der
eigentlichen Messung zu beginnen
Nach dem das Geraumlt die Loumlsungen in der Zelle vollstaumlndig thermostatisiert und die
Heizleistung equilibriert hat kann die eigentliche Messung beginnen Es wurden bis zu 30
Einspritzungen eines Aliquots von je 10 microL durchgefuumlhrt Die Wartezeit zwischen zwei
Einspritzungen haumlngt hauptsaumlchlich davon ab wie lange das System braucht um nach einer
Einspritzung die Basislinie wieder zu stabilisieren dh die Temperaturdifferenz zwischen
Mess- und Referenzzelle auszugleichen Im vorgliegenden Fall liegt dieser Zeitraum bei einer
Ruumlhrgeschwindigkeit von 240 Umdrehungen pro Minute bei etwa 300 bis 360 s Das
verwendete Volumen pro Einspritzung haumlngt von einigen unterschiedlichen Faktoren ab wie
zB Gast- und Wirtkonzentration erwarteter Waumlrmetoumlnung und Bindungskonstante K Bei
4 Experimenteller Teil 163
einer 11 Bindung muumlssen die Konzentrationen so gewaumlhlt werden dass die
Gesamtkonzentration des Gastes in der Messzelle am Ende der Messung mindestens zweimal
so groszlig ist wie die Gesamtkonzentration an Wirt Das bedeutet dass die letzten Signale die
betraumlchtlich hinter dem Aumlquivalenzpunkt liegen nur noch aufgrund von Verduumlnnungseffekten
des Liganden oder unspezifischen Bindungsvorgaumlngen zustande kommen sollten da zu
diesem Zeitpunkt bereits eine nahezu vollstaumlndige Saumlttigung vorliegen sollte Diese
Verduumlnnungswaumlrme muss daher von der eigentlichen Bindungsisothermen subtrahiert werden
Deswegen sollten fuumlr jedes Experiment drei Messungen durchgefuumlhrt werden Einmal nur mit
Gast der in das Loumlsungsmittel titriert wird einmal mit Loumlsungsmittel und Wirtloumlsung und
einmal die eigentliche Titration von der Gast-Loumlsung in die Wirt-Loumlsung Die gemessenen
Waumlrmen der ersten beiden Titrationen werden zur Bestimmung der eigentliche
Komplexierungswaumlrme von der dritte Titration abgezogen
Die Anpassung der Bindungsisothermen an die Messpunkte erfolgte nach der Methode der
kleinsten Fehlerquadrate (least squares fit) Dabei wurde jede Messung mehrmals
durchgefuumlhrt bis mindestens zwei exakt gleiche Kurven erhalten wurden Fuumlr die endguumlltige
Bestimmung der thermodynamischen Parameter des Gast-Wirt-Komplexes wurde der
Durchschnitt dieser Messungen verwendet Die Abweichung zwischen den Messungen betrug
maximal 10
4 Experimenteller Teil 164
445 Messergebnisse
Titration von Wirt 24 (5010-4 M) mit Thiaminhydrochlorid 75 (7510-3 M) in Wasser Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2312 plusmn 024 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 0774 plusmn 0006 -093 2 -2407 plusmn 016 160 middot 104 plusmn 35 middot 102 0740 plusmn 0004 010
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1 2
4 Experimenteller Teil 165
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1
Titration von Wirt 11 (5010-4 M) mit Acetyl-(S)-lysinmethylesterhydrochlorid 83
(7510-3M) in Wasser
Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2748 plusmn 034 150 middot 104 plusmn 55 middot 102 0651 plusmn 0006 -373 2 -2641 plusmn 016 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 0735 plusmn 0003 -235
2
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
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174
Erklaumlrung
Ich versichere dass ich meine Dissertation
Wasserloumlsliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von
biorelevanten Molekuumllen
selbstaumlndig ohne unerlaubte Hilfe angefertigt und mich dabei keiner anderen als der von mir
ausdruumlcklich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient habe
Die Dissertation wurde in der jetzigen oder einer aumlhnlichen Form noch bei keiner anderen
Hochschule eingereicht und hat noch keinen sonstigen Pruumlfungszwecken gedient
Marburg den 10 Juni 2005
(Michael Fokkens)
175
LEBENSLAUF MICHAEL MILAN FOKKENS
10 Juni 1976 Geboren in Amsterdam (NL)
Juli 1988 Abschluss der Grundschule De Emmausschool Arnhem (NL)
Juni 1995 Erreichen des Diploma voorbereidend wetenschappelijk onderwijs (VWO)
am Thomas a Kempis College Arnhem (NL)
Oktober 1998 Erreichen des Vordiploms in Chemie an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH)
Maumlrz ndash April 2000 Bayer AG Leverkusen Angestellt in der Zentralen Forschung
Januar 2001 Diplompruumlfung des Chemiestudiums an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH) in den Faumlcher Anorganische Chemie Physikalische Chemie
Organische Chemie und Biochemie
September 2001 Abgabe der Diplomarbeit in der Organischen Chemie zum Thema
bdquoNeuartige Inhibitoren der Rezeptor-Tyrosin-Kinasenldquo in dem
Arbeitskreis von Prof Athanassios Giannis an der Universitaumlt
Karlsruhe (TH)
Juli 2005 Ende der Promotion mit dem Thema bdquoWasserloumlsliche molekulare
Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekuumllenldquo
in dem Arbeitskreis von Prof Thomas Schrader an der Philipps-
Universitaumlt Marburg
Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
Seite
Inhaltsverzeichnis I
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Nomenklatur der Aminosaumluren V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
11 Die Natur als Vorbild 1
12 Molekulare Klammern und Pinzetten 2
13 Vorarbeiten 7
14 Aufgabenstellung 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
21 Synthesen 14
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 24
221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
24
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+ 27
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen 38
224 Bindungsexperimente mit Thiamin 48
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer) 55
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 56
231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
56
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen 56
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen 57
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren 60
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
65
236 Einfluss von von dipolaren aprotischen Kosolventien 68
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette) 69
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 70
241 Einleitung 70
242 Theoretische Grundlagen 71
Inhaltsverzeichnis II
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24 77
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 78
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
4 Experimenteller Teil 85
41 Material und Methoden 85
42 Synthesen 88
421 Synthese des Spacers 14 88
422 Synthese der Modellverbindung 92
423 Synthese der Hydroxyklammer 21 97
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10 99
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24 101
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29 103
427 Synthese der Hydoxypinzette 38 108
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11 111
43 NMR-Titrationen 113
431 Durchfuumlhrung 113
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer 115
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette 136
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln 159
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 160
441 Das Messgeraumlt 160
442 Reinigung des Messgeraumltes 161
443 Kalibrierung des Messgeraumltes 161
444 Durchfuumlhrung der Messungen 162
445 Messergebnisse 164
5 Literatur 166
Abkuumlrzungsverzeichnis III
Abkuumlrzungsverzeichnis
Aring Aringngstroumlm (1 Aring = 10-10 m)
abs absolut
Ac Acetyl
AMD altersbedingten Makuladegeneration
AMP Adenosinmonophosphat
ATP Adenosintriphosphat
AZT 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin
A2E N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
ber berechnet
Bu Butyl
CHN Elementaranalyse
CMP Cytidinmonophosphat
COX Cytochrom c Oxidase
d Tag(e)
DDQ 23-Dichlor-56-dicyanobenzochinon
DMAP 4-Dimethylaminophenol-Hydrochlorid
DMF NN-Dimethylformamid
DMSO Dimethylsulfoxid
ESI Elektronenspray Ionisierung
Et Ethyl
FAD Flavin-Adenin-Dinukleotid
gef gefunden
G Gast
GMP Guanosinmonophosphat
h Stunde(n)
HOMO highest occupied molecular orbital
HPLC high perfomance liquid chromatography
HR High Resolution
ITC Isothermale Titrationskalorimetrie
k Kilo- (103)
konz konzentriert
L Liter
LAH Lithiumaluminiumhydrid
Abkuumlrzungsverzeichnis IV
LUMO lowest unoccupied molecular orbital
micro Mikro- (10-6)
m Milli (10-3)
M Molaritaumlt (mol L-1)
Me Methyl
min Minute(n)
MS Massenspektrometrie
NAD+ Nikotinamidadenindinukleotid
NADH Nikotinamidadenindinukleotid
NADP Nikotinamidadenindinukleotidphosphat
NMN Nikotinamidmononukleotid
NMR Kernspinresonanz (Nuclear Magnetic Resonanz)
NOE Nuclear Overhauser Enhancement
p para
Ph Phenyl
ppm parts per million
RT Raumtemperatur
S Stearinsaumlure
Smp Schmelzpunkt
THF Tetrahydrofuran
TMP Thymidinmonophosphat
TPP Thiaminpyrophosphat
UMP Uridinmonophosphat
UV ultraviolett
verd verduumlnnt
VIS sichtbarer Wellenlaumlngenbereich des Lichts
W Wirt
Abkuumlrzungsverzeichnis V
Nomenklatur der Aminosaumluren
Aminosaumlure Dreibuchstabencode Einbuchstabencode
Alanin Ala A
Arginin Arg R
Asparagin Asn N
Asparaginsaumlure (Aspartat) Asp D
Cystein Cys C
Glutamin Gln Q
Glutaminsaumlure (Glutamat) Glu E
Glycin Gly G
Histidin His H
Isoleucin Ile I
Leucin Leu L
Lysin Lys K
Methionin Met M
Phenylalanin Phe F
Prolin Pro P
Serin Ser S
Threonin Thr T
Tryptophan Trp W
Tyrosin Tyr Y
Valin Val V
1 Einleitung und Aufgabenstellung 1
1 Einleitung und Aufgabenstellung
11 Die Natur als Vorbild
In der Natur werden viele molekularbiologische Vorgaumlnge durch intermolekulare
nichtkovalente Wechselwirkungen vermittelt So beruhen unter anderem die
Wechselwirkungen zwischen Enzym und Substrat oder Wirkstoff auf nichtkovalenten
Wechselwirkungen Auch Interaktionen zwischen Proteinen[1] bei Transmembrantransporten
oder bei der Protein- und DNA-Faltung beruhen auf nichtkovalenten Wechselwirkungen[2-4]
Trotz immer umfangreicheren Kenntnissen der biochemischen Systeme bleiben weiterhin
viele Fragen in Hinblick auf die beteiligten intermolekularen Wechselwirkungen offen
Zusaumltzlich werden durch die immer weiter voranschreitenden Genomics- und Proteomics-
Untersuchungen immer mehr Informationen gewonnen aber auch neue Fragen aufgeworfen
Die Kenntnis welche Gene in einem Organismus vorhanden sind und exprimiert werden
koumlnnen (Genomics) reicht nicht um alle biologischen Vorgaumlnge erklaumlren zu koumlnnen Auch die
Kenntnisse daruumlber welche Proteine in einem Organismus vorhanden sind (Proteomics)
helfen nicht weiter Entscheidend ist wie die Proteine miteinander mit kleinen Biomolekuumllen
und mit anderen supramolekularen Verbindungen wechselwirken Molekulare Interaktionen
und chemische Umwandlungen bilden die Grundlage der Biologie[5]
Die supramolekulare Chemie versucht mit einem synthetischen Molekuumll ein anderes Molekuumll
von Interesse uumlber nichtkovalente Wechselwirkungen zu binden und so durch Kombination
von biochemischen und organischen Methoden mehr uumlber die Wechselwirkungen die bei der
Bildung von Komplexen relevant sind zu erfahren[6] Die organische Chemie bietet dabei die
Moumlglichkeit Modellverbindungen mit zu dem Substrat komplementaumlren
Wechselwirkungszentren zu konzipieren und zu synthetisieren[7 8]
Aus der Untersuchung der Wechselwirkungseigenschaften von synthetischen Rezeptoren
ergibt sich neben der verbesserten Syntheseplanung fuumlr neue supramolekulare Komplexe
auch die Moumlglichkeit Wechselwirkungen in biologischen Systemen genauer zu studieren
Diese Erkenntnisse koumlnnen wiederum fuumlr das rationale Wirkstoffdesign benutzt werden[7 9 10]
Zusaumltzlich bieten solche Ergebnisse eine Grundlage fuumlr die Entwicklung von neuen
analytischen und diagnostischen Methoden[7 11]
Mit der Formulierung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips legte Emil Fischer schon fruumlh den
Grundstein der supramolekularen Chemie[12] Das Prinzip erklaumlrt warum Proteine selektiv
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 2
Substrate erkennen koumlnnen Sie nehmen ausschlieszliglich Substrate auf die in ihrer Form und
Anordnung komplementaumlr zur Bindungsstelle im Enzym sind (Abb 11)
Abbildung 11 Schematische Darstellung des Schluumlssel-Schloss-Prinzips
In den 30rsquoer Jahren des letzten Jahrhunderts war zum ersten Mal die Rede von einem
Uumlbermolekuumll im Zusammenhang mit koordinativ gesaumlttigten Komplexen[13] Werden
Bindungsstellen fuumlr nichtkovalente Wechselwirkungen gezielt in ein Molekuumll eingebaut um
damit ein anderes Molekuumll binden zu koumlnnen und so ein Supermolekuumll zu kreieren so spricht
man von der Supramolekularen Chemie[14] Das Supermolekuumll auch Komplex genannt
besteht aus dem Wirtmolekuumll (meistens der groumlszligere der beiden Komplexpartner oder auch
jenes Molekuumll dessen Bindungsstellen bei der Bindung konvergieren) und dem Gastmolekuumll
(das Substrat oder auch jenes Molekuumll das vom Wirt aufgenommen wird)[15 16]
Um eine moumlglichst effektive Komplexbildung zwischen Wirt und Gast zu erreichen sollte der
Wirt sowohl in Bezug auf die sterischen Eigenschaften als auch in Bezug auf die
Bindungsstellen komplementaumlr auf den Gast abgestimmt dh praumlorganisiert werden[17] Eine
geschickte Praumlorganisation soll verhindern dass bei der Bindung des Gastes eine unguumlnstige
Reorganisation des Wirtes stattfinden muss und damit eine entropisch unguumlnstige Situation
entsteht[8]
12 Molekulare Klammern und Pinzetten
In den letzten Jahren hat es viele Ansaumltze gegeben Wirtmolekuumlle zu schaffen die eine
optimale Praumlorganisation der Bindungsstellen sowie eine guumlnstige sterische Konfiguration zur
Aufnahme von Gaumlsten besitzen[18-21] Whitlock et al stellten als erste einen Wirttyp vor der
als molekulare Pinzette bezeichnet wurde[22] Whitlock definierte eine Pinzette als ein
Molekuumll das zwei Bindungsstellen anbietet die von einem Spacer in einem definierten
1 Einleitung und Aufgabenstellung 3
Abstand gehalten und fixiert werden und so einen Gast sandwich-artig umschlieszligen koumlnnen
(Abb 12) Bei den Bindungsstellen handelt es sich in der Regel um Aromaten Spaumlter wurde
die Definition um eine Eigenschaft erweitert es sollte sich bei den angebotenen
Bindungsstellen um Chromophore handeln[23]
GastSpacer
Abbildung 12 Schematische Darstellung der Wirkungsweise einer molekularen Pinzette
Whitlock verwirklichte dieses Prinzip indem er zwei Koffein-Molekuumlle uumlber einen Spacer
miteinander verknuumlpfte Durch Variation des Spacers konnte die optimale Laumlnge ermittelt
werden (Abb 13) Der Einfluss der Praumlorganisation wird deutlich wenn die
Bindungskonstante der Pinzette 2 fuumlr die Bindung zB von 13-Dihydroxynaphthalin-2-
carbonsaumlure mit der Bindung an das entsprechende Monomer 1 verglichen wird Dabei lag die
Bindungskonstante des Monomers 1 im guumlnstigsten Fall (Ka = 47400 M-1 in einem
Zweiphasensystem aus Wasser und Ethylendichlorid) um zwei Groumlszligenordnungen unter der
der Pinzette
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 4
N
N
N
O
O N
NN
O
O
N
N
N
O
O1
2
Abbildung 13 Die von Whitlock vorgestellte Pinzette 2 und das entsprechende Monomer 1
Eine der allgemeinen Forderungen an Pinzetten hatte Whitlock jedoch nicht mit seiner
Pinzette erfuumlllt die Bindungsstellen sind nicht fixiert Die Koffein-Einheiten befinden sich
nicht immer in der syn-Anordnung sondern koumlnnen unabhaumlngig von einander rotieren
Whitlocks Pinzette wurde zum Ursprung fuumlr viele weitere Pinzetten[24-31] Die Faumlhigkeit den
Gast uumlber π-π-Wechselwirkungen und den hydrophoben Effekt zu binden wird bei vielen
Rezeptoren noch um die Moumlglichkeit erweitert Wasserstoffbruumlcken zum Gastmolekuumll
auszubilden Als Beispiel sei hier die Rezeptorfamilie die von Rebek et al auf Basis der
Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelt wurde genannt (Abb 14)[32]
O
OHO
O
O
O OH
O
3
Abbildung 14 Ein Beispiel aus der von Rebek et al auf Basis der Kemprsquoschen Trisaumlure entwickelten Pinzetten-Familie mit zusaumltzlichen Bindungsstellen fuumlr Wasserstoff-Bruumlcken Abgebildet ist ein Rezeptor fuumlr Adenin
Das Problem der freien Rotation der beiden Seitenwaumlnde wurde bei den Systemen von
Zimmerman et al durch eine entsprechende Praumlorganisation verhindert Die Seitenwaumlnde die
durch einen Dibenz[ch]acridin-Spacer fixiert werden sind in ihrer Rotation stark eingegrenzt
Aufgrund ihrer Anordnung kann der Abstand zwischen den beiden Seitenwaumlnden zwischen
627 Aring und 724 Aring variieren und somit kann sich der Rezeptor optimal dem Gast anpassen[23]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 5
Spaumltere Rezeptoren verfuumlgten auszligerdem uumlber die Moumlglichkeit gezielt Wasserstoffbruumlcken
zum Gast ausbilden zu koumlnnen[23]
Abbildung 15 Schematische Darstellung der Pinzetten die von Zimmerman et al konzipiert wurden (links) Rechts ein Beispiel fuumlr diese Anordnung
Ein anderer Ansatz wurde von Nolte et al verfolgt Die Gruppe um Nolte synthetisierte eine
Familie von Pinzetten und molekularen bdquoKoumlrbenldquo auf Basis von Glykoluril (Abb 16) Dieses
Molekuumll besitzt eine konkave Geometrie und ist damit eine gute Grundlage fuumlr groumlszligere
Molekuumlle die einen Hohlraum aufweisen Diese Pinzetten dienen als Rezeptoren fuumlr
13-Dihydroxybenzol Die Bindung erfolgt dabei uumlber eine Kombination aus π-π-Stacking
Wasserstoffbruumlckenbindungen und dem sogenannten Kavitaumltseffekt[33-36] Der Kavitaumltseffekt
aumluszligert sich darin dass es entropisch guumlnstig ist die Kavitaumlt des Rezeptors mit einem Gast
auszufuumlllen und somit Loumlsungsmittelmolekuumlle zu verdraumlngen Durch Variation des Aufbaus
des Rezeptors konnte genau untersucht werden wie hoch die Beitraumlge der
π-π-Wechselwirkungen der Wasserstoffbruumlcken und des Kavitaumltseffekts sind[37]
Obwohl die Rezeptoren urspruumlnglich als biomimetische Katalysatoren gedacht waren stellte
sich bald heraus dass die Rezeptoren in waumlssriger Loumlsung definierte Nanopartikel bilden[35
36]
N
N
O OH
4
724 Aring 627 Aring
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 6
H
NHHN
H
HN NH
OO
N
N
N
NR R
OMe
OMe
OMe
OMe
O
O
N+Br-
R =
5
6
Abbildung 16 Beispiel einer Pinzette (unten) auf Glycoluril-Basis (oben)[35]
Ein aumlhnliches Prinzip wird in den von Harmata et al beschriebenen chiralen Pinzetten
benutzt Als Grundlage dient Kaganrsquos Ether 7 (Abb 17)[38] Da die erste Pinzette dieser
Familie keinen Einschluss von Gaumlsten sondern lediglich eine Selbstassoziation zeigte folgten
bald Derivate mit groumlszligeren Kavitaumlten Diese binden Gaumlste uumlber π-π-Wechselwirkungen[39 40]
Abbildung 17 Kagans Ether 7 (links) und eine chirale Pinzette auf Basis von Kagans Ether (mitte) sowie eine Abbildung der Kristallstruktur des Komplexes mit Maleinsaumlureanhydrid zur Verdeutlichung der raumlumlichen Anordnung[40]
Ebenfalls auf einem cyclischen Ether basieren die Pinzetten von Fukazawa et al (Abb 18)
Obwohl diese Pinzetten nicht in ihrer bdquoU-Formldquo fixiert sind sind sie doch in der Lage
elektronenarme aromatische Gaumlste zu binden Aufgrund ihrer Flexibilitaumlt bilden die Pinzetten
anstatt 11 meist Komplexe 21- oder 12-Komplexe mit dem Gast[41]
O O
8
O
7
1 Einleitung und Aufgabenstellung 7
O
OO
O9
Abbildung 18 Beispiel einer flexiblen Pinzette nach Fukazawa et al (links) und ein Beispiel fuumlr die Struktur eines 21-Komplexes (rechts)[41]
In polar aprotischen Loumlsungsmitteln sind die Beitraumlge der π-π-Wechselwirkungen und
π-Kation-Wechselwirkungen relativ gering[10 42] In protischen Loumlsungsmitteln jedoch sind
die π-Wechselwirkungen viel effektiver vor allem weil sie hier haumlufig mit dem hydrophoben
Effekt gepaart sind wodurch die Bindung von Gaumlsten meist noch effektiver wird Gleichzeitig
birgt dies den Vorteil mehr uumlber biologische Vorgaumlnge lernen zu koumlnnen und eine bessere
Vergleichbarkeit von kuumlnstlichen Systemen mit biologischen Systemen erreichen zu koumlnnen
Aus diesem Grund sind wasserloumlsliche Rezeptoren zusaumltzlich von besonderem Interesse
Daher liegen die Bemuumlhungen vieler Supramolekular arbeitender Gruppen in letzter Zeit auf
der Entwicklung von wasserloumlslichen Rezeptoren[43 44]
13 Vorarbeiten
Vor etwa 10 Jahren stellten Klaumlrner et al eine neue Klasse von Pinzetten vor (Abb 19)[45]
Im Vergleich mit analogen Makrozyklen die bereits zwei Jahre vorher beschrieben wurden
(Abb 19)[46 47] erlauben die Pinzetten ein ausfuumlhrlicheres Gast-Portfolio weil sie nach unten
offen sind Zusaumltzlich koumlnnen sie sich aufgrund einer erstaunlichen Flexibilitaumlt ihrer
Seitenwaumlnde besser an die Geometrie ihrer Gaumlste anpassen[45] Spaumlter wurden auf Basis der
gleichen Spacer-Einheit noch molekulare Klammern entwickelt[48 49] Entgegen der sonst
uumlblichen Bezeichnungsweise bevorzugt Klaumlrner die Bezeichnung Pinzette fuumlr ein Molekuumll
das die Faumlhigkeit besitzt (wie eine Pinzette) um den Gast herum zu greifen Dieser Effekt wird
durch die relativ geringe Energie die zur Veraumlnderung der Winkel zwischen Seitenwand und
Spacer benoumltigt wird verstaumlrkt[50] Molekuumlle mit geraden Seitenwaumlnden werden hingegen als
Klammer bezeichnet Diese Nomenklatur wird im Folgenden beibehalten Die Klammer
besitzt im Gegensatz zu den meisten Makrozyklen eine ausgepraumlgte Selektivitaumlt bezuumlglich der
Substrattopologie da sie zwischen planaren (zyklischen) Gaumlsten und kugelfoumlrmigen Gaumlsten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 8
unterscheiden kann Letztere werden in der schlanken Klammer aus sterischen Gruumlnden nicht
eingeschlossen
Weil viele Pinzetten und Klammern aus ein und demselben Spacer aufgebaut werden kann
man ihre Synthese auch als molekulares bdquoLegoldquo bezeichnen[50] Durch Variation des Spacers
oder der Seitenwaumlnde kann dadurch die Geometrie des Rezeptors optimal auf den Gast
angepasst werden Damit bieten die Pinzetten und Klammern vielfaumlltige und einzigartige
Moumlglichkeiten Vor kurzem wurden von Chen Iptycenchinone vorgestellt die eine aumlhnliche
Geometrie besitzen aber aufgrund ihrer Synthese eine andere Modularitaumlt aufweisen[51]
Pinzette Klammer
OP
O
H3CO
P OCH3
OLi+Li+
OP
OH3CO P
OCH3
O
Abbildung 19 Von Klaumlrner entwickelte Pinzetten und Klammern
Die Pinzetten der Klaumlrner-Gruppe (mit Benzol- oder Naphthalin-Spacer Abb 110) stellten
sich in apolaren Loumlsungsmitteln schon bald als gute Rezeptoren fuumlr Kationen und
elektronenarme Aromaten heraus wie zB fuumlr Terephthalsaumlure-dinitril oder
p-Benzochinon[45 52 53] Das Gastprofil wurde inzwischen um eine Vielzahl von
elektronenarmen Aromaten erweitert Die Bindung erfolgt dabei uumlber dispersive
Wechselwirkungen wie zB π-π- CH-π- und Kation-π-Wechselwirkungen[50 54] Kuumlrzlich
konnte gezeigt werden dass bei der Bindung von 1245-Tetracyanobenzol eine
komplexinduzierte Lumineszenz auftritt Dabei handelt es sich hauptsaumlchlich um eine
Charge-Transfer-Wechselwirkung[55]
1 Einleitung und Aufgabenstellung 9
O
H3CO
CH3
O
Abbildung 110 Pinzette mit Benzol-Spacer (links) und Naphthalin-Spacer (rechts im Komplex mit Tetracyanobenzol)[50]
Durch Variation der Seitenketten Rrsquo wurde der Einfluss der Substituenten auf die Bindung
von Gaumlsten in Chloroform untersucht Dabei wurde festgestellt dass Reste wie -OH -OAc
und -OCONHPh den Gasteinschluss beguumlnstigen waumlhrend -OMe-Reste die Bindung negativ
beeinflussen Die Erklaumlrung folgt aus einer genauen Betrachtung der elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentiale[56 57] und der Roumlntgenstrukturen von solchen Wirt-Gast-Komplexen[57
58] Sie beruht interessanterweise weniger auf einer Aumlnderung des elektrostatischen
Oberflaumlchenpotentials sondern vielmehr auf den unterschiedlichen Groumlszligen und
Konformationen der Substituenten Die -OMe-Reste bevorzugen eine syn-Anordnung zu dem
Grundgeruumlst der Pinzette und blockieren damit die Kavitaumlt Im Falle der Pinzette mit Benzol-
Spacer wird der laumlngere -OCH2COOCH2CH3-Rest sogar in die Kavitaumlt hinein gezogen und
gibt damit einen Hinweis auf einen zusaumltzlichen Einschluss von Gaumlsten mit Alkylketten[57]
Die Pinzette mit Naphthalin-Spacer eignet sich aufgrund ihres breiten Gastprofils sehr gut fuumlr
vertiefende Untersuchungen des Bindungsmodus So konnte im Festkoumlrper-NMR-Spektrum
gezeigt werden dass die Aumlnderung der chemischen Verschiebung der Gast-Protonen (bis zu
3 ppm) noch groumlszliger ist als in Loumlsung Auszligerdem ist im Festkoumlrper-NMR-Spektrum eine
Aufspaltung von in Loumlsung chemisch-aumlquivalenten Protonen sichtbar was den nach
Betrachtung der Experimenten in Loumlsung vorgeschlagenen Bindungsmodus unterstuumltzt[59 60]
Zusaumltzlich wurde gezeigt dass es moumlglich ist einen Wert fuumlr die chemische Verschiebung der
Komplexpartner mit quantenchemischen Methoden vorherzusagen[59-61] Auszligerdem wurde der
Einfluss von Druck und Temperatur auf die Komplexbildung untersucht Dabei wurde
festgestellt dass bei der Komplexbildung teilweise eine groszlige Zunahme der Entropie
stattfindet Dies ist vermutlich auf das Freisetzen von Loumlsungsmittelmolekuumllen bei der
Komplexbildung zuruumlckzufuumlhren[62] Durch kovalente Immobilisierung der Pinzette an einer
stationaumlren HPLC-Phase konnte eine fuumlr elektronenarme Aromaten selektive stationaumlre
HPLC-Phase geschaffen werden Die Retentionszeiten der Gaumlste auf der stationaumlren Phase
korrelieren mit den in Bindungsexperimenten bestimmten Bindungskonstanten[63]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 10
Bis vor kurzem waren jedoch alle Pinzetten und Klammern nur in organischen
Loumlsungsmitteln loumlslich Durch die Einfuumlhrung von Bisphosphonat-Substituenten an die
Klammer mit Benzol-Spacer (Abb 111) wurde es zum ersten Mal moumlglich mit diesem
wertvollen System Studien in Wasser durchzufuumlhren[64 65] Die Klammer kombiniert die
Bindungseigenschaften der Kavitaumlt mit denen der Bisphosphonate Die Erkennung von
Ammonium-[66-68] und Guanidinium-Kationen[69 70] durch p-Xylylenbisphosphonate wurde
bereits von Schrader et al gezeigt Mit dieser wasserloumlslichen Klammer wurde es nun
moumlglich N-Alkylpyridinium-Salze unter anderem auch NAD+ in Wasser zu binden Da in
Wasser die π-π- und π-Kation-Wechselwirkung mit dem hydrophoben Effekt gepaart
werden[71] sind sie viel ausgepraumlgter als in aprotischen Loumlsungsmitteln und es werden houmlhere
Bindungskonstanten erreicht So konnte zum Beispiel fuumlr die Bindung des Kosower Salzes an
der Acetat-Klammer in Chlorform eine Bindungskonstante von 137 M-1 beobachtet
werden[57] Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung desselben Gastes an der Bisphosphonat-
Klammer 10 in Wasser ist uumlber 30 mal houmlher (Ka = 4500 M-1)[64]
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
10
Abbildung 111 Die Bisphosphonat-Klammer 10
14 Aufgabenstellung
Die vorliegende Dissertation beschaumlftigt sich mit der Synthese von kleinen wasserloumlsslichen
molekularen Klammern und Pinzetten deren Eigenschaften und moumlglichen Anwendungen
Im ersten Teil der Arbeit soll die von Christian Jasper aus der Arbeitsgruppe Schrader
erstmals synthetisierte Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb 111) weiter erforscht werden In
ersten von Christian Jasper durchgefuumlhrten Bindungsexperimenten konnten bereits
elektronenarme Aromaten als geeignete Gaumlste identifiziert werden[64 65]
Mit ihrem stark negativen elektronischen Oberflaumlchenpotential in der konkaven Kavitaumlt ist
die Klammer somit optimal fuumlr die Bindung von Gaumlsten mit positivem elektronischem
Oberflaumlchenpotential geeignet (Abb 112)
1 Einleitung und Aufgabenstellung 11
Abbildung 112 Links berechnete Struktur der molekularen Klammer 10 (Monte Carlo Simulation MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Die Elemente sind mit folgenden standardisierten Farben gekennzeichnet Kohlenstoff (blau) Wasserstoff (weiszlig) Sauerstoff (rot) Phosphor (orange) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1[72]
Zusaumltzlich zur Kavitaumlt besitzt die Bisphosphonat-Klammer die Moumlglichkeit ionische
Wasserstoffbruumlcken zum Gast ausbilden zu koumlnnen Die Phosphonate sind aufgrund ihres
pKs-Wertes von 18 in neutraler waumlssriger Loumlsung vollstaumlndig deprotoniert[66] Sie koumlnnen bei
der Einlagerung des Gastes wie eine Zange zugreifen Wasserstoffbruumlcken zum Gast
ausbilden und so die Bindung zusaumltzlich unterstuumltzen (Abb 113) Auszligerdem fuumlhren die
Bisphosphonat-Einheiten zur gewuumlnschten Loumlslichkeit in polaren protischen Loumlsungsmitteln
wie Methanol und Wasser
Abbildung 113 Komplexierung eines Gastes in der Klammer durch Wechselwirkung mit der Kavitaumlt und den Phosphonaten
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Komplexierungsverhalten der Bisphosphonat-Klammer 10
mit verschiedenen physikalischen Methoden naumlher untersucht und beschrieben werden
bull Die Bindung von NAD+ soll genauer untersucht werden insbesondere die Beitraumlge
von Teilstrukturen von NAD+ wie zB von Nicotinamidmononukleotid (NMN) und
Adenosin
-
+
-P
P
G
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 12
bull Falls eine Komplexierung von Adenosin festgestellt wird sollen die anderen
Nukleoside ebenfalls untersucht werden und mit Nukleotiden verglichen werden
bull Das Bindungsverhalten von anderen kationischen biologisch relevanten
Verbindungen insbesondere Aminosaumluren soll uumlberpruumlft werden
bull Das Gastprofil soll um weitere elektronenarme biologisch relevante Aromaten
erweitert werden und auf eventuelle Anwendungen uumlberpruumlft werden
Im zweiten Teil der Arbeit soll die von Markus Kamieth aus der Arbeitsgruppe Klaumlrner
erstmals synthetisierte molekulare Pinzette mit Benzolspacer (Abb 110)[45 73] als
Bisphosphonat-Pinzette 11 synthetisiert werden (Abb 114)
Abbildung 114 Die Bisphosphonat-Pinzette 11
Anschlieszligend sollen die Komplexierungseigenschaften der neuen Pinzette untersucht werden
Die Pinzette besitzt genau wie die Klammer eine extrem elektronenreiche Kavitaumlt (Abb 115)
Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu geschlossen und kann dadurch nur
schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser nicht sehr anspruchsvoll sind
Experimente in organischen Loumlsungsmitteln haben gezeigt dass sekundaumlre Amine ebenfalls
von der (Acetat)-Pinzette komplexiert werden[50] und sogar die Methyl-Gruppe der Methoxy-
substituierten Pinzette in die Kavitaumlt gezogen wird[57] Dies sind Hinweise darauf dass die
Pinzette im Gegensatz zur Klammer ein neuer kuumlnstlicher Rezeptor fuumlr Ammonium-Kationen
in Wasser sein koumlnnte Die Phosphonat-Gruppen koumlnnen dabei wie bei der Klammer den Gast
wie eine Zange umklammern
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
11
1 Einleitung und Aufgabenstellung 13
Abbildung 115 Links berechnete Struktur der molekularen Pinzette 11 (Monte Carlo MacroModel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Rechts berechnetes elektrostatisches Oberflaumlchenpotential der molekularen Klammer mit NH4
+ als Gegenion Die Farbskala reicht von -1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 An der Markierung betraumlgt das molekulare elektronische Potential ndash1301 kJmol[72]
Die Untersuchung der Komplexierungseigenschaften der Pinzette soll sich neben der
allgemeinen Charakterisierung des Gastprofils vor allem auf die Komplexierungsmoumlglichkeit
von biologisch relevanten Verbindungen in waumlssriger Loumlsung konzentrieren mit einer
Betonung auf Amoniumkationen wie Adrenalin und Noradrenalin oder basischen
Aminosaumluren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 14
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21 Synthesen
Sowohl die Acetat-Klammer 12 als auch die Acetat-Pinzette 13 besitzen die gleiche Spacer-
Einheit und lassen sich modular aus dem Acetat-Spacer 14 uumlber Diels-Alder-Reaktionen
aufbauen (Abb 21)[50]
O
O
O
O
1
2 DDQ
Br
Br
Br
BrO
O O
O
H3CO
CH3
O
1213
14
20 29
Abbildung 21 Schematischer Aufbau der Acetat-Klammer 12 und der Acetat-Pinzette 13 aus dem Acetat-Spacer
Anschlieszligend kann die Hydrochinon-Funktionalitaumlt entschuumltzt und dann phosphoryliert
werden Der Spacer wird parallel dazu ebenfalls entschuumltzt und phosphoryliert und soll in
Bindungsstudien als Vergleichssubstanz dienen um nachzuweisen dass eine eventuelle
Bindung in die Rezeptoren durch Einschluss in der Kavitaumlt stattfindet
Synthese des Spacers
Das Grundgeruumlst des Spacers 14 wird mit Hilfe von Diels-Alder-Reaktionen aufgebaut
Zunaumlchst wird Cyclopentadien 15 mit p-Benzochinon 16 umgesetzt (Abb 21)[47] Das
Produkt 17 wird mit Triethylamin umgesetzt und das in situ hergestellte Hydrochinon mit
p-Benzochinon 16 oxidiert Die darauf folgende Umsetzung mit Cyclopentadien 15 liefert das
syn-Addukt 19a als Hauptprodukt[47] Das syn- und das anti-Addukt koumlnnen im 1H-NMR
voneinander unterschieden und durch Umkristallisation voneinander getrennt werden[48 74]
Anschlieszligend wird das syn-Addukt 19a basisch aromatisiert und die entstehenden Hydroxy-
Funktionen als Acetate geschuumltzt[46 47]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 15
O
O
0 degC RT80
O
O
1 Et3N MeOH RT
2 OO
CHCl3 50 degC
O
O
83
Toluol-78 degC RT40 (syn)
O
O
O
O
syn-19a anti-19b
Ac2O DMAPPyridin 40 degC
96
O
O
O
O
15
16
16
1517
18
14
Abbildung 22 Synthese des Benzol-Spacers 14
Synthese der Klammer
In einer weiteren Diels-Alder-Reaktion wird der Spacer 14 mit αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol umgesetzt (Abb 22) Bei dieser Reaktion wird aus dem αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-
xylol 20 durch Eliminierung von zwei Bromatomen in situ ein Dien erzeugt das anschlieszligend
mit dem Spacer 14 reagiert Das dabei entstehende Intermediat wird durch eine weitere
Eliminierung von zwei Molekuumllen Bromwasserstoff aromatisiert[48 74] Die Acetat-Klammer
12 wird danach basisch verseift[48 74] Die entstandene Hydroxy-Klammer 21 wird
anschlieszligend mit Methylphosphonsaumluredichlorid phosphoryliert Nach saurer Hydrolyse der
intermediaumlr entstandenen Methylphosphonsaumlurechlorid-Klammer wird die
Methylphosphonsaumlure-Klammer 22 erhalten[64 65] Da die Phosphonsaumlure 22 nur in sehr
geringem Maszlige in Methanol oder Wasser loumlslich ist wird durch Deprotonierung mit
Tetrabutylammoniumhydroxid das in nahezu allen Loumlsungsmitteln gut loumlsliche
Tetrabutylammoniumsalz 10 hergestellt[64 65] Alternativ zu Tetrabutylammoniumhydroxid
wurde von der Arbeitsgruppe Klaumlrner auch Lithiumhydroxid eingesetzt da in
Bindungsexperimenten festgestellt wurde dass das Tetrabutylammonium-Ion ebenfalls in der
Kavitaumlt eingeschlossen wird und daher eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste darstellt[75]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 16
Aufgrund der sehr aufwendigen Aufreinigung der Phosphonsaumlure-Klammer 22 wurde ein
alternativer Weg zur Darstellung des Phosphonatsalzes 24 entwickelt (Abb 24) Dabei wird
nach der Phosphorylierung mit Methylphosphonsaumluredichlorid nicht waumlssrig sondern mit
wasserfreiem Methanol hydrolysiert Der dabei erhaltene Methylphosphonsaumluremethylester
23 ist leichter uumlber Kieselgel zu reinigen und kann abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten
werden Dieser Reaktionsweg hat auszligerdem den Vorteil dass das Endprodukt nicht mehr mit
sonst unvermeidlichen geringen Mengen Kieselgel verunreinigt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 17
O
O
O
O
Br
Br
Br
Br
2
NaI CaCO3 DMF100 mbar 55 degC
O
O
O
O
68
NaOHH2O EtOH RT97
OH
OH
O
O
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT66
P
P
O
HO
O
OH
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Bu4NOHH2O CH2Cl2 RTquantitativ
20
1412
21
22
10
Abbildung 23 Synthese der Tetrabutylammonium-bisphosphonat-Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 18
OH
OH
O
O
P
P
O
O
O
O
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT55
LiBr 2-Hexanon 120 degC81
21
23
24
Abbildung 24 Alternative Synthese des Bisphosphonat-Salzes 24
Parallel zur Synthese der Klammer wurde nach demselben Protokoll auch der Spacer 14
phosphoryliert (Abb 25) Der phosphorylierte Spacer soll in Bindungsexperimenten als
Vergleichssubstanz dienen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 19
O
O
O
O
LAH THF ∆
98
OH
OH
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 HClH2O n-Hexan RT 50
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT 65
O
O
P
P
O
HO
OH
O
O
O
P
P
O
O
O
O
Bu4NOHH2OCH2Cl2 RTquantitativ
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
LiBr Acetonitril 85 degC73
2 Li+
O
O
P
P
O
-O
O
O-
14 25
26
27
27
28
Abbildung 25 Phosphorylierung des Spacers
Synthese der Pinzette
Analog zur Synthese der Klammer 12 kann auch die Pinzette 13 aus dem Spacer 14 durch
Diels-Alder-Reaktionen und einem Baustein fuumlr die Seitenwand aufgebaut werden Alternativ
zur bereits bekannten Synthese des Diens 29[76 77] wird eine von der Gruppe Klaumlrner
entwickelte Synthese benutzt welche bessere Ausbeuten liefert Die erste Stufe besteht aus
einer Diels-Alder-Reaktion von Maleinsaumlureanhydrid 30 mit Inden 31 welches aufgrund der
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 20
hohen Reaktionstemperatur in situ zum Dien umlagert (Abb 26)[73] Anschlieszligend wird das
Anhydrid 32 geoumlffnet und der entstandene Diester 33 basisch epimerisiert da die
nachfolgenden Reaktionen wegen der sterischen Naumlhe der beiden Gruppen eine erheblich
geringere Ausbeute erbringen wenn sie mit dem reinen Endo-Produkt 33 durchgefuumlhrt
werden[73] Der epimerisierte Diester 34 wird danach mit Lithiumaluminiumhydrid zum
Dialkohol 35 reduziert[73] und anschlieszligend in einer Appel-aumlhnlichen Reaktion chloriert[73 78]
Nach doppelter basischer Eliminierung wird das Dien 29 erhalten[73]
O
O
O
p-HydrochinonTetralin 200degC
O
O
O
O
O
O
O
AcCl MeOH40 degC
20 93
NaOMeMeOH ∆quantitativ
O
O
O
O
LAH THF70degCOH
OH
KOH 18-Krone-6THF 40 degC90
ClCl
PPh3Cl2PyridinCH3CN CH2Cl255 degC
74 94
3031
32 33
343536
29
Abbildung 26 Synthese der Seitenwand 29 der Pinzette
Das Grundgeruumlst der Pinzette wird in zwei Schluumlsselschritten aufgebaut Zuerst werden in
einer Diels-Alder-Reaktion die Seitenwaumlnde 29 mit dem Spacer 14 verknuumlpft Es hat sich
herausgestellt dass die Bedingungen fuumlr diese Reaktion aumluszligerst sorgfaumlltig eingestellt werden
muumlssen Die Loumlsung in der Ampulle soll bevor sie zugeschmolzen wird gruumlndlich entgast
werden und unter Vakuum abgeschmolzen werden Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Anschlieszligend werden mit 23-Dichlor-56-dicyano-
benzochinon (DDQ) die in der letzten Reaktion gebildeten Sechsringe aromatisiert[53 73]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 21
2
O
O
O
O
O
O
O
O
Toluol Acetonitril Et3NAmpulle 170 degC41
DDQ Toluol 120 degC82
O
O
O
O
29
14
37
13
Abbildung 27 Darstellung des Pinzetten-Grundgeruumlstes
Die Acetoxyfunkionen werden mit Lithiumaluminiumhydrid entschuumltzt (Abb 27)[53 73] Die
darauffolgende Reaktion mit Methylphosphonsaumluredichlorid und die anschlieszligende Hydrolyse
mit SalzsaumlureWasser ergab laut DC-Kontrolle zwar das Produkt dieses konnte jedoch trotz
aufwendiger Saumlulenchromatographie nur in sehr geringer Ausbeute und wegen des polaren
Elutionsmittels immer noch stark verunreinigt isoliert werden Deswegen wurde die Reaktion
mit Methylphosphonsaumluredichlorid hier mit Methanol abgebrochen (Abb 28) Das Produkt
39 kann einfach uumlber Kieselgel saumlulenchromatographisch gereinigt werden und der als
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 22
Nebenprodukt entstandene Methylphosphonsaumluredimethylester durch Trocknen im
Hochvakuum bei etwa 50 degC entfernt werden Der Methylphosphonsaumluremethylester 39 wird
abschlieszligend mit Lithiumbromid gespalten Das erhaltene Bisphosphonat-Salz 11 ist gut in
polar aprotischen und protischen Loumlsungsmitteln wie DMSO Acetonitril Methanol oder
Wasser loumlslich
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 23
Abbildung 28 Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11
O
O
O
O
OH
OH
O
O
P
P
OO
O
O
O
O
P
P
OO-
O
O-
2 Li+
1 Et3N POMeCl2 THF 0 degC RT2 MeOH RT56
LAH THF ∆98
LiBr Acetonitril ∆80
13
38
39
11
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 24
22 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Klammer 221 Eigenschaften der Bisphosphonat-Klammer und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Die Komplexierungseigenschaften der Klammer wurden hauptsaumlchlich mit 1H-NMR-
Methoden untersucht Um festzustellen ob eine Komplexierung des Gastes stattfindet
wurden die chemischen Verschiebungen der Gastprotonen und der Wirtprotonen in einer
11-Mischung mit den chemischen Verschiebungen der reinen Wirt- und der reinen
Gastprotonen verglichen Eine markante Hochfeld-Verschiebung im Komplex im Vergleich
zu den chemischen Verschiebungen der reinen Verbindungen weist auf eine Veraumlnderung der
chemischen Umgebung hin und hier spezifisch auf einen Einschluss in der Kavitaumlt Dabei ist
darauf zu achten dass alle Loumlsungen die gleiche Konzentration haben um eventuelle
konzentrationsabhaumlngige Aumlnderungen auszuschlieszligen
Falls die gewuumlnschte Aumlnderung der chemischen Verschiebung beobachtet wird wird die
Loumlsung anschlieszligend schrittweise verduumlnnt Aus dieser Verduumlnnungstitration kann die
Bindungskonstante ermittelt werden[79] Dabei muss allerdings beachtet werden dass Signale
die waumlhrend der Verduumlnnungstitration beobachtet werden keinen konzentrationsabhaumlngigen
Shift aufweisen Um dies sicherzustellen wurde immer parallel zur Titration eine Probe des
Gastes bei der entsprechenden Anfang- und Endkonzentration vermessen Zeigten die
beobachteten Gast-Signale einen konzentrationsabhaumlngigen Shift dann wurde eine
konventionelle NMR-Titration durchgefuumlhrt bei der die Konzentration der beobachteten
Komponente konstant gehalten wurde waumlhrend die andere Komponente sukzessive
hinzutitriert wurde
Vor der Durchfuumlhrung der Bindungsexperimente wurde die Bisphosphonat-Klammer 10 auch
auf Veraumlnderungen ihrer chemischen Verschiebungen bei Verduumlnnung hin uumlberpruumlft Bei
einer Verduumlnnung um einen Faktor von uumlber 30 wurde festgestellt dass die aromatischen
Signale der Bisphosphonat-Klammer 10 in waumlssriger Loumlsung lediglich einen
nichtsignifikanten Shift von etwa 003 ppm zeigten Die aliphatischen Signale des
Tetrabutylammoniums jedoch zeigten einen deutlichen Hochfeld-Shift von 011 bis 014 ppm
Dies weist auf einen Einschluss des Tetrabutylammoniums in der Kavitaumlt der Klammer hin
Weiterfuumlhrende Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner zeigten dass dieser Effekt
geringer wird wenn das Loumlsungsmittel unpolarer wird und anstatt von reinem Wasser ein
MethanolWasser-Gemisch (11) oder reines Methanol verwendet wird Auszligerdem ergaben
direkte Vergleiche zwischen Assoziationskonstanten von Komplexen des
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 25
Tetrabutylammoniumsalzes 10 und des Lithiumsalzes 24 mit NAD+ dass das
Tetrabutylammonium eine Konkurrenz fuumlr Gaumlste bei der Komplexierung darstellt[75] Aus
diesem Grund und wegen der einfacheren Aufreinigung des Bisphosphonsaumlureesters 23
wurden ab diesem Zeitpunkt alle weiteren Bindungsexperimente mit dem Lithiumsalz 24
durchgefuumlhrt
Zur quantitativen Auswertung der Bindungsexperimente wurden in der Regel die stark
shiftenden Signale der Gast-Molekuumlle benutzt Bei den Bindungsexperimenten mit
N-Alkylpyridiniumsalzen und der Bisphosphonat-Klammer 10 wurden in der Regel die
Signale des Wirtes zur Auswertung benutzt um eine bessere Vergleichbarkeit mit den
fruumlheren Ergebnissen von Christian Jasper zu erhalten
In ersten Bindungsexperimenten mit der Bisphosphosphonat-Klammer 10 konnte Christian
Jasper beobachten dass die Klammer in waumlssriger Loumlsung keine Wechselwirkung mit
Ammonium-Verbindungen eingeht In DMSO findet eine Bindung statt jedoch ist diese
hauptsaumlchlich auf eine Wechselwirkung zwischen den Bisphosphonat-Einheiten und dem
Ammonium-Kation zuruumlckzufuumlhren wie Vergleiche zwischen der Bisphosphonat-Klammer
10 und dem Bisphosphonat-Spacer 27 zeigten Sowohl die Bisphosphonat-Klammer 10 als
auch der Bisphosphonat-Spacer 27 binden in DMSO Ammoniumkationen mit einer
Bindungskonstante von etwa 103 M-1 Auszligerdem wurde im 1H-NMR-Spektrum kein
Hochfeldshift der Bisphosphonat-Klammer-Signale beobachtet Daraus laumlsst sich schlieszligen
dass die Kavitaumlt hier nicht an der Bindung beteiligt ist welche daher vor allem auf Coulomb-
Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem positiv geladenen
Ammoniumkation beruht[64]
Im Rahmen dieser Arbeit sollte die Inklusion weiterer potentieller kationischer Gaumlste
uumlberpruumlft werden Von besonderem Interesse waren dabei zunaumlchst die basischen
Aminosaumluren Arginin und Histidin da diese bei spaumlteren Versuchen in biologischer
Umgebung eine Konkurrenz zur Bindung von NAD+ in der Klammer darstellen wuumlrden
Sowohl Arginin als auch Histidin erscheinen mit ihrer planaren kationischen Struktur
praumldestiniert fuumlr die Komplexierung im elektronenreichen schlanken Innenraum der Klammer
Weder Guanidinumhydrochlorid 40 noch C- und N-terminal geschuumltztes Arginin 41 zeigten in
waumlssriger Loumlsung jedoch eine Wechselwirkung mit der Klammer 10
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 26
NH2+ Cl-
NH
H2N
NH2+ Cl-
NH
H2NNHBz
CO2Et40 keine Shifts 41 keine Shifts
Abbildung 29 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete guanidiniumhaltige Gaumlste
Im Falle von Histidin wurde der Nachweis einer moumlglichen Komplexierung dadurch
erschwert dass der Imidazolium-Ring einen relativ niedrigen pKs-Wert von ca 6 hat
Aufgrund dieses niedrigen pKs-Wertes zeigen alle Imidazolium-Derivate (Abb 210) eine
signifikante konzentrationsabhaumlngige Aumlnderung der chemischen Verschiebung ihrer
aromatischen Signale Aus diesem Grund wurde stets bei gleichbleibender Konzentration
titriert Sowohl Imidazoliumhydrochlorid 42 als auch Histaminhydrochlorid 43 zeigten
waumlhrend der Titration zwar deutliche Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber die
Auftragung der Shifts ergab keine Saumlttigungskurve Im Vergleich dazu wurden beim C-
terminal geschuumltzten Histidin nur sehr geringe Shifts beobachtet Das C- und N-terminal
geschuumltzte Histidin 45 zeigte zwar auch Shifts aber es war nicht moumlglich hierzu eine
Bindungskonstante zu bestimmen Da die Shifts in fast allen Faumlllen auf eine
Protonenuumlbertragung schlieszligen lieszligen weil der Endwert der chemischen Verschiebung in der
Naumlhe der deprotonierten Spezies lag wurde das C- und N-terminal geschuumltzte Histidin 45
ebenfalls in Natriumphosphatpuffer (pH 7 65-facher Puffer-Uumlberschuss) titriert Auch hier
waren Shifts im Histidin zu beobachten nicht allerdings in der Bisphosphonat-Klammer 10
Insgesamt erscheint es unwahrscheinlich dass die beobachteten Shifts auf einen Einschluss in
der Kavitaumlt zuruumlckzufuumlhren sind da bei einer Komplexierung immer auch signifikante
Hochfeld-Shifts der aromatischen Protonen der Bisphosphonat-Klammer auftreten
Das NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 ist im Gegensatz zu den anderen getesteten
Imidazolium-Derivaten ein permanentes Kation ndash die Hydrochloride liegen immer im
Gleichgewicht mit ihrer deprotonierten Form vor 46 wird daher auch mit einer
Bindungskonstante von 7940 M-1 in der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Hier treten
wieder alle gewohnten Effekte auf
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 27
N+
N
H
H
Cl- N+
N
H
H
NH3+
2 Cl-N+
N
H
H
NH3+
CO2Me
2 Cl-
N+
N
H
H
NH
CO2Me
OOCl-
42 Shifts keineSaumlttigung
43 Shifts keineSaumlttigung
44 kleine Shifts 45 Shifts
N+
N
I-
46 Ka = 7940 M-1
081
Abbildung 210 Mit der Bisphosphonat-Klammer 10 getestete imidazoliumhaltige Gaumlste Die angegebene Bindungskonstante sowie der ∆δsat-Wert gelten fuumlr die Bindung in Wasser
222 N-Alkylpyridiniumsalze und NAD+
Im Gegensatz zu den in Wasser abgewiesenen Ammoniumkationen zeigt die Bisphosphonat-
Klammer 10 eine starke Komplexierung von N-Alkylpyridiniumkationen und verwandten
Verbindungen in ihrer Kavitaumlt In ersten Untersuchungen die von Christian Jasper
durchgefuumlhrt wurden stellte sich heraus dass die Bisphosphonat-Klammer 10
N-Alkylpyridiniumkationen in Wasser mit einer Affinitaumlt von mindestens 103 bis 104 M-1
bindet (Abb 211 und 212)[64 65] Auffaumllligerweise werden in protischer Loumlsung nur
permanente Kationen komplexiert Hydrochloride wie zB Pyridinhydrochlorid werden nicht
eingeschlossen Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass keine permanente Ladung
vorhanden ist oder eine groszlige Solvatationshuumllle vorhanden ist welche nicht von der
Bisphosphonat-Klammer 10 entfernt werden kann Von besonderem Interesse sind neben den
N-Alkylpyridinium-Farbstoffen (Abb 211) der Cofaktor NAD+ 52 und dessen
Modellverbindung N-Methyl-Nikotinamid 51 (Abb 212)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 28
H H
H
H
H HN+
N(n-Bu)2
I-
N+ N+ OH
2 BF4-
094
256 243
085
074
-010 -009 H H H049049060
085
47 48
Abbildung 211 Getestete Farbstoffe auf N-Alkylpyridinium-Basis Die ∆δsat-Werte fuumlr die Bindung in Wasser sind an den Protonen vermerkt
OHOH
N+O
ON+ N
I- I-
N+
NH2
O
I-
N
NN
N
NH2
O
OHOH
OPOO-
OPO
OOHO
N+
NH2
O
50 Ka = 9400 M-149 Ka = 4800 M-1 51 Ka = 12700 M-1
52 Ka = 6500 M-1
HH
HH
H
HH
020
018016
028036
048
049
H
HH
H175
228262
124076
Abbildung 212 Getestete N-Alkylpyridiniumsalze und N-Alkylpyraziniumiodid 50 Die angegebenen Bindungskonstanten gelten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser Beim Nikotinamid 51 und NAD+ 52 sind die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen in ppm angegeben
Im Gegensatz zu den bereits bekannten Pinzetten von Nolte et al ndash die aufgrund ihrer
Praumlorganisation ebenfalls flache Pyridiniumkationen binden koumlnnen ndash erlaubt die
Bisphosphonat-Klammer 10 die Untersuchung dieser Komplexierung in Wasser Auszligerdem
besitzt die Bisphosphonat-Klammer 10 ein selektiveres Gastprofil das sich auf
elektronenarme Aromaten zu begrenzen scheint wohingegen Noltersquos Klammer einen Vielzahl
an aromatischen Gaumlsten wie zB verschiedene Phenole einschlieszligt[34 80]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 29
Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Farbstoffen
Bei der Bindung der Farbstoffe aus Abb 211 in der Bisphosphonat-Klammer 10 konnten
trotz eindeutiger Shifts im 1H-NMR-Spektrum keine Farbaumlnderung oder eine Aumlnderung des
UVVis Spektrums beobachtet werden[64] Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein weiterer
N-Alkylpyridinium-Polymethin-Farbstoff 53 untersucht (Abb 213) Aufgrund seiner
geringen Loumlslichkeit wurde lediglich ein 21-Gemisch aus Bisphosphonat-Klammer 10 und
Farbstoff betrachtet Das Gemisch zeigt auch hier im 1H-NMR-Spektrum aufgrund der stark
verschobenen aromatischen Signale eindeutige Hinweise auf eine Komplexierung (Abb
213) jedoch trat auch in diesem Fall keine Farbaumlnderung bei der Komplexierung auf
Moumlglicherweise ist der HOMO-LUMO-Abstand zwischen dem Naphthalin-Donor und dem
Pyridinium-Akzeptor zu groszlig
NN+
Br
BF4-
025
025
050-065
53 WirtGast = 21-Gemisch
00
Abbildung 213 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung von Polymethin-Farbstoff 53 im 21-Gemisch mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Bindungsexperimente mit NAD+ und NAD+-Modellverbindungen
NAD+ 52 und NADP 57 gehoumlren zu den wichtigsten Cofaktoren die in der Natur
vorkommen Bei nahezu einem Viertel aller bekannten enzymatischen Reaktionen handelt es
sich um Redox-Reaktionen Ein Groszligteil der beteiligten Enzyme braucht NAD+ 52 oder
NADP 57 als Cofaktor[81] Dehydrogenasen katalysieren zB mit Hilfe dieser Cofaktoren die
Oxidation von Alkoholen zu den entsprechenden Carbonyl-Verbindungen[82-84] Auszligerdem
spielt NAD+ 52 eine wichtige Rolle bei der Replikation und Reparatur der DNA die DNA-
Ligase die sowohl an der Replikation als auch an der Reparatur der DNA beteiligt ist braucht
NAD+ 52 als Cofaktor zur Uumlbertragung eines Adenosyl-Restes auf das 5rsquo-Ende eines DNA-
Einzelstrangbruchs[82 85 86] Im Enzym befindet sich NAD+ haumlufig in der sogenannten
Rossmann-Falte[87-89] Sowohl das Adenin als auch das Nikotinamid befinden sich in einer
hydrophoben Tasche und werden dort von hydrophoben Wechselwirkungen und dispersiven
Kraumlfte gehalten[90]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 30
Die bislang bekannten kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr NAD+ 52 nutzen fuumlr ihre Komplexierung
die Wechselwirkung zwischen den negativ geladenen Phosphaten des NAD+ 52 und einem
makrozyklischen Anionen-Rezeptor[91] einem acridiniumfunktionalisierten
Azakronenether[92] oder protonierten Azakronenether[93] Der Nikotinamidring an dem die
Katalyse stattfindet wurde bislang jedoch nicht gezielt komplexiert
Wegen der groszligen Bedeutung von NAD+ 52 waren die anfangs noch von Christian Jasper
durchgefuumlhrten Untersuchungen von besonderem Interesse Bereits in den ersten
Bindungsexperimenten mit NAD+ 52 waren nicht nur Shifts bei den Protonen des
Nikotinamids zu sehen sondern auch bei denen des Adenins (Abb 212) Diese Befunde
werden von Molecular Modelling Untersuchungen unterstuumltzt (Abb 214)[64 65] Waumlhrend das
Nikotinamid sich in der Kavitaumlt befindet orientiert sich das Adenin-Ringsystem parallel zur
Naphthalin-Seitenwand der Bisphosphonat-Klammer 10 Denkbar waumlre jedoch auch eine
Struktur bei der sich das Adenosin in der Kavitaumlt befindet und das Nikotinamid auszligen an der
Naphthalin-Seitenwand andockt Von der Seite betrachtet befinden sich in beiden Faumlllen die
vier Ringssysteme uumlbereinander und koumlnnen so π-π-Stapelwechselwirkungen ausbilden Um
mehr Informationen uumlber die tatsaumlchliche Struktur des Komplexes zu gewinnen wurde im
Rahmen dieser Arbeit die Komplexierung von Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54 und
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 in der Bisphosphonat-Klammer 10 getrennt untersucht
um die einzelnen Beitraumlge der beiden Bestandteile von NAD+ zu quantifizieren Die
verhaumlltnismaumlszligig niedrigen ∆δsat-Werte des Komplexes von NAD+ und der Bisphosphonat-
Klammer 10 deuten daraufhin dass der Nikotinamid-Ring sich nicht permanent in der Kavitaumlt
befindet Bei einer dauerhaften Komplexierung muumlssten die beobachtete Werte deutlich houmlher
liegen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 31
Abbildung 214 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Zwischen den Strukturen gibt es lediglich eine Energiedifferenz von etwa 1 kJmol
Wie bereits nach der Betrachtung der Molecular Modelling Ergebnisse vermutet wurde bildet
die Bisphosphonat-Klammer 10 auch Komplexe mit dem natuumlrlichen Nucleosid
2rsquo-Desoxyadenosin 55 oder AMP 56 aus (Abb 215) 2rsquo-Desoxyadenosin 55 wird mit einer
auffaumlllig hohen Bindungskonstante gebunden (Ka = 5151 M-1) waumlhrend AMP 56 mit einer
deutlich geringeren Bindungskonstante gebunden wird (Ka = 1126 M-1) Dieser Unterschied
deutet darauf hin dass sich das negativ geladene Phosphat des AMP 56 und die ebenfalls
negativ geladenen Phosphonate des Wirtes 10 gegenseitig abstoszligen und so die Bindung
schwaumlchen Die im Vergleich zu NAD+ 52 etwas schwaumlchere Bindung von NADP 57
unterstuumltzt diese Uumlberlegung Dies spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen
der beiden Komplexe wieder (Abb 216) Im Gegensatz zum 2rsquo-Desoxyadenosin 55 ist AMP
56 unter Verzicht auf eine Ribose-OH-Phosphat-Wasserstoffbruumlcke so in der Kavitaumlt
angeordnet dass sein Phosphat moumlglichst weit von den Phosphonaten des Wirtes entfernt ist
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 32
H
O
OH
HO
H
N
NN
N
NH2
HH
O
OH
O
N
NN
N
NH2
HPO
NaOONa
025
044
020
018
O
OHOH
OPO-
OHO
H
N+
NH2
O
H
HH
H020
025
044046
009
N
N N
N
NH2
O
O OH
O POH
OHH
H
O
OHOH
OPO-
OO
H
N+
NH2
O
H
HH
H
049
036
028
016018
020
048
P OHOO-
NMN 54 Ka = 6760 M-1 plusmn 23
55 Ka = 5151 M-1 plusmn 6 AMP 56 Ka = 1126 M-1 plusmn 19
NADP 57 Ka = 1444 M-1 plusmn 14
Abbildung 215 Bindungsexperimente mit NADP 57 und NAD+-Teilstrukturen Die ∆δmax-Werte der jeweiligen Protonen sind in ppm angegeben
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 33
Abbildung 216 Berechnete Strukturen der Komplexe von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 (links) und AMP 56 (rechts) in der Bisphosphonat-Klammer 10 (links) in der Bisphosphonat-Klammer 56 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Da AMP 56 immerhin von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden wird kann davon
ausgegangen werden dass auch der Adenin-Teil des NAD+ 52 in der Kavitaumlt der Klammer 10
gebunden wird Es ist also anzunehmen dass ein dynamisches Gleichgewicht vorliegt in dem
ein Teil der Nikotinamid-Reste und ein Teil der Adenin-Reste eingeschlossen ist Allerdings
deutet die erheblich staumlrkere Bindung des NMN 54 im Vergleich zum AMP 56 daraufhin
dass mehr Nikotinamid als Adenin gebunden vorliegt Dieses Gleichgewicht muss auf der
NMR-Zeitskala schnell sein da nur gemittelte ∆δsat-Werte ermittelt werden koumlnnen und keine
Aufspaltung der entsprechenden Signale beobachtet wird
Ein Vergleich der beiden elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale unterstuumltzt diese Annahme
erheblich der Nikotinamid-Ring ist insgesamt viel positiver geladen als der Adenin-Ring
(Abb 217) Es sollte allerdings beruumlcksichtigt werden dass die elektronischen
Oberflaumlchenpotentiale in der Gasphase berechnet werden und die elektrostatische
Wechselwirkung zwischen den polarisierten Aromaten in waumlssriger Loumlsung nicht allein an der
Komplexierung beteiligt ist Wenn die elektrostatische Wechselwirkung zwischen Gast- und
Wirtaromat in waumlssriger Loumlsung ausschlaggebend waumlre dann wuumlrde im Falle des NAD+ 52
gar keine Komplexierung des Adenins stattfinden Dies deutet daraufhin dass andere Effekte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 34
wie zB der hydrophobe Effekt und dispersive Kraumlfte auch eine wichtige Rolle bei der
Komplexierung spielen
Abbildung 217 Die Struktur (links) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (rechts) von NAD+ 52 Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau) berechnet mit AM1 aus der Struktur von NAD+ im Komplex welche aus einer Monte Carlo-Berechnung erhalten wurde[72]
Der Komplex von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 konnte trotz
seiner relativ geringen freien Bindungsenergie zusaumltzlich in ESI-MS-Spektren nachgewiesen
werden (Abb 218)
Abbildung 218 ESI-MS-Spektrum des Komplexes von 2rsquo-Desoxyadenosin 55 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Das Spektrum wurde im negativen Bereich aufgenommen Die berechnete Massen sind [10+55]2- 421 [10-OPOMe]- 515 [10+H+]- 593 [10+Na+]- 615 [10+Bu4N+]- 834 [10+Bu4N++Na+] 866 [10+Bu4N++55]- 1085 Uumlber mz = 1100 wurden keine Peaks gefunden
Neuere Untersuchungen der Arbeitsgruppe Klaumlrner haben gezeigt dass die Komplexierung
von NAD+ 52 stark pH-Wert abhaumlngig ist Bei Betrachtung des Komplexes aus NAD+ 52 und
der Bisphosphonat-Klammer 24 in Puffer wurden wieder die gewohnten starken Hochfeld-
Shifts beobachtet Somit scheint die Komplexierung stark vom Protonierungsgrad der
Phosphate abhaumlngig zu sein[94]
mz400 600 800 1000
Cou
nts
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1085
834
615593
515
421866
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 35
Bindungsexperimente mit A2E
Ein weiterer Naturstoff auf N-Alkylpyridinium-Basis ist N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin
(A2E) 58 (Abb 219) A2E 58 spielt eine maszliggebliche Rolle bei der Entstehung der
altersbedingten Makuladegeneration (AMD) AMD ist eine der Hauptursachen fuumlr
altersbedingte Sehstoumlrungen[95 96] Weltweit sind ca 25 der uumlber 75-jaumlhrigen von
unterschiedlichen Stufen dieser Erkrankung betroffen Fuumlr 5 dieser Altersgruppe hat die
Krankheit eine hochgradige Sehbehinderung zur Folge[97] Man unterscheidet zwischen der
feuchten und trockenen Form der AMD Die feuchte Form wird durch abnorme Blutgefaumlszlig-
Bildung in der Makula und unter der Retina verursacht Die trockene Form an der 90 der
Patienten leiden wird durch Ablagerungen auf der Makula verursacht Dadurch kommt es zu
einer Makula-Atrophie und die Funktion der Lichtrezeptoren ist stark eingeschraumlnkt
Hauptsaumlchlich der retinale Pigmentepithel ist von der AMD betroffen Genaue Ursachen
dieser Krankheit sind bislang weitgehend unbekannt Therapiemoumlglichkeiten gibt es bis zum
heutigen Tage noch nicht aber es gibt Moumlglichkeiten das Fortschreiten der Krankheit mit
negativ geladenen Phospholipiden wie zB Phosphatidylglycerol[98] blaues Licht filternden
Molekuumllen wie Lutein[98] oder durch das Implantieren von einer blaues Licht filternden Linse
zu bremsen[99] Diese Methoden haben bislang jedoch noch keine klinische Anwendung
A2E 58 und seine Isoform mit einer cis-Doppelbindung in Nachbarstellung zum Pyridinring
iso-A2E kommen gehaumluft in den Lysosomen und Mitochondrien der Zellen der Retina
vor[100-103] Mit steigendem Alter nimmt die Konzentration an A2E 58 in den Epithelialzellen
zu[104] Die Uumlberlastung der Epithelialzellen mit diesem Kation ist vermutlich die Ursache fuumlr
die pathogenen Schritte Zwar initiiert A2E 58 die Freisetzung der pro-apoptotischen Proteine
Cytochrom c und dem Apoptose-induzierenden Faktor aber A2E 58 ist kein generelles
mitochondriales Gift A2E 58 verhindert die kardiolipinvermittelte Bindung von Cytochrom c
an die Cytochrom c Oxidase (COX) Vermutlich konkurriert A2E 58 mit Kardiolipin bei der
Bindung an Cytochrom c Dies fuumlhrt zu einer Anhaumlufung an Cytochrom c in der Zelle was
einerseits eine Unterbrechung der Atmungskette der Zelle und damit die Entstehung von
oxidativem Stress und andererseits die Ausloumlsung der Apoptose zur Folge hat[98]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 36
Abbildung 219 A2E 58 mit ∆δmax fuumlr die Bindung in Methanol-d4D2O = 31 (links) und die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von A2E 58 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Diese Struktur entspricht der mit einer Wasserbox berechneten (Sybyl 67 Tripos Kraftfeld)[105]
Aufgrund der geringen Loumlslichkeit von A2E 58 in Wasser wurde die NMR-Titration mit der
Bisphosphonat-Klammer 10 in einem Methanol-d4D2O-Gemisch durchgefuumlhrt Das
Bindungsexperiment zeigte deutliche Hochfeld-Shifts der aromatischen Gast-Protonen aber
aufgrund der Komplexitaumlt des Spektrums war es nur moumlglich fuumlr ein Proton ∆δmax zu
bestimmen Die resultierende Bindungskonstante ist vergleichbar mit denen anderer
N-Alkylpyridiniumsalze Im Molecular Modelling-Bild zeigt sich warum die
Bindungskonstante von etwa 2000 M-1 trotz sterisch relativ anspruchsvollen Substituenten am
Pyridiniumring nur unwesentlich niedriger ist als bei den anderen Pyridinium-Derivate Trotz
der sperrigen Substituenten ist es immer noch moumlglich den Pyridinium-Ring zu komplexieren
ohne dass die Substituenten dabei stoumlren Um den Einfluss diskreter Wassermolekuumlle auf die
Struktur bestimmen zu koumlnnen wurde die energetisch guumlnstigste Struktur einer Monte Carlo
Simulation in einer Wasserbox minimiert Die Wasserbox zeigte dabei keinerlei Einfluss auf
die Struktur des Komplexes
A2E 58 zeigt aufgrund seiner hydrophoben Terpen-Seitenketten eine deutliche Einlagerung in
Modellmembranen[102 106] Damit ist A2E 58 gut geeignet fuumlr Langmuir-Blodgett
Experimente an Modellmembranen[107] Mit der Acetat-Pinzette 12 wurden bereits erste
Versuche in Modellmembranen gemacht[108] Die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt selbst
N+
H
HO
092
Ka = 2125 M-1 plusmn 19
58
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 37
jedoch nur relativ geringe zusaumltzliche pA-Shifts bei der Einlagerung in eine monomolekulare
Schicht aus Stearinsaumlure (Abb 220) Erst beim Auftropfen von 2 Aumlquivalenten der
Bisphosphonat-Klammer 10 auf die gespreizte Lipidschicht ist ein Zuwachs der Monoschicht
um ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Wird dagegen eine reine Strearinsaumlure-Monoschicht uumlber
eine 10-7 M Loumlsung aus A2E 58 in Wasser erzeugt so ist auch in diesem Fall ein pA-Shift
von ca 2 AringMolekuumll zu beobachten Dies ist einen bemerkenswerter Anstieg da Langmuir-
Blodgett Experimente uumlblicherweise bei Konzentrationen durchgefuumlhrt werden die um drei
Groumlszligenordnungen uumlber der hier gewaumlhlten Konzentration liegen Die zeigt die effektive A2E-
Einlagerung in der Stearinsaumlure-Monoschicht an Bei der kombinierten Einlagerung der
Bisphosphonat-Klammer 10 in die Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber eine Loumlsung von A2E 58
in Wasser wurde jedoch wieder lediglich ein Anstieg von 2 AringMolekuumll beobachtet Somit
erfolgte also kein zusaumltzlicher Anstieg der Monoschicht der auf die Bildung eines Komplexes
hindeuten wuumlrde welche die Monoschicht zusaumltzlich aufweitet (Abb 220)
-1
4
9
14
19
24
29
34
20 22 24 26 28 30 32 34 36
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
S H2OS + 2eq 10 H2OS A2ES + 2eq 10 A2E
Abbildung 220 DruckFlaumlche-Diagramm der Filmwaage-Untersuchung zur Bindung von A2E 58 an die immobilisierte Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Diese Beobachtung koumlnnte auf folgende Ursache zuruumlckzufuumlhren sein Gemaumlszlig ihrer
Amphiphilie sollte sich die Bisphosphonat-Klammer 10 in der Monoschicht mit ihrer Oumlffnung
nach oben ausrichten also von der Subphase abgewandt (Abb 221) Daher kann sie kein
zusaumltzliches A2E 58 aus der Subphase aufnehmen Obwohl dieser Zustand natuumlrlich
a a
b b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 38
dynamisch ist und in der fluiden Membran sicherlich auch Molekuumlle mit ihrer Kavitaumlt nach
unten ausgerichtet sind koumlnnte die Umorientierung zuviel Energie kosten und so die
effiziente Komplexierung von A2E 58 verhindern
P-
P-
P-
P-
P-
P-
Abbildung 221 Schematische Darstellung der vermuteten Anordnung der Bisphosphonat-Klammer 10 in der Stearinsaumlure-Monoschicht
In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit Epithelzellen die von der Firma Lynkeus
Biotech durchgefuumlhrt wurden konnte beobachtet werden dass die Bisphosphonat-Klammer
10 die Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das
Potential der Bisphosphonat-Klammer 10 sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist
223 Bindungsexperimente mit Nukleinbasen
Bei den Untersuchungen zur NAD+ Bindung wurde uumlberraschend festgestellt dass nicht nur
kationische Aromaten in der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert werden sondern dass
auch das elektronenarme neutrale Adenosin relativ stark gebunden wird Dieser Befund wirft
die Frage auf wie das Komplexierungsverhalten der Bisphosponat-Klammer in Hinblick auf
die anderen Nukleinbasen und verwandte Verbindungen aussieht
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung der Nukleinbasen[82] standen sie schon fruumlh
im Mittelpunkt des Interesses supramolekularer Chemiker[109] Dementsprechend gibt es eine
groszlige Vielfalt an kuumlnstlichen Rezeptoren fuumlr Nukleinbasen[24 110-117] insbesondere fuumlr
Adenin[118-120] Diese Rezeptoren benutzen meist eine Kombination aus Wasserstoff-Bruumlcken
und π-π-Wechselwirkungen zur Komplexierung des Gastes Die historisch ersten Rezeptoren
arbeiteten noch in organischer Loumlsung aber spaumltere Generationen wie zB Rezeptoren auf
Cyclophan-Basis erkennen Nukleotide in Wasser[118] Mit Rezeptoren auf Phenanthridinium-
Basis werden in gepufferter Loumlsung sogar Bindungskonstanten bis zu 106 M-1 erreicht[121]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 39
Nukleoside
Bei unseren Bindungsexperimenten wurde der Schwerpunkt auf die Untersuchung der
Komplexierung von Nukleosiden und Nukleotiden gelegt da die unsubstituierten
Nukleinbasen sich als sehr schwer wasserloumlslich herausstellten und kaum biologische
Bedeutung haben Ein Vergleich der Ka-Werte fuumlr die Bindung von Nukleosiden in der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt auf den ersten Blick dass die Bindungskonstanten alle in
gleichen Groumlszligenordnung liegen (Abb 222) Dabei werden die beiden Nukleotide
2rsquo-Deoxyadenosin 55 und 2rsquo-Deoxycytidin 62 relativ stark gebunden waumlhrend
2rsquo-Deoxyguanosin 59 2rsquo-Deoxythymidin 60 und 2rsquo-Deoxuridin 61 um dem Faktor zwei bis
drei schwaumlcher gebunden werden
O
OH H
HON
NH
O
O
H3C
H
H
O
OH
N
NN
N
NH2
H
025
044
020
2-Deoxyadenosin 55Ka = 5151 M-1 plusmn 6
HO
NH
N
N
O
NH2N
O
OH H
HO
H
NH
O
ON
O
OH H
HOH
O
OH H
HON
N
NH2
O
H
H
2-Deoxyguanosin 59Ka = 1859 M-1 plusmn 11
2-Deoxythymidin 60Ka = 2364 M-1 plusmn 12
2-Deoxyuridin 61Ka = 2467 M-1 plusmn 14
2-Deoxycytidin 62Ka = 7358 M-1 plusmn 6
030
025H
035
062
024
147
024
047
085
016
Abbildung 222 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleosiden Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser sind an den jeweiligen Nukleosiden vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei der Analyse der Aumlnderungen in den chemischen Verschiebungen im Komplex faumlllt auf
dass die Protonen an den aromatischen Ringsystem ausnahmslos starke Hochfeldshifts
aufweisen die Fuumlnfringe zeigen jedoch etwas geringere Shifts als die Sechsringe Das
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 40
anomere Wasserstoffatom an der 1rsquo-Position zeigt auszligerdem in allen Faumlllen immer noch einen
deutlichen Hochfeldshift waumlhrend die anderen Protonen der Ribose nur verschwindend
geringe Aumlnderungen ihrer chemischen Verschiebung aufweisen Dies deutet daraufhin dass
sich das elektronenarme Ringsystem der Nukleinbasen wie erwartet in der Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Klammer befindet Besonders deutlich wird dies bei der Betrachtung der
chemischen Verschiebungen des 2rsquo-Deoxythymidins 60 und 2rsquo-Deoxuridins 61 Waumlhrend das
Thymidin eine sterisch relativ anspruchsvolle Methylgruppe besitzt welche die
Komplexierung erschwert hat das Uridin an der gleichen Position ein Wasserstoffatom
Dadurch wird die Komplexierung erleichtert was sich zwar nicht auf die Bindungskonstante
niederschlaumlgt aber wohl auf den ∆δsat-Wert Dies bedeutet vermutlich dass die Ringsysteme
unterschiedlich in der Kavitaumlt angeordnet sind Eine quantenchemische Berechnung der
chemische Verschiebungen im Komplex koumlnnte diesbezuumlglich bei der Aufklaumlrung helfen[61]
Ein Vergleich der Bindungskonstanten mit dem elektrostatischen Oberflaumlchenpotential der
Nukleinbasen zeigt eine verhaumlltnismaumlszligig gute Korrelation (Abb 223) Adenosin hat deutlich
groumlszligere elektronenarme Flaumlchen als Guanosin Bei den Pyrimidin-Basen sind nur kleine
Unterschiede sichtbar welche den Selektivitaumltsunterschied nicht erklaumlren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 41
Abbildung 223 Die Struktur (rechts) und das elektrostatische Oberflaumlchenpotential (links) der Nukleosiden Die Farbskala reicht von ndash1046 kJmol (rot) bis +1046 kJmol (blau)[72] Die Bindungskonstanten fuumlr die Bindung der entsprechenden Nukleoside an die Bisphosphonat-Klammer 10 ist bei den Nukleinbasen vermerkt
Nukleotide
Nach den Nucleoside wurden auch die entsprechenden Nukleotide auf ihre
Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Bis auf das AMP 56 werden jedoch keine anderen
Nukleotide von der Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden Alle Aumlnderungen in Ihren
chemischen Verschiebungen sind so gering (lt 003 ppm) dass eine Komplexierung
ausgeschlossen werden kann Auch Adenosintriphosphat 67 (ATP) wird nicht gebunden
wahrscheinlich generell wegen der starken Phosphonat-Phosphat-Abstoszligung bei der
Annaumlherung der Komplexpartner
Adenosin Ka = 5151 M-1 Guanosin Ka = 1859 M-1
Thymidin Ka = 2364 M-1 Uridin Ka = 2467 M-1
Citidin Ka = 7358 M-1
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 42
OO
N
NH
O
O
OH
PO
ONaNaO
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
NaOONa
NH
N
N
O
NH2N
OO
H
PO
NaOONa
OHOH
NH
O
ON
OO
OH OH
PO
NaOONa O
ON
N
NH2
O
OH OH
PO
NaOONa
H
O
OH
N
NN
N
NH2
HO
OH
PO
OONa
PO
OOH
PO
HOONa
018
AMP 56Ka = 1126 M-1 plusmn 19
GMP 63 Ka lt 10 M-1
TMP 64Ka lt 10 M-1
UMP 65Ka lt 10 M-1
CMP 66Ka lt 10 M-1
ATP 67Ka lt 10 M-1
Abbildung 224 Ergebnisse der Bindungsstudien mit Nukleotiden Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsa-Werte der beobachteten Signale
Auffaumllligerweise bindet auch Cytidinmonophosphat 66 (CMP) nicht in der Bisphosphonat-
Klammer 10 obwohl 2rsquo-Deoxycytidin 59 sogar die groumlszligte Bindungskonstante unter den
Nukleosiden aufweist Die Bindung von AMP 56 ist deshalb wahrscheinlich auf die groumlszligere
aromatische Flaumlche des Adenins im Vergleich zum Cytidin zuruumlckzufuumlhren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 43
Wirkstoffe auf Nukleosid-Basis
Da die Bisphosphonat-Klammer 10 eine starke Bindung der Nukleoside zeigt wurde das
Komplexierungsverhalten von weiteren Verbindungen auf Nukleosid-Basis uumlberpruumlft
Zunaumlchst wurden zwei Nukleosid-Analoga getestet die (potentielle) Therapeutika sind Das
3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 und 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69
sind beide sehr effiziente Inhibitoren fuumlr das menschliche (human) Immunodefizienz-Virus
(HIV)[122] Diese besitzen jedoch eine geringe Permeabilitaumlt fuumlr die Blut-Hirn-Schranke[123]
Aus diesem Grund ist ein synthetischer Rezeptor von besonderem Interesse da dieser als
Transportmolekuumll dienen koumlnnte Sowohl AZT 68 als auch 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-
dideoxythymidin 69 werden von der Bisphosphonat-Klammer 24 gebunden (Abb 225)
O
N3H
HON
NH
O
O
H3C
H
O
H
HON
NH
O
O
H3C
H
HH
140
311
125
140
165
060061083
AZT 68Ka = 711 M-1 plusmn 15
23-Didehydro-23-dideoxythymidin 69Ka = 172 M-1 plusmn 19
Abbildung 225 Ergebnisse der Bindungsstudien mit 3rsquoAzido-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin (AZT) 68 sowie 2rsquo3rsquo-Didehydro-2rsquo3rsquo-dideoxythymidin 69 mit der Bisphosponat-Klammer 24 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Die geringere Bindungskonstante des AZT 68 im Vergleich zum 2rsquo-Deoxythymidin 60 ist
wahrscheinlich auf die Azido-Gruppe zuruumlckzufuumlhren Eine Monte Carlo Untersuchung zeigt
dass diese im Komplex relativ weit entfernt von den Phosphonaten der Klammer angeordnet
ist (Abb 226) Die Ribose des 2rsquo3rsquo-Deoxythymidins 68 ist jedoch viel naumlher an den
Phosphonaten angeordnet und somit liefert die Monte Carlo Simulation keine
zufriedenstellende Begruumlndung warum 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 relativ schwach gebunden
wird
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 44
Abbildung 226 Links die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von AZT 68 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte) Rechts die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 mit der Bisphosphonat-Klammer 24 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
Koffein und FAD
Eine weitere Purinbasen-analoge Verbindung ist Koffein 70 Aufgrund seiner Bekanntheit
war Koffein schon vielfach Mittelpunkt von Untersuchungen zur Wirt-Gast-Wechselwirkung
Neben ausschlieszliglich in organischen Loumlsungsmitteln loumlslichen Systemen[124-126] wurde in
letzter Zeit auch ein wasserloumlslicher Rezeptor fuumlr Koffein beschrieben[127]
Die Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Koffein 70 mit einer fuumlr Nukleinbasen erstaunlich
hohen Bindungskonstante von 29340 M-1 Damit ist die Bindungskonstante um einen
Groumlszligenordnung houmlher als die bislang in Wasser bekannten Bindungskonstanten[127] Von
daher wuumlrde sich dieses Gast-Wirt-System gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen eignen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 45
N
N N
N
O CH3H3C
OCH3
136058
027
70 Ka = 29340 M-1 plusmn 12
Abbildung 227 Ergebnis der Bindungsstudien von Koffein 70 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Ein weiterer wichtiger Cofaktor der genauso wie NAD+ 52 eine Adenosin-Einheit enthaumllt ist
Flavin-Adenin-Dinukleotid (FAD) 71 (Abb 228) Wie NAD+ 52 ist FAD 71 an vielen
enzymatischen Redox-Reaktionen beteiligt[82] Aumlhnlich wie beim NAD+ 52 besitzt das FAD
71 zwei elektronenarme Ringsysteme und somit zwei moumlgliche Komplexierungsstellen fuumlr die
Bisphosphonat-Klammer 10 Das Bindungsexperiment zeigt jedoch nur minimale
Aumlnderungen der chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem und eine deutliche
Aumlnderung fuumlr das Adenin Die Auswertung ergibt eine Bindungskonstante von 908 M-1
Werden jedoch die Signale des Wirtes ausgewertet ergibt sich eine Bindungskonstante von
4900 M-1 Die Ursache dieser groszligen Diskrepanz ist jedoch unklar Die geringe Aumlnderung der
chemischen Verschiebung fuumlr das Flavin-Ringsystem deutet daraufhin dass dieses nicht von
der Bisphosphonat-Klammer 10 komplexiert wird oder dass die beoachteten Signale sich zu
weit von der Kavitaumlt entfernt sind um einen Shift aufzuweisen
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 46
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
H021
71 Ka = 908 M-1 plusmn 14
Abbildung 228 Ergebnis der Bindungsstudien von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstante fuumlr die Bindung in Wasser ist vermerkt ebenso wie die ∆δsat-Werte der beobachteten Signale
Bei Monte Carlo Rechnungen wird deutlich dass die Methyl-Protonen des Flavins die als
einzige seine Komplexierung anzeigen koumlnnten sich bei einer Komplexierung wahrscheinlich
nicht in der Kavitaumlt befinden (Abb 229 links) Analog zum Komplex mit NAD+ 52 ist auch
hier eine Struktur denkbar bei der sich das Adenin in der Kavitaumlt befindet (Abb 229 rechts)
In diesem Fall orientiert sich das Flavin-Ringsystem an die Seitenwand der Bisphosphonat-
Klammer In dieser Anordnung muumlssten deutliche Shifts in Adenin und nur geringe in Flavin
auftreten Diese Anordnung erklaumlrt die experimentellen Beobachtungen am besten
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 47
Abbildung 229 Die berechnete Strukturen fuumlr den Komplex von FAD 71 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte) Links befindet sich das Flavin in der Kavitaumlt rechts das Adenin
Folsaumlure
Eine weitere elektronenarme Verbindung deren moumlgliche Komplexierung in der
Bisphosphonat-Klammer 10 untersucht wurde ist Folsaumlure 72 (Abb 230) Das
Bindungsexperiment zeigt eine hohe Bindungskonstante von 20230 M-1 Die Folsaumlure besitzt
nur ein nichtacides Proton am aromatischen Ring das als Sensor fuumlr den
Komplexierungsmodus dienen kann Die Methylenbruumlcke zeigt zwar eine Aumlnderung der
chemischen Verschiebung bei der Komplexierung aber diese ist in der Titration zu
unregelmaumlszligig um sie auswerten zu koumlnnen Die anderen Protonen zeigen dagegen keine
Aumlnderung Es wurde versucht diese Bindungskonstante mittels mikrokalorimetrische
Messungen zu bestaumltigen aber es stellte sich heraus dass Folsaumlure in Wasser zu schlecht
loumlslich ist um mikrokalorimetrische Messung durchfuumlhren zu koumlnnen Eine Molecular
Modelling Studie des Komplexes zeigt jedoch dass das beobachtete Proton bereits nicht mehr
in der Kavitaumlt liegt ist genauso wie die Methylenbruumlcke wodurch die Beobachtungen im
Bindungsexperiment unterstuumltzt werden (Abb 231)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 48
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
H069
72 Ka = 20230 M-1 plusmn 12
Abbildung 230 Ergebnis der Bindungsstudien von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Abbildung 231 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Folsaumlure 72 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 2000 Schritte)
224 Bindungsexperimente mit Thiamin
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 ist ein wichtiger Cofaktor der im Koumlrper aus Thiamin
(Vitamin B1) 75 aufgebaut wird[82] TPP 76 ist an vielen enzymatischen Reaktionen
beteiligt[128 129] Neben Decarboxylierungen[130] und Oxidationen[131] katalysiert TPP 76
Ligations-Reaktionen In diesem Fall bildet das TPP 76 ein nukleophiles Enamin als
Intermediat welches somit als umgepoltes Acyl-Anion dient[132] Im Enzym ist TPP 76 in
einer typischen V-Form gebunden Diese relativ energiereiche Konformation wird von
hydrophoben Wechselwirkungen mit unpolaren Aminosaumluren stabilisiert Beide Ringsysteme
des Thiamins werden so stabilisiert (Abb 232) [133]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 49
Abbildung 232 Ausschnitt aus der Struktur der Transketolase aus Hefe Die V-Konformation des TPPs 76 wird an der konvexen Seite von einem Leucin stabilisiert Zusammen mit Phenylalanin Histidin und Isoleucin wird eine hydrophobe Tasche gebildet[134]
In einem ersten Bindungsexperiment mit einem Thiazolium-Salz 73 konnte Christian Jasper
starke Hochfeld-Shifts der Gast-Signale beobachten (Abb 233)[64]
N+
S
HH
HHBF4
-
140
034042081
021
021
057
73
Abbildung 233 Beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung im 11 Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10[64]
Daraufhin wurde im Rahmen dieser Arbeit das Komplexierungsverhalten von
N-Methylthiazoliumiodid 74 Thiamin 75 und TPP 76 in der Bisposphonat-Klammer
untersucht (Abb 234) Dabei wurde festgestellt dass das N-Methylthiazoliumiodid 74 eine
starke Bindung an die Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt Im Vergleich dazu zeigen Thiamin
75 und TPP 76 eine deutlich houmlhere Bindungskonstante In beiden Faumlllen werden die houmlchsten
komplexinduzierten Shifts an der Methylenbruumlcke welche die beiden Aromaten verbindet
sowie am Proton am Pyrimidinium-Ring beobachtet Beide liegen nahe am Mittelpunkt des
Molekuumlls Auch die anderen Protonen zeigen einen deutlichen Hochfeld-Shift Lediglich die
Protonen an der Alkyl-Kette zeigen einen relativ kleinen Shift Dies deutet darauf hin dass
beide Ring-Systeme an der Bindung beteiligt sind
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 50
N+
S
176
74 Ka = 1267 M-1 plusmn 29
N
N
N+S
OH
NH3+
032
013044 022
013
010
75 Ka = 18563 M-1 plusmn 11
N
N
N+S
O
NH3+
024
004044 009
001
001
PO
OHO P
O
OHOH
76 Ka = 14075 M-1 plusmn 20
Abbildung 234 Ergebnisse der Bindungsstudien von Thiazolium-Salzen mit der Bisphosphonat-Klammer 10 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werte mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
Interessanterweise zeigt eine Monte Carlo Untersuchung eine Struktur in der beide Ring-
Systeme sich teilweise in der Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer 10 befinden (Abb 235)
Diese Struktur erklaumlrt die in den Bindungsstudien gefundenen komplexinduzierten Shifts sehr
gut Allerdings ist die Kavitaumlt der Bisphosphonat-Klammer in diesem Fall extrem aufgeweitet
Der Abstand der beiden Seitenwaumlnde betraumlgt in dieser Struktur etwa 12 Aring waumlhrend in
Roumlntgenstrukturanalyse Abstaumlnde von etwa 8 bis 11 Aring beobachtet wurden[48] Aus
Untersuchungen von weiteren Molecular Modelling Strukturen sowie den Kristallstrukturen
zeigte sich jedoch dass die Aufweitung der Kavitaumlt nur eine geringe Aktivierungsenergie
benoumltigt Diese sollte maximal etwa 4 kJmol betragen[50]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 51
Abbildung 235 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte Schwefel ist in gelb dargestellt)
Diese Struktur wird von einem NOESY-Experiment unterstuumltzt Im NOESY-Experiment mit
einem 11-Komplex aus Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 sind neben starken
intermolekularen NOE Crosspeaks auch schwaumlchere intramolekulare NOE Crosspeaks
sichtbar Diese sind in Abb 236 dargestellt
P
O
CH3
O
PO
CH3
O
O
N
N
N+H
H
H N
H
+
Abbildung 236 Beobachtete intramolekulare NOE-Crosspeaks
Das CH-Signal des Thiazolium-Rings war bislang in den Bindungsexperimenten aufgrund
seiner Aciditaumlt nicht sichtbar Bei einer Messung des 11-Komplexes mit Watergate-
Unterdruumlckung in nichtdeuteriertem Wasser wird das Proton bei etwa 10 ppm sichtbar[135]
Damit ist es um ca 1 ppm tieffeldverschoben im Vergleich zum reinen Thiamin Auch dieser
Befund deutet daraufhin dass die aus Molecular Modelling erhaltene Struktur ein gutes
Modell fuumlr den Bindungsmodus ist da sich dieses Proton im Modell in der Kavitaumlt befindet
und damit einen starken Shift zeigen sollte
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 52
Eine Molekulardynamik-Simulation des 11-Komplexes aus Thiamin 75 und der
Bisphosphonat-Klammer 10 zeigt dass die vorgeschlagene Struktur keinesfalls starr ist (Abb
237) Das Thiamin 75 besitzt eine groszlige Beweglichkeit in der Kavitaumlt Es scheint so als
wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen so
dass immer einer der beiden Aromaten eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingehen kann
Abbildung 237 Eine molekulardynamische Simulation fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Macromodel 71 298K 10 ps mit 1 ps Schnappschuumlsse) Alle Schnappschuumlsse wurden uumlbereinander projiziert und die Protonen wurden aus Gruumlnde der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
Eine 1H-NMR-Untersuchung des Thiamin 75Bisphosphonat-Klammer 10 Komplexes in
Methanol bei verschiedenen Temperaturen zeigt unterhalb von 0 degC eine deutliche
Linienverbreiterung und eine Aumlnderung der chemischen Verschiebungen Bis -100 degC blieb
die Loumlsung klar Ein Auftrag der chemischen Verschiebung gegen die Temperatur zeigt eine
deutliche Temperaturabhaumlngigkeit fuumlr das aromatische Pyrimidin-Proton (Abb 238) Dies
verdeutlicht den verlangsamten Assoziations- Dissoziationsprozess
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 53
6464565
65566
66567
67568
68569
695
290K 280K 270K 260K 250KT (K)
δ (p
pm)
Abbildung 238 Temperaturabhaumlngigkeit der chemischen Verschiebung des aromatischen Pyrimidin-Protons von Thiamin 75 im Komplex mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Da die Bisphosponat-Klammer eine Einlagerung in eine monomolekulare Stearinsaumlureschicht
zeigt wurde versucht eine Bindung des Thiamins 75 in der Bisphosphonat-Klammer 10
nachzuweisen[106] Eine Einlagerung von zwei Aumlquivalenten der Bisphosphonat-Klammer 10
in eine Stearinsaumlure-Monoschicht fuumlhrt zu einer Vergroumlszligerung der Oberflaumlche von ca 2
AringMolekuumll waumlhrend eine Stearinsaumlure-Monoschicht die auf einer 10-4 M Loumlsung von
Thiamin 75 hergestellt wird ebenfalls eine Vergroumlszligerung der Oberflaumlche um ca 2 AringMolekuumll
bewirkt Werden nun zu einer Stearinsaumlure-Monoschicht uumlber einer Thiamin-Subphase zwei
Aumlquivalente der Bisphosphonat-Klammer 10 getropft so vergroumlszligert sich die Oberflaumlche um
ca 3 AringMolekuumll Das bedeutet dass ein zusaumltzlicher komplexbedingter Anstieg der
Oberflaumlche um ca 1 AringMolekuumll beobachtet werden konnte (Abb 239) Dies ist vermutlich
darauf zuruumlckzufuumlhren dass sich Bisphosphonat-Klammer-Molekuumlle in der Subphase
befinden Thiamin 75 binden und dadurch unpolarer werden und deswegen in der
Monoschicht aufgenommen werden (Abb 240)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 54
Abbildung 239 Ergebnisse der Filmwaage-Untersuchung von der Bindung von Thiamin 75 und der Bisphosphonat-Klammer 10 Stearinsaumlure wird mit S abgekuumlrzt
Abbildung 240 Darstellung der Komplexierung von Thiamin 75 in der Subphase wodurch ein unpolarer Komplex gebildet wird Dieser Komplex wird anschlieszligend in der Monoschicht eingelagert
Wegen der hohen freien Bindungsenergie eignet sich das System Thiamin 75Bisphosphonat-
Klammer sehr gut fuumlr mikrokalorimetrische Messungen
0
10
20
30
20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
A (Aring2Molekuumll)
π (m
Nm
)
SA H2O
SA H2O - 2eq 10
SA 75
SA 75 - 2eq 10
+ Gast
+
LuftH2O
++
++
++
++
----
--
-- ----
a a b
b
c
c
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 55
225 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Klammer)
Es konnte gezeigt werden dass die Bisphosphonat-Klammer eine hohe Affinitaumlt gegenuumlber
N-alkylierten Pyridinium-Salzen hat Von besonderem Interesse ist dabei NAD+ Die
Untersuchung des Bindungsmodus fuumlr die Bindung von NAD+ hat ergeben dass sie
komplizierter ist als es auf dem ersten Blick erscheint Scheinbar liegt ein dynamisches
Gleichgewicht vor bei dem sich abwechselnd mal der Nikotinamid-Ring und der Adenosin-
Ring in der Kavitaumlt befindet Das Gleichgewicht liegt jedoch stark auf der Seite des
Nikotinamids Aus der Untersuchung der NAD+-Fragmente wurde zusaumltzlich die Erkenntnis
gewonnen dass die Bisphosphonat-Klammer nicht nur kationische Aromaten bindet sondern
auch elektronenarme neutrale Aromaten Damit umfasst das Gast-Portfolio der
Bisphosphonat-Klammer elektronenarme neutrale und kationische Aromaten wobei im letzen
Fall jedoch ausschlieszliglich permanente Kationen gebunden werden Nichtpermanente
Kationen wie zB Pyridiniumhydrochlorid oder basische Aminosaumluren werden dagegen nicht
gebunden Entweder weil ein permanentes Kation fuumlr die Bindung gebraucht wird oder weil
diese Kationen so stark solvatisiert sind dass sie nicht von der Klammer desolvatisiert werden
koumlnnen
Die Bisphosphonat-Klammer bindet alle Nukleoside aber bei den entsprechenden
Nukleotiden wird lediglich AMP 56 gebunden Die Bindungskonstante ist dabei deutlich
niedriger Somit scheint die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen Nukleosiden und
Nukleotiden zu unterscheiden Das negativ geladene Phosphat spielt dabei anscheinend eine
entscheidende Rolle Die Abstoszligung durch die Bisphosphonate der Klammer scheint fuumlr die
schlechte Bindung verantwortlich zu sein Die deutliche staumlrkere Bindung von NMN 54 im
Vergleich zum AMP 56 deutet darauf hin dass die π-Kation-Wechselwirkung einen
entscheidenden Beitrag zur staumlrkeren Bindung von kationischen Gaumlsten hat
Die Betrachtung des Komplexes von Thiamin 75 zeigt dass es sich beim Komplex mit der
Bisphosphonat-Klammer trotz seiner hohen Bindungskonstante keinesfalls um einen starren
Komplex handelt Das Thiamin 75 wird von dispersiven Wechselwirkungen
Wasserstoffbruumlcken und hydrophoben Effekten in einer natuumlrlichen V-aumlhnlichen
Konformation gehalten aber der Komplex scheint hochdynamisch zu sein
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 56
23 Bindungsexperimente mit der Bisphosphonat-Pinzette 231 Eigenschaften der Bisphosphonat-Pinzette und Durchfuumlhrung der
Bindungsexperimente
Wie die Bisphosphonat-Klammer besitzt die Bisphosphonat-Pinzette 11 eine extrem
elektronenreiche Kavitaumlt Diese ist im Gegensatz zur Klammer nach unten nahezu
geschlossen und kann dadurch nur schlanke Gaumlste aufnehmen die in ihrem Durchmesser
nicht sehr anspruchsvoll sind wie zB para-substituierte Aromaten oder Ammonium-Salze
Bereits die Methylphosphonsaumluremethylester-Pinzette 39 zeigt dass die Kavitaumlt eine hohe
Tendenz zur Komplexierung von unpolaren Gaumlsten besitzt Die beiden Methylestergruppen
befinden sich naumlmlich in einem schnellen Gleichgewicht bei dem sich immer eine der beiden
Gruppen in der Kavitaumlt der Pinzette befindet Dadurch wird die Pinzette unsymmetrisch Dies
zeigt sich sehr deutlich im 1H-NMR-Spektrum das aufgrund dieser Unsymmetrie eine sehr
komplizierte Aufspaltung der aromatischen Signale zeigt sowie einen starken Hochfeld-Shift
des Methylestersignals um ca 15 ppm Nach der Spaltung der Methylester wird diese
Unsymmetrie aufgehoben und das 1H-NMR-Spektrum zeigt wieder das einfache
Aufspaltungsmuster eines spiegelsymmetrischen Molekuumlls
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt im 1H-NMR bei Verduumlnnung von 10-3 bis 10-5 M-1 einen
signifikanten Shift der chemischen Verschiebung der aromatischen Protonen Da dies auf eine
Selbstassoziation hinweist wurde versucht eine Selbstassoziationskonstante zu bestimmen
aber die Aumlnderungen der chemischen Verschiebung lies sich nicht mit dem Fitprogramm
anpassen Diese Beobachtung bedeutet dass eine Selbstassoziation bzw eine Micellen-
Bildung in waumlssriger Loumlsung wahrscheinlich ist Da diese jedoch nicht quantifiziert werden
konnte koumlnnte dies auf eine houmlhere Assoziations-Stoumlchiometrie hinweisen Weiterhin
bedeutet dies dass die Signale der Bisphosphonat-Pinzette nicht zur Auswertung von
Titrationen genutzt werden koumlnnen
232 Erste Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridiniumsalzen
Als erste Gaumlste wurden N-alkylierte Pyridiniumsalze auf ihr Bindungsverhalten in der
Bisphosphonat-Pinzette 11 uumlberpruumlft um einen Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer
ziehen zu koumlnnen
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt mit 1776 M-1 eine deutlich geringere Bindungskonstante
fuumlr die Bindung von N-Methylnikotinamid 51 als die Bisphosphonat-Klammer 10 (Abb
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 57
241)[75] Dies ist vermutlich auf die deutlich kleinere Kavitaumlt der Pinzette zuruumlckzufuumlhren
Die ∆δsat-Werte scheinen diese Annahme zu unterstuumltzen Im Gegensatz zum Komplex von
N-Methylnikotinamid 51 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 sind die houmlchsten ∆δsat-Werte in
diesem Fall in der Umgebung der N-Methylgruppe zu beobachten Dies laumlsst darauf schlieszligen
dass sich nur dieser Molekuumllteil nahe der Methylgruppe voumlllig in der Kavitaumlt befindet aber
nicht das gesamte Molekuumll Im Gegensatz dazu ist das N-Methylpyraziniumiodid 50 klein
genug um in die Kavitaumlt zu passen Dies zeigt die mit der Bisphosphonat-Klammer 10
uumlbereinstimmende Bindungskonstante[75] Das Kosower-Salz 49 zeigt beim
Bindungsexperiment eine starke Verbreiterung der Signale wodurch die Bestimmung der
Bindungskonstante nicht moumlglich war Die beobachtete Aumlnderung der chemischen
Verschiebung deutet jedoch darauf hin dass auch das Kosower-Salz 49 in der Pinzette
eingeschlossen wird
N+
N
CH3I- 174
127
H N+
O O
I- 095
011
014
HN+
CH3
NH2
O
H
HH
H
258
187266
055100
51Ka = 1776 M-1 plusmn 15
50Ka = 12000 M-1 plusmn 28
I-
49
Abbildung 241 Ergebnisse der Bindungsexperimente mit N-Alkylpyridinium-Salzen und N-Methylpyraziniumiodid 50 Die Bindungskonstanten sind an den Molekuumllen vermerkt ebenso wie ∆δsat Bei den Werten mit einem handelt es sich um im 11-Komplex beobachtete Aumlnderungen der chemischen Verschiebung
233 Bindungsexperimente mit einfachen Ammoniumsalzen
Aufgrund ihrer biologischen Bedeutung wurden bei den Bindungsexperimenten mit der
Pinzette der Schwerpunkt auf die Untersuchung von Ammonium-Salzen gelegt
Erste Experimente mit Benzylaminhydrochlorid 77 und n-Propylaminhydrochlorid 78 zeigten
fuumlr die Komplexierung in der Bisphosphonat-Pinzette 11 zwar sehr groszlige ∆δsat-Werte aber
die korrespondierenden Bindungskonstanten waren geringer als erwartet (Abb 241) Die
Bindung in Methanol scheint dagegen eine houmlhere Bindungskonstante als in Wasser zu
besitzen Dieser Effekt koumlnnte auf den houmlheren Beitrag der Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und dem Gast in dem unpolareren Loumlsungsmittel Methanol sowie auf den
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 58
geringeren Aufwand der betrieben werden muss um das Ammoniumkation zu
desolvatisieren zuruumlckzufuumlhren zu sein Die Bindungskonstanten des Adrenalins 79 und der
Adrenalinvorlaumlufer Noradrenalin 80 und Dopamin 81 sind im Vergleich zu den einfacheren
Aminen Benzylamin 77 und n-Propylamin 78 vermutlich aufgrund des houmlheren sterischen
Anspruchs noch ein wenig niedriger Damit liegen die Bindungskonstanten deutlich unter der
eines bereits bekannten makrozyklischen Adrenalin-Rezeptors auf Bisphosphonat-Basis[136]
Allerdings zeigen diese Experimente dass die Kavitaumlt der Pinzette ausschlaggebend fuumlr die
Bindung ist da einfache aromatische Bisphosphonate Adrenalin zwar in unpolaren
aprotischen Loumlsungsmitteln binden koumlnnen jedoch nicht in Wasser[67 137 138] Dies bedeutet
dass in waumlssriger Loumlsung π-Kation-Wechselwirkungen sowie der hydrophobe Effekt welche
die Kavitaumlt hier besonders auszeichnen zur Komplexierung gebraucht werden
Die Reihe Adrenalin 79 Noradrenalin 80 und Dopamin 81 zeigt anhand der ∆δsat-Werte
deutlich dass ein sterisch weniger anspruchsvoller Gast tiefer in die Kavitaumlt der
Bisphosphonat-Pinzette 11 hineinragt Waumlhrend beim Dopamin 81 die ∆δsat-Werte deutlich
zeigen dass der Benzol-Ring teilweise noch in die Kavitaumlt hineinragt fungiert beim
Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 die Hydroxy-Gruppe als bdquoStopperldquo Die Protonen des
Benzol-Ringes von Noradrenalin 80 und Adrenalin 79 zeigen keine Aumlnderung der chemischen
Verschiebung Das Propanolol 82 verhaumllt sich in methanolischer Loumlsung aumlhnlich ndash in
waumlssriger Loumlsung faumlllt der Komplex dagegen als Niederschlag aus
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 59
NH3ClNH3Cl
OHOH
OHNH2Cl
HO
ClH2N
OHOH
OHNH3Cl
OHOH
NH3Cl
H
82Ka = 1361 M-1 plusmn 6
151
265
264
188345201
202
215
055
090057
217 267
77Ka = 115 M-1 plusmn 45
78Ka = 890 M-1 plusmn 11 Ka = 1680 M-1 plusmn 7
79Ka = 390 M-1 plusmn 9
80Ka = 184 M-1 plusmn 22
81Ka = 984 M-1 plusmn 13
Abbildung 242 Ergebnisse der ersten Bindungsuntersuchungen mit Ammonium-Salzen Die Werte mit einem sind fuumlr die Bindung in Methanol
Die deutliche Tendenz bezuumlglich der Groumlszlige von Gaumlsten die von den ∆δsat-Werten angedeutet
wird spiegelt sich auch in Molecular Modelling Untersuchungen der Komplexe wieder auch
wenn hier die Unterschiede nicht so eindeutig sind (Abb 243) Im Falle des Dopamin-
Komplexes befindet sich die kurze Alkylkette groumlszligtenteils in der Kavitaumlt und auch der
Benzol-Ring befindet sich nahe an der Kavitaumlt Beim Noradrenalin 80 ist der Benzol-Ring
zwar weiter von der Kavitaumlt entfernt aber die Hydroxy-Gruppe befindet sich groumlszligtenteils
innerhalb der Kavitaumlt In diesem Fall ist es fraglich ob das Ergebnis als zuverlaumlssig betrachtet
werden kann Dieses Ergebnis laumlsst vermuten dass die beiden Wasserstoff-Bruumlcken in
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 60
Wirklichkeit nicht so wichtig fuumlr die Bindung sind wie die berechneten Strukturen vermuten
lassen Die berechnete Struktur fuumlr die Bindung von Adrenalin 79 scheint dem tatsaumlchlichen
Bindungsmodus naumlher zu kommen Der Benzol-Ring ist hierbei noch weiter von der Kavitaumlt
entfernt angeordnet und die Hydroxy-Gruppe befindet sich nicht in der Kavitaumlt Sekundaumlre
Amine wie Adrenalin 79 oder Propanolol 82 werden auch gebunden aber vermutlich wegen
ihres erhoumlhten sterischen Anspruchs weniger schlecht als die primaumlren Aminen
Abbildung 2 43 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Dopamin 81 (Links) Noradrenalin 80 (Mitte) und Adrenalin 79 (Rechts) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 H2O 2000 Schritte)
234 Bindungsexperimente mit basischen Aminosaumluren
Biologische Bedeutung von Lysin und Arginin
Lysin und Arginin sind neben ihrer Funktion als Bausteine von Proteinen von fundamentaler
Bedeutung in vielen biologischen Prozessen
bull Proteine die proteosomisch abgebaut werden sollen werden an deren Lysin-Resten
ubiquitinyliert (Kiss of death)[139]
bull Histone werden spezifisch am Lysin-ε-Stickstoffatom acetyliert und deacetyliert um
die Transkription zu aktivieren oder zu unterdruumlcken[140]
bull Lysin ist ein bestimmender Faktor bei der Phosphorylierung von Mannose von
lysomalen Proteinen[141]
bull Der interzellulaumlre Vesikel-Transport wird uumlber Dilysin-Einheiten in Transport-
Proteinen reguliert[142]
bull Das Antibiotikum Vancomycin erkennt die Lys-D-Ala-D-Ala-Sequenz ein wichtiger
Bestandteil der bakteriellen Zellwand[143]
bull Das Signalpeptid KTTKS aktiviert die Regeneration des Kollagens bei beschaumldigten
Zellen Dies ist eine wichtige Erkenntnis fuumlr die anti aging Technologie[144]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 61
bull Die Mitte der Sequenz KKLVFF im Aβ Protein ist die Stelle fuumlr Nukleasen an der die
Aggregation und die darausfolgende Bildung von Plaques anfaumlngt Diese verursachen
wahrscheinlich die Alzheimerrsquosche Krankheit[145]
bull Die RNA-Erkennungsprozesse welche die Transkription kontrollieren beruhen oft
auf einer Komplexbildung mit argininreichen Proteinen wie zB das tat oder Rev
Protein[146]
bull Der RGD-Sequenz ist von essentieller Bedeutung fuumlr die Interaktion von Integrinen
mit Zellen[147 148]
bull Octaarginin-Tags ermoumlglichen es Medikamente die bis zu 100 mal groumlszliger sind als sie
selbst durch die Membran zu transportieren[149]
Aufgrund der zentralen biologischen Bedeutung von Arginin und Lysin sind kuumlnstliche
Rezeptoren fuumlr diese Aminosaumluren von besonderem Interesse Bislang sind Lysin-Rezeptoren
auf der Basis von Kronenethern[150 151] dreiarmigen Benzoltrioxazolinen oder auch Calix[4]-
und [5]-arenen bekannt In waumlssriger Loumlsung sind diese Systeme allerdings meist nicht sehr
effektiv[152 153] Mittels einer Anordnung von Carboxylaten uumlber einem aromatischem System
ist die Bindung von Lysin und Arginin uumlber Salzbruumlcken in gepufferter waumlssriger Loumlsung
moumlglich[154]
Die bislang besten Arginin-Rezeptoren sind die von Dougherty et al entwickelten
polyanionischen Cyclophane[155] Die Bindung von Arginin beruht in diesem Fall fast
ausschlieszliglich auf der π-Kation-Wechselwirkung Dagegen basiert die Komplexierung von
Arginin durch die Rezeptoren von Bell et al hauptsaumlchlich auf ionischen Wasserstoffbruumlcken
Diese Rezeptoren werden auch als bdquopolyaromatisches hexagonales Gitterldquo bezeichnet[156 157]
Daneben gibt es einige schwaumlchere Rezeptoren auf Phosphonat- und Sulfonat-Basis[158]
Arginin-Rezeptoren auf Xylylen-Bisphosphonat-Basis sind gute Rezeptoren in polaren
aprotischen Loumlsungsmitteln wo sie das Arginin uumlber eine Kombination aus
Wasserstoffbruumlcken und π-Kation-Wechselwirkungen binden[159] Der erste Rezeptor fuumlr die
RGD-Sequenz nutzt ebenfalls diese Xylyen-Bisphosponat-Einheit zur Erkennung des
Arginin-Restes[160] Eine weitere leistungsfaumlhige Alternative stellt die Bindung von Arginin
mit hochselektiven RNA-Aptamere dar Diese wurde durch in vitro Evolution erhalten[161]
Bindungsexperimente
Ein erstes Bindungsexperiment zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette zeigte eine starke Hochfeldverschiebung sowie eine deutliche
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 62
Verbreiterung der Lysin-Seitenketten-Signale Die Titration in Wasser ergab eine starke
Bindung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Abb 244) Auch bei
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 traten im Bindungsexperiment starke
Hochfeldverschiebungen und Verbreiterungen der Signale auf Das
Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 wird ebenfalls stark von der Bisphosphonat-Pinzette
11 gebunden aber schwaumlcher als Lysin In beiden Faumlllen konnten extrem groszlige
Hochfeldshifts an allen Kohlenstoffatomen der Seitenkette beobachtet werden Lediglich die
Protonen der Schutzgruppen zeigten keinen Shift oder wenn dann nur einen geringen
Tieffeldshift
Auch in 25 mM Natriumphosphatpuffer (pH 7 in D2O) bindet die Bisphosphonat-Pinzette
noch Acetyllysinmethylester 83 und Tosylargininmethylester 84 Boc-
Histidinmethylesterhydrochlorid 85 wird deutlich schwaumlcher gebunden (Aufgrund einer
moumlglichen Protonenuumlbertragung vom Imidazoliumion auf die Phosphonate wurden keine
Experimente in reinem Wasser durchgefuumlhrt)
HN
O
O
H2C
NH2
O HCl
057036
157145
HN
O
O
H2C
O
O
NH
N
065079
376
S
HN
O
O
CH2
NH
NHH2NHCl
OO
100068
409329154147
85
Ka = 690 M-1 plusmn 15
84Ka = 7843 M-1 plusmn 25 Ka = 1802 M-1 plusmn 40
83Ka = 23010 M-1 plusmn 18 Ka = 4339 M-1 plusmn 22
Abbildung 244 Ergebnisse der Bindungsstudien mit basischen Aminosaumluren Die Ergebnisse mit einem sind fuumlr Experimente in 25 mM Natriumphosphat-Puffer pH 7 in D2O
Mit anderen nichtbasischen Aminosaumluren zeigte die Bisphosphonat-Pinzette 11 in gepufferter
Loumlsung keine Wechselwirkung (Abb 245)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 63
Abbildung 245 Selektivitaumltsuumlbersicht der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber verschiedenen Aminosaumluren in gepufferten waumlssrigen Loumlsungen (Natriumphosphat pH 7 25 mM) Aufgrund des Fehlens jeglicher Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen der nichtbasischen Aminosaumluren wurde die Bindungskonstante auf 5 M-1 geschaumltzt
Dass die Alkylketten-Protonen des Lysins und des Arginins teilweise ∆δmax-Werte von uumlber
3 ppm zeigten ist ein deutlicher Hinweis darauf dass sie sich bei der Bindung in der Kavitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 befinden muumlssen Im Falle des Lysins zeigten nicht nur die δ-
C- und ε-C-Protonen hohe Shifts sondern auch das α-C-Proton sowie die β-C- und γ-C-
Protonen wenn auch im geringerem Maszlig (Abb 247) Beim Arginin konnte Vergleichbares
beobachtet werden Wahrscheinlich befindet sich nicht das Ammoniumkation bzw
Guanidinumkation in der Kavitaumlt sondern vor allem die Alkylkette (Abb 246) Es wird ein
Pseudorotaxan gebildet wobei die N- und C- Schutzgruppen auf der einen Seite und das
Kation auf der andere Seite als Stopper dienen Vergleichbare Pseudorotaxane entstehen auch
bei der Pinzette mit Naphthalin-Spacer mit (dendritischen) Viologen-Gaumlsten und konnten
beobachtet werden[52 162] Auszligerdem wurde eine vergleichbare Anordnung auch bei der
Bindung von Alkylammoniumsalzen durch Cucurbituril-Rezeptoren beobachtet[163]
Abbildung 246 Ergebnisse der Monte Carlo Simulationen der Komplexe von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte) und Tosylargininmethylesterhydrochlorid 84 (Rechts MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte) mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 Die Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen
0
1000
2000
3000
4000
5000
Lys Arg His Asp Ser Thr Phe Leu Val Ala Gly
Ka [M-1]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 64
Diese vorgeschlagene Struktur wurde von zusaumltzlichen Experimenten unterstuumltzt In einem
NOESY-Experiment mit einer Loumlsung aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der
Bisphosphonat-Pinzette 11 wurden NOE-Kontakte zwischen den Methylestern sowie der
Acetyl-Gruppe und den Bruumlckenkoumlpfen der Bisphosphonat-Pinzette 11 beobachtet (Abb
247) Diese Kontakte koumlnnen nur auftreten wenn das Lysin wie ein Rotaxan gebunden wird
Die Bindung ist so stark dass sich an den Signalen der aromatischen Protonen der
Bisphosphonat-Pinzette 11 eine Aufspaltung erkennen laumlsst Es findet ein Chiralitaumltstransfer
statt wodurch die beiden Seiten der Pinzette nicht mehr magnetisch aumlquivalent sind
Abbildung 247 Beobachtete NOE-Kontakte zwischen Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 und der Bisphosphonat-Pinzette 11 Am Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 sind die ∆δsat-Werte der Protonen vermerkt
Beim Erwaumlrmen auf 95 degC eines 11-Gemisches aus Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83
und der Bisphosphonat-Pinzette 11 in Wasser konnte beobachtet werden dass Signale die bei
Raumtemperatur noch breit waren wieder schaumlrfer wurden Dies bedeutet dass bei
Raumtemperatur die Rotation des Gastes in der Kavitaumlt eingeschraumlnkt wird
Diese Beobachtungen deuten daraufhin dass die Inklusion der Seitenketten der Aminosaumluren
in der Kavitaumlt zu starken Van-der-Waals-Wechselwirkungen fuumlhrt unterstuumltzt von
elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Phosphonaten und dem kationischen
Aminosaumlure-Rest Dieser Bindungsmodus bietet eine gute Erklaumlrung fuumlr die erhoumlhte Affinitaumlt
der Bisphosphonat-Pinzette 11 gegenuumlber Lysin und Arginin Mit den oben dargelegte
Bindungskonstanten gehoumlrt die Bisphosphonat-Pinzette 11 zu den besten Rezeptoren fuumlr
basische Aminosaumluren die bis heute bekannt sind Lediglich die oben beschriebenen RNA-
Aptamere erreichen in Puffer eine Bindungskonstante von 13000 M-1[161] Bis heute sind keine
Rezeptoren bekannt die eine so hohe Affinitaumlt fuumlr Lysin besitzen wie die Bisphosphonat-
Pinzette Der von Bell et al beschriebene selektive Lysin-Rezeptor mit einer
Bindungskonstante gt 105 M-1 in Methanol zeigt in Wasser eine sehr starke Aggregation[157]
HN NH3+
O
OH3C
OCH3
H
H
H
H
H05
14
14
gt 30
gt 40O
POCH3
-O PO-CH3
O
H
H
H
H
NOESY
HHH
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 65
235 Bindungsexperimente mit kurzen Arginin- und Lysin-haltigen
Signalpeptiden
Um das Gastprofil zu erweitern wurden kurze arginin- und lysinhaltige Peptidsequenzen von
biologischer Bedeutung auf ihre Bindungseigenschaften in der Bisphosphonat-Pinzette 11
uumlberpruumlft Die beiden argininhaltigen Peptide RGD 86 und GRGG 87 werden beide in
neutralen gepufferten waumlssrigen Loumlsungen mit hohen Bindungskonstanten an die
Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb 248)
86RGD Ka = 986 M-1 plusmn 10 RGD Ka = 1175 M-1 plusmn 16
H2NNH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
HN
NH
O
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
87GRGG Ka = 861 M-1 plusmn 12
206
746
221458341
088092
202150
Abbildung 248 Bindungsexperimente mit argininhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte gelten fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( reines D2O)
Auch die lysinhaltigen Peptide KAA 88 KTTK 89 KTTKS 90 und KKLVFF 91 werden in
neutraler gepufferter waumlssriger Loumlsung an die Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden (Abb
249) Die Bindungskonstanten liegen wie schon bei den einzelnen Aminosaumluren uumlber denen
der argininhaltigen Derivate Peptide die zwei Lysine enthalten werden sogar deutlich besser
gebunden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 66
H2NNH
O
NH2
HN
OOH
OH
CH3COOH
KAA 88 Ka = 1179 M-1 plusmn 11
103
029
H2NNH
O
NH2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
KKLVFF 91 Ka = 37800 M-1 plusmn 33
014
014 012
012
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
NH2
H
H
KTTK 89 Ka = 5512 M-1 plusmn 32 (21)
041
041
042
042
H2NNH
O
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
NH2
H
H
OH
O
OH
039
039
262
262
KTTKS 90 Ka = 4152 M-1 plusmn 29 (21)
Abbildung 249 Bindungsexperimente mit lysinhaltigen Peptidsequenzen Die angegebenen Werte sind fuumlr die Bindung in 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O ( 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11) Die ∆δsat-Werte sind an den Protonen vermerkt
Die Werte fuumlr ∆δsat sowie das Fehlen von Aumlnderungen der chemischen Verschiebungen in den
anderen Aminosaumluren deuten daraufhin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen
Aminosaumluren vergleichbar ist Die fuumlr RGD 86 im Molecular Modelling erhaltene Struktur
zeigt jedoch dass sich die Guanidinium-Einheit in der Mitte der Kavitaumlt befindet (Abb 250)
Allerdings wird vom N-Terminus zum Phosphonat eine Wasserstoffbruumlcke ausgebildet die
diese Anordnung zumindestens im Modelling energetisch guumlnstiger erscheinen laumlsst Die
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 67
chemischen Verschiebungen im Komplex deuten dagegen darauf hin dass eine Rotaxan-
aumlhnliche Anordnung wahrscheinlicher ist
Abbildung 250 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von RGD 86 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 3000 Schritte)
Im Fall von KTTK 89 und KTTKS 90 liegen die Bindungskonstanten uumlber denen der Peptide
die ein Lysin oder ein Arginin enthalten Dies duumlrfte darauf zuruumlckzufuumlhren sein dass in
diesen Peptiden zwei Bindungsstellen angeboten werden Der Job-Plot bestaumltigt dass es sich
in diesem Fall um einen 21 Komplex handelt Die chemischen Verschiebungen deuten auch
hier darauf hin dass der Bindungsmodus mit dem der einzelnen Aminosaumluren vergleichbar
ist Diese Annahme wird von einer Molecular Modelling Untersuchung unterstuumltzt
(Abb 251) Diese Untersuchung zeigt zusaumltzlich dass wenn sich zwei Lysin-Reste nicht
direkt nebeneinander befinden ein 21 Komplex moumlglich ist ohne dass sich zwei
Bisphosphonat-Pinzetten dabei gegenseitig behindern Zusaumltzlich zu den Van-der-Waals-
Wechselwirkungen koumlnnen in diesem Komplex einige Wasserstoffbruumlcken zwischen den
Phosphonaten und Amonium-Kationen des Peptids ausgebildet werden
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 68
Abbildung 251 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KTTKS 90 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 OPLS-AA H2O 10000 Schritte)
KKLVFF 91 konnte aufgrund der geringen Loumlslichkeit nicht in waumlssrigem Puffer untersucht
werden In 25 mM Natriumphosphatpuffer pH 7 in D2O Methanol-d4 = 11 zeigt sich eine
sehr groszlige Bindungskonstante gepaart mit geringen Aumlnderungen der chemischen
Verschiebung Zwei N-terminale Lysin-Reste bevorzugen in D2O Methanol-d4 = 11
anscheinend eine Art Cluster mit dem Bisphosphonat der durch Coulomb-Wechselwirkungen
zusammengehalten wird
Abbildung 252 Ergebnis der Monte Carlo Simulation des Komplexes von KKLVFF 91 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 (MacroModel 71 Amber H2O 10000 Schritte)
236 Einfluss von dipolaren aprotischen Kosolventien
Durch Zugabe von 1000 Aumlquivalenten eines dipolar aprotischen Loumlsungsmittels wie DMSO
oder Acetonitril kann die Bindung von Gaumlsten ruumlckgaumlngig gemacht werden Die chemischen
Verschiebungen des Gastes kehren nach der Zugabe des Loumlsungsmittels komplett zu ihren
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 69
Ausgangswerten zuruumlck Diese Loumlsungsmittel konkurrieren offensichtlich mit dem Gast bei
der Komplexierung und verdraumlngen den Gast aus der apolaren Kavitaumlt Ein aumlhnlicher Effekt
konnte bereits an der festen Phase mit immobilizierten Pinzetten beobachtet werden[63]
237 Zusammenfassung (Bisphosphonat-Pinzette)
Die Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigt ein breites Gastprofil N-Alkylierte Pyridinium-Salze
werden stark in der Pinzette gebunden Allerdings werden nur para-substituierte
Verbindungen stark gebunden Wird das Substitutionsmuster geaumlndert findet kein effektiver
Einschluss in der Kavitaumlt mehr statt Dies ist vermutlich darauf zuruumlckzufuumlhren dass die
Kavitaumlt der Pinzette im Gegensatz zur Kavitaumlt der Klammer nach unten abgeschirmt ist
Im Vergleich mit der Bisphosphonat-Klammer bindet die Bisphosphonat-Pinzette 11 auch
Ammonium-Kationen Die Bindungskonstante korreliert mit dem sterischen Anspruch der
Substituenten Je sperriger die Substituenten sind desto niedriger wird die
Bindungskonstante Die bestimmten ∆δsat-Werte bestaumltigen diese Vermutung da in der Naumlhe
der Substituenten in der Regel keine oder nur sehr kleine Shifts beobachtet wurden Es
werden sowohl primaumlre als auch sekundaumlre Amine gebunden wobei jedoch primaumlre Amine
vermutlich aufgrund ihres geringeren sterischen Anspruch besser gebunden werden
Interessanterweise werden die basischen Aminosaumluren Arginin und Lysin erheblich besser
gebunden (bis zu 20000 M-1 im Vergleich zu 800 M-1 fuumlr einfache Amine) Die
Untersuchungen haben ergeben dass dies vermutlich auf die Ausbildung einer
Pseudorotaxan-aumlhnlichen Struktur zuruumlckzufuumlhren ist Die Aminosaumlure-Seitenkette wird
durch die Kavitaumlt gefaumldelt das Ammonium-Kation und die N- und C-terminalen
Schutzgruppen dienen als Stopper Das Ammonium-Kation wird zusaumltzlich von einer
Wasserstoff-Bruumlcke zum Phosphonat fixiert waumlhrend die Alkylkette starke Coulomb-
Wechselwirkungen eingehen kann Die Bindung bleibt auch in gepufferter Loumlsung erhalten
Durch Versuche mit Modellpeptiden konnte gezeigt werden dass die basischen Aminosaumluren
auch in peptidischer Umgebung gebunden werden und vor allem dass andere Aminosaumluren
nicht gebunden werden Zwei weitere interessante Beobachtungen wurden dabei gemacht
Wenn zwei Lysin-Reste im Peptid vorhanden sind die durch weitere Aminosaumluren
voneinander getrennt sind koumlnnen beide einzeln von Bisphosphonat-Pinzetten gebunden
werden (21-Komplex) Bei der Betrachtung von KKLVFF 91 in einem Wasser Methanol-
Gemisch fiel jedoch auf dass in diesem Fall die Ausbildung eines Clusters mit den
Bisphosphonaten bevorzugt wird In diesem Fall ist es anscheinend guumlnstiger
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 70
Wasserstoffbruumlcken von den Ammonium-Kationen zu den Bisphosphonaten auszubilden
anstatt die Lysin-Seitenketten in der Kavitaumlt einzuschlieszligen
24 Isothermale Titrationskalorimetrie 241 Einleitung
Als einzige physikalische Messmethode bietet die isothermale Titrationskalorimetrie (ITC)
die Moumlglichkeit die globalen thermodynamischen Groumlszligen ∆Hdeg ∆Gdeg ∆Sdeg sowie die
Bindungskonstante Ka und die Stoumlchiometrie n eines Komplexes in einem einzigen
Experiment zu bestimmen Wenn bei verschiedenen Temperaturen gemessen wird kann sogar
die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt bestimmt werden[164-167]
In einem ITC-Experiment wird die Energetik einer Komplexierung bei konstanter Temperatur
gemessen Das Ziel dabei ist es eine Kurve zu erhalten die die Saumlttigung des Wirtes in Bezug
auf die Konzentration des zu bindenden Gastes wiedergibt die sogenannte
Bindungsisotherme[168 169]
Fuumlr eine Messung werden kleine Mengen des Gastes mit Hilfe einer computergesteuerten
Spritze in eine Loumlsung des Wirtes welche in der Messzelle vorgelegt wird titriert Bei der
Injektion wird vom System Waumlrme aufgenommen (endotherme Reaktion) oder abgegeben
(exotherme Reaktion) Diese Waumlrme wird im Vergleich zu der nur mit Loumlsungsmittel
gefuumlllten Referenzzelle gemessen Beide Zellen befinden sich in einer adiabatischen Huumllle
und werden unabhaumlngig voneinander mit Heizelementen geheizt Thermoelemente messen die
Temperaturdifferenz zwischen den beiden Zellen einerseits und den Zellen und dem
adiabatischen Schild andererseits Sie sorgen dafuumlr dass die Temperaturdifferenz zwischen
den beiden Zellen moumlglichst gering ist (Abb 253)
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 71
Abbildung 253 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
Gemessen wird letztendlich der Unterschied der Heizleistung die gebraucht wird um beide
Zellen auf der gleichen (voreingestellten) Temperatur zu halten Das Detektionslimit des
Geraumltes liegt bei ca 05 microcal (ca 2 microJ) und entspricht etwa einer Temperaturaumlnderung in der
Messzelle von 10-6 K Eine Messung kann dann als ausreichend aufgeloumlst betrachtet werden
wenn die gemessene Signalhoumlhe mindestens 01 microcals (ca 04 microJs) betraumlgt[170]
242 Theoretische Grundlagen
Fuumlr die Bildung eines Komplexes (WG) aus Gast (G) und Wirt (W) gilt das
Massenwirkungsgesetz
[ ][ ][ ]GW
WGKa = (Gleichung 21)
Die Gesamtkonzentration des Wirtes [W]tot und des Gastes [G]tot sind wie folgt definiert
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
Spritzenstempel
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 72
[ ] [ ] [ ]WGGG tot += (Gleichung 22)
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ][ ]GK
WGWGWWGWa
tot +=+= (Gleichung 23)
Nach Aufloumlsen der Gleichung 22 nach [G] und einsetzen in Gleichung 23 wird die folgende
quadratische Gleichung erhalten
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] 012 =+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛minusminusminus+ tottot
Atottot GW
KGWWGWG (Gleichung 24)
Durch ziehen der Wurzel ergibt sich aus Gleichung 24 folgende Loumlsung fuumlr die
Konzentration des Wirt-Gast-Komplexes
[ ]2
42 abbWG
minusminusminus= (Gleichung 25)
mit
[ ] [ ]A
tottot KGWb 1
minusminusminus= (Gleichung 26)
und
[ ] [ ] tottot GWa = (Gleichung 27)
Nach Ableitung von Gleichung 25 nach der Gesamtkonzentration des Gastes [G]tot ergibt sich
nach Umformen der erhaltenen Gleichung folgender Ausdruck
[ ][ ] ( ) ( ) 22 112
2211
21
rrXX
Xr
GdWGd
rr
r
tot ++minusminus
minus+
minus+= (Gleichung 28)
mit
[ ] totA WKr 1
= (Gleichung 29)
und
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 73
[ ][ ] tot
totr W
GX = (Gleichung 210)
In einem Titrationsexperiment werden kleine Volumina der Gastloumlsung in die Messzelle mit
der Wirtloumlsung eingespritzt Bei der Einspritzung wird eine bestimmte Waumlrme Q freigesetzt
oder absorbiert Ziel ist es einen Ausdruck fuumlr die Waumlrmemenge Q im Zusammenhang mit
den Konzentrationen der vorliegenden Reaktionspartner in der Messzelle zu finden Dabei
haumlngt Q ab von
1) dem Zellvolumen V
2) den Konzentrationen der Reaktionspartner in der Messzelle
3) der Molaren Bindungsenthalpie ∆Hdeg
4) der Stoumlchiometrie
5) der Menge des eingespritzten Gastes
Wird beruumlcksichtigt dass mit der Abnahme an unkomplexiertem Wirt die freigesetzte
Waumlrmemenge Q verringert wird ergibt sich die nachfolgende Gleichung 211 Die Aumlnderung
d[WG] der Konzentration [WG] ist somit proportional zur Aumlnderung dQ der Waumlrmemenge Q
[ ] VHWGddQ sdotdeg∆sdot= (Gleichung 211)
Der Term d[WG] beruumlcksichtigt somit die Konzentrationen der Reaktionspartner in der
Messzelle die Stoumlchiometrie und die Menge des eingespritzten Gastes von denen die
Waumlrmemenge Q abhaumlngig ist
Durch Einsetzen von Gleichung 28 in Gleichung 211 ergibt sich fuumlr eine Bindungsreaktion
zwischen einem Wirt und einem Gast im Verhaumlltnis 11 folgende Gleichung
[ ] ( ) ( ) ⎪⎭
⎪⎬
⎫
⎪⎩
⎪⎨
⎧
++minusminus
minus+
minus+deg∆=sdot
22 11222
11
211
rrXX
Xr
HGddQ
Vrr
r
tot
(Gleichung 212)
Waumlhrend einer Messung wird die differenzielle Waumlrme [ ] totGddQ bestimmt Dieser Wert
haumlngt nicht von der absoluten Konzentration des Wirtes [W]tot in der Messzelle ab
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 74
In Abb 254 sind Bindungskurven dargestellt die nach Gleichung 212 simuliert wurden Um
die Kurven besser beschreiben zu koumlnnen wird der Parameter c eingefuumlhrt der reziprok zum
Wert r aus der Gleichung 29 ist
[ ] totA WKr
c ==1 (Gleichung 213)
Liegt eine sehr starke Bindung (c = infin) eines Gastes an einem Wirt vor werden alle Molekuumlle
des Gastes sofort gebunden bis die Saumlttigung des Wirtes eintritt dh bis alle Bindungsstellen
besetzt sind Als Bindungskurve ergibt sich dann eine Stufenfunktion mit der Houmlhe ∆Hdeg
∆Hdeg
001
1
5
40500
infin
1 20
05
[ ] [ ] tottot WG
Abbildung 254 Simulierte Bindungsisotherme fuumlr eine endotherme Reaktion nach Gleichung 212 fuumlr verschiedene Parameter c = KA [W]tot Die verschiedenen Werte fuumlr c sind in der Abbildung dargestellt
Fuumlr eine relativ starke Bindung mit c = 10 - 500 wird aus der Stufenkurve eine sigmoidale
Kurve deren Verlauf stark von dem Parameter c abhaumlngt Schwache Bindungen ergeben
dagegen fast horizontale Bindungskurven (c lt 5)
Der c-Wert ist ein hilfreiches Werkzeug um Konzentrationen fuumlr Bindungsexperimente
abschaumltzen zu koumlnnen Ist bereits uumlber eine andere Methode eine Bindungskonstante bekannt
so kann leicht der optimale Konzentrationsbereich fuumlr eine Messung abgeschaumltzt werden Die
Konzentration der Komponente in der Spritze sollte das 12- bis 15-fache der Konzentration in
der Messzelle betragen Ist keine Bindungskonstante bekannt so kann die Konzentration
anhand Abb 254 nachtraumlglich geaumlndert werden falls die Messkurve noch nicht dem
gewuumlnschten sigmoidalen Kurvenverlauf entspricht[171 172]
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 75
Wie oben beschrieben wird der Heizstrom der zum Erwaumlrmen der Messzelle gebraucht wird
gemessen Das Messsignal wird angegeben in microcals gegen die Zeit aufgetragen Es resultiert
eine Kurve wie sie in der oberen Haumllfte von Abbildung 255 dargestellt ist Eine Integration
der oberen Kurve uumlber die Zeit ergibt die untere Kurve
Abbildung 255 Eine typische ITC-Messung Die obere Haumllfte zeigt das Messergebnis dabei steht jeder Peak fuumlr eine Injektion Die untere Kurve entsteht durch Integration der oberen Kurve
Die Berechnung der Kurve erfolgt vollautomatisch mit Hilfe eines Rechners und der
entsprechenden Software Anhand einer mathematischen Anpassungsfunktion
(Gleichung 212) die eine Levenberg-Marquardt Iteration verwendet um den sigmoidalen
Kurvenverlauf zu erhalten wird die Kurve an die erhaltenen Messpunkte angepasst Aus dem
Kurvenverlauf berechnet sich der Wert der Bindungskonstante KA die Stoumlchiometrie der
Reaktion und die Enthalpie ∆Hdeg als gesamte Waumlrmetoumlnung der Reaktion Die freie Enthalpie
∆Gdeg und die Entropie ∆Sdeg koumlnnen anschlieszligend daraus uumlber Gleichung 214 und 215
berechnet werden (Abb 256)[170 171 173]
aKRTG lnminus=deg∆ (Gleichung 214)
deg∆minusdeg∆=deg∆ STHG (Gleichung 215
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 76
Abbildung 256 Ein Beispiel fuumlr eine typische ITC Messung Die durchgezogene Kurve repraumlsentiert das Ergebnis der Kurvenanpassung nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate Der Achsenabschnitt auf der Ordinate ergibt die Bindungsenthalpie ∆Hdeg aus dem Kurvenverlauf laumlsst sich die Bindungskonstante KA und damit auch die Freie Bindungsenthalpie ∆Gdeg bestimmen[171]
Bei der Bestimmung von ∆Hdeg sollte beruumlcksichtigt werden dass das ∆Hdeg welches aus der
Messung erhalten wird die Waumlrmeentwicklung aller bei der Komplexierung auftretender
Effekte enthaumllt So koumlnnen bei der Komplexierung zB auch Protonenuumlbertragungen
stattfinden die ebenfalls Waumlrmeentwicklung erzeugen Diese Waumlrmeentwicklung sollte bei
der Auswertung beruumlcksichtigt werden[174]
Die Aumlnderung der Waumlrmekapazitaumlt kann bestimmt werden indem uumlber einen groumlszligeren
Temperaturbereich mehrere Messungen durchgefuumlhrt werden Dabei wird die Aumlnderung der
Waumlrmekapazitaumlt erhalten indem die Bindungsenthalpie bei mehreren Temperaturen bestimmt
wird und gegen die Temperatur aufgetragen wird Aus der Steigung des Graphen kann ∆Cp
nach folgender Gleichung bestimmt werden[166 167 169]
12
1T2Tp TT
HHCminus
deg∆minusdeg∆=∆ (Gleichung 216)
00 05 10 15 20 25-30
-25
-20
-15
-10
-05
00
Molares Verhaumlltnis
kcal
mol
pro
Inje
ktio
n
∆Gdeg
Stoumlchiometrie
∆Hdeg
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 77
243 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Titration von Thiamin 75 zu einer Loumlsung der Bisphosphonat-Klammer 24 ergab die in
Abb 257 abgebildet Titrationskurve
Titration von 75 zu 24 ∆Hdeg -2312 plusmn 024 kJmol Ka 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 M-1
n 0774 plusmn 0006 -T∆Sdeg -093 kJmol
Abbildung 257 Ergebnisse der ITC Messung von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 24
Die Messungen zeigen eine gute Uumlbereinstimmung mit dem aus NMR-Titrationen enthaltenen
Ergebnis Die Stoumlchiometrie erreicht annaumlhernd eine 11 Stoumlchiometrie Die Abweichung ist
zum Teil auf die stark hygroskopische Natur des Bisphosphonates 24 zuruumlckzufuumlhren Die
Bindung ist nahezu ausschlieszliglich enthalpisch getrieben der Beitrag der Entropie ist
vernachlaumlssigbar klein Im Gegensatz dazu konnte in Messungen von NAD+ an die
Bisphosphonat-Klammer 10 ein erheblicher entropischer Anteil beobachtet werden[75] Diese
Ergebnisse deuten auf einen starken Beitrag von π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175]
sowie auf den nicht-klassischen hydrophoben Effekt hin[10]
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
2 Durchfuumlhrung und Ergebnisse 78
244 ITC Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Die Titration von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
ergab die in Abb 258 abgebildete Titrationskurve
Titration von 83 zu 11 ∆Hdeg -2641 plusmn 016 kJmol Ka 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 M-1
n 0735 plusmn 0003 -T∆Sdeg -235 kJmol
Abbildung 258 Ergebnis der ITC-Messung von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 mit der Bisphosphonat-Pinzette 11
Auch die Messungen mit der Bisphosphonat-Pinzette 11 zeigen eine gute Uumlbereinstimmung
mit den Ergebnissen aus den NMR-Titrationen Wie bei der Bisphosphonat-Klammer 24 ist
auch hier die Abweichung der Stoumlchiometrie vermutlich auf den hohen hygroskopischen
Charakter des Bisphosphonates zuruumlckzufuumlhren Wie bereits bei der Bisphosphonat-Klammer
24 beobachtet wurde ist auch hier der Beitrag der Entropie zur Bindung klein Entsprechend
werden auch in diesem Fall die π-Kation- und π-π-Wechselwirkungen[175] sowie der nicht-
klassische Hydrophobe Effekt[10] die entscheidenden Wechselwirkungen bei der
Komplexierung sein Diese Ergebnisse unterstuumltzen den oben beschriebenen Bindungsmodus
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
3 Zusammenfassung und Ausblick 79
3 Zusammenfassung und Ausblick
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Synthese der Bisphosphonat-Klammer modifiziert so
dass nicht laumlnger das Tetrabutylammonium-Salz aus der Synthese erhalten wird sondern das
Lithium-Salz Dies hat den Vorteil dass das Endprodukt nicht laumlnger mit geringen Mengen
Kieselgel verunreinigt ist Viel wichtiger ist jedoch die Tatsache dass Lithium als Gegenion
im Gegensatz zu Tetrabutylammonium nicht in der Kavitaumlt der Klammer gebunden wird und
so nicht in Konkurrenz zu den Gaumlsten tritt Parallel dazu gelang es erstmals die Pinzette 11
mit Bisphosphonat-Einheiten herzustellen und dadurch wasserloumlslich zu machen Sowohl die
Bisphosphonat-Klammer 24 als auch die Bisphosphonat-Pinzette 11 werden
syntheseoumlkonomisch modular aus der gleichen Spacer-Einheit 14 aufgebaut
O
P
OH3C
O P
O
CH3
O
Abbildung 31 Die in dieser Arbeit synthetisierten Bisphosphonat-Klammern 10 (Gegenion Tetrabutylammonium) und 24 (Gegenion Lithium links) und Bisphosphonat-Pinzette 11 (rechts)
Im Falle der Bisphosphonat-Klammer wurde die bereits bekannte Bindung von NAD+ 52
naumlher untersucht Die Bindung des NAD+ 52 beruht auf Kation-π- und π-π-Wechselwirkungen
in Kombination mit hydrophoben Effekten und elektrostatischen Wechselwirkungen Da
theoretisch zwei Bindungsmoden bei der Bindung von NAD+ 52 moumlglich sind (Abb 32)
wurden in der Mitte durchtrennte NAD+-Fragmente ebenfalls auf ihre Bindungseigenschaften
hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass sowohl Nikotinamidmononukleotid (NMN) 54
als auch Adenosinmonophosphat (AMP) 56 an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden
Interessanterweise ist die Bindungskonstante von NMN 54 jedoch etwa sechs mal houmlher als
die des AMP 56 Eine genaue Betrachtung des elektrostatischen Oberflaumlchenpotentials von
NAD+ 52 zeigt dass der Nikotinamid-Ring im Vergleich zum Adenin-Ring wesentlich staumlrker
positiv geladen ist Dies erklaumlrt die unterschiedlichen Bindungskonstanten und deutet an dass
die beiden vorgeschlagenen Strukturen im Gleichgewicht vorliegen welches deutlich auf der
Seite der Inklusion des Nikotinamids liegen muss Die Bindung von NAD+ 52 scheint stark
O
PO
H3CO
P O
CH3
OLi+
Li+
3 Zusammenfassung und Ausblick 80
vom pH-Wert abhaumlngig zu sein Die geringen beobachteten ∆δsat-Werte des Komplexes
kehren zu den gewohnten hohen ∆δsat-Werte zuruumlck wenn der Komplex in Puffer betrachtet
wird Die Bindung scheint somit auch vom Protonierungsgrad der Phosphate abhaumlngig zu
sein Die genaueren Zusammenhaumlnge sollen in der Zukunft untersucht werden[94]
Abbildung 32 Berechnete Strukturen des Komplexes von NAD+ 52 und der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 Amber H2O 5000 Schritte Stickstoffatome sind in blau dargestellt) Links befindet sich das Nikotinamid in der Kavitaumlt rechts das Adenin
NMR-Messungen bei tiefen Temperaturen sollten mehr Hinweise in Hinblick auf den
Bindungsmodus geben jedoch werden diese Messungen durch die aumluszligerst geringe Loumlslichkeit
erschwert
In Zukunft soll getestet werden ob die Bisphosphonat-Klammer mit einer Erkennungseinheit
fuumlr Ribosen versehen werden kann um so eine selektivere Bindung von NAD+ 52 zu
erreichen[176] Eine weitere interessante Frage ist die ob das elektrochemische Potential von
NAD+ 52 durch Komplexierung an die Bisphosphonat-Klammer 10 geaumlndert werden kann
Das Potential wird vermutlich durch die Komplexierung abgesenkt werden Daran schlieszligt
sich die naumlchste Frage an naumlmlich ob durch Komplexierung des NAD+ das Gleichgewicht
von enzymatischen Reaktionen verschoben werden kann Die Bindungskonstante fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 in der Bisphosphonat-Klammer ist konkurrenzfaumlhig mit der fuumlr die
Bindung von NAD+ 52 an bestimmte Alkoholdehydrogenasen Manche Dehydrogenasen
binden NAD+ 52 mit einer Bindungskonstante von etwa 103 M-1 waumlhrend NADH meist viel
staumlrker (ca 105 M-1) gebunden wird[177]
3 Zusammenfassung und Ausblick 81
Schlieszliglich koumlnnte man versuchen aus der Bisphosphonat-Klammer einem nichtkovalent
gebundenen Zinkion einem Alkoholat und eingeschlossenem NAD+ 52 ein kuumlnstliches
proteinfreies Enzym zu schaffen
Weiterhin wurde festgestellt dass die basische Aminosaumlure Arginin nicht an die
Bisphosphonat-Klammer 10 bindet Histidin ist vermutlich fuumlr eine Protonenuumlbertragung auf
die Phosphonate verantwortlich wird aber ebenfalls nicht in der Kavitaumlt gebunden Diese
Erkenntnis ist aumluszligerst wichtig fuumlr zukuumlnftige biologische Experimente mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 Dies bedeutet dass Experimente mit NAD+-abhaumlngigen Proteinen in Gegenwart
der Klammer durchgefuumlhrt werden koumlnnen da nicht zu befuumlrchten ist dass die
Bisphosphonat-Klammer 10 an eine der Aminosaumluren des Proteins bindet und damit ihre
eigene Kavitaumlt blockiert
Die Einlagerung von N-Retinyl-N-retinyliden-ethanolamin (A2E) 58 in der Bisphonat-
Klammer 10 eroumlffnet vielleicht eine Moumlglichkeit zur Therapie der altersbedingten
Makuladegeneration (AMD) Fuumlr diese Krankheit die im Wesentlichen von dem in der Retina
gebildeten Naturstoff A2E 58 verursacht wird gibt es bislang keine effektiven Wirkstoffe
Man kann bis heute lediglich den Krankheitsverlauf bremsen Trotz ihrer hohen Ladung
koumlnnte die Bisphosphonat-Klammer also therapeutische Anwendungen finden Dafuumlr spricht
dass bereits eine Zellgaumlngigkeit von anderen hochgeladenen Verbindungen nachgewiesen
wurde[178] Es konnte auszligerdem bereits gezeigt werden dass sich die Bisphosphonat-Klammer
10 in einfache Modellmembranen einlagert In ersten Versuchen in Apoptose-Essays mit
Epithelzellen wurde gezeigt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 die A2E-induzierte
Apoptose erfolgreich hemmt Diese erfolgreiche Hemmung zeigt nicht nur das Potential der
Bisphosphonat-Klammer sondern beweist auch dass sie zellgaumlngig ist In Zukunft soll die
Bisphosphonat-Klammer mit Resten modifiziert werden welche die Bindung von A2E 58
verbessern sollen wie zB laumlngere Alkylsubstituenten oder auch Dendrimere am
Phosphoratom die Van-der-Waalswechselwirkungen mit den Ketten des A2Es 58 eingehen
koumlnnen
Da bei der naumlheren Untersuchung des Komplexes von NAD+ 52 mit der Bisphosphonat-
Klammer 10 interessanterweise festgestellt wurde dass sowohl das Adenosin-Nukleosid als
auch das entsprechende -Nukleotid gebunden werden wurde diese Eigenschaft genauer
uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass die Bisphosphonat-Klammer 10 alle 2rsquo-Deoxy-
3 Zusammenfassung und Ausblick 82
Nukleoside mit hohen Bindungskonstanten bindet (2000 bis 8000 M-1) Die besten
Bindungskonstanten wurden bei der Bindung von 2rsquo-Deoxythymidin 60 und
2rsquo-Deoxyadenosin 55 beobachtet Im Gegensatz dazu wird lediglich das Nukleotid
Adenosinmonophosphat (AMP) 56 schwach an die Bisphosphonat-Klammer 10 gebunden
(etwa 1000 M-1) Somit unterscheidet die Bisphosphonat-Klammer streng zwischen
Nukleosiden und Nukleotiden Die Ursache liegt wahrscheinlich in der Abstoszligung der negativ
geladenen Phosphate der Nukleotide durch die ebenfalls negativ geladenen Phosphonate der
Klammer Eine interessante Frage die in der Zukunft geklaumlrt werden sollte ist die moumlgliche
Erkennung von AMP 56 in biologischer Umgebung mit der Bisphosphonat-Klammer 10
Wenn dies moumlglich ist koumlnnte es moumlglich sein die Bisphosphonat-Klammer eventuell als
Adenosin-selektiven DNA-Interkalator zu benutzen[179 180]
Da auch Wirkstoffe auf Nukleosidbasis an die Bisphosphonat-Klammer 10 binden sollte trotz
der relativ geringen Bindungskonstante fuumlr AZT 68 uumlberpruumlft werden ob die Bisphosphonat-
Klammer 10 als Carrier fuumlr Nukleosid-Wirkstoffe benutzt werden kann
Um das Gastprofil der Bisphosphonat-Klammer 10 zu erweitern wurden Thiazioliumsalze
auf ihre Bindungseigenschaften hin uumlberpruumlft Dabei wurde festgestellt dass Thiamin 75 und
Thiaminpyrophosphat (TPP) 76 mit hohen Bindungskonstanten an die Bisphosphonat-
Klammer 51 binden Die Bisphosphonat-Klammer 10 ist damit der erste in der Literatur
beschriebene kuumlnstliche Rezeptor fuumlr Thiamin 75 Bei der genaueren Untersuchung des
Bindungsmodus deutet vieles auf einen dynamischen Komplex hin Das Molecular
Modelling-Experiment liefert eine Struktur die das zeitliche Mittel eines dynamischen
Prozesses wiederzuspiegeln scheint (Abb 33) Zusaumltzlich zeigt diese statische Struktur
deutliche Uumlbereinstimmungen mit der natuumlrlichen bdquoV-Konformationldquo im Protein Es scheint
so als wuumlrden sich die beiden Ringsysteme des Thiamins in der Kavitaumlt hin und her bewegen
so dass immer einer der beiden Aromate eine π-π-Wechselwirkung mit einer der beiden
Seitenwaumlnde der Klammer eingeht Isothermale Titrationskalorimetrie-Experimente haben
gezeigt dass die Komplexierung sehr stark enthalpisch getrieben ist Der entropische Beitrag
ist nahezu vernachlaumlssigbar klein Dies koumlnnte auf einen Beitrag von nichtklassischen
hydrophoben Effekten hinweisen
Da TPP 76 im Protein sehr stark (ca 106 M-1) gebunden wird kann die Bisphosphonat-
Klammer 10 hier nicht zur Beeinflussung des enzymatischen Gleichgeweichts genutzt
werden[128] Allerdings koumlnnte im Modellexperiment versucht werden mit Hilfe der
Bisphosphonat-Klammer 10 TPP-vermittelte enzymatischen Reaktionen wie zB
3 Zusammenfassung und Ausblick 83
Umpolungsreaktionen ohne Enzym durchzufuumlhren[181] Die von der Klammer geaumlnderte
Mikroumgebung und das in der Kavitaumlt gebundenen TPP 76 sollten dies ermoumlglichen[182]
Abbildung 33 Die berechnete Struktur fuumlr den Komplex von Thiamin 75 mit der Bisphosphonat-Klammer 10 (Monte Carlo Macromodel 71 OPLS-AA H2O 2000 Schritte)
Mit der Synthese der Bisphosphonat-Pinzette 11 gelang es erstmals diese in wasserloumlslicher
Form herzustellen (Abb 31) Nur schlanke para-substituierte N-alkylierte Pyridiniumsalze
werden sehr stark in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Wird allerdings das
Substitutionsmuster geaumlndert so wird der Gast sterisch zu anspruchsvoll fuumlr die Kavitaumlt und
die Bindungskonstante wird deutlich kleiner Dies zeigt sich auch bei der Untersuchung von
einfachen Ammoniumsalzen mit unterschiedlichem Substitutionsmuster
Von besonderem Interesse ist das Bindungsverhalten der basischen Aminosaumluren Arginin und
Lysin Sowohl Tosylargininmethylester 84 als auch Acetyllysinmethylester 83 werden mit
hohen Bindungskonstanten in der Bisphosphonat-Pinzette 11 gebunden Das gilt auch noch
fuumlr die gepufferte Loumlsung Eine Untersuchung des Bindungsmodus zeigt dass Wirt und Gast
dabei eine Pseudorotaxan-aumlhnliche Struktur bilden (Abb 34) Dabei fungieren die
Schutzgruppen sowie das Ammoniumkation jeweils als Stopper und tragen so erheblich zur
houmlheren Bindungskonstante bei Eine mikrokalorimetrische Untersuchung zeigte dass genau
wie bei der Bisphosphonat-Klammer 10 der Beitrag der Entropie im Vergleich zum Beitrag
der Enthalpie zur Bindung sehr gering ist Dies spricht ebenfalls fuumlr starke elektrostatische
und dispersive Wechselwirkungen evtl unterstuumltzt vom nichtklassischen hydrophoben
Effekt Die Effektivitaumlt der Bisphosphonat-Pinzette 11 konnte durch Bindungsexperimente
mit verschiedenen Modellpeptiden gezeigt werden Fuumlr alle Modellpeptide wurde eine starke
Bindung in gepufferter waumlssriger Loumlsung gefunden Dabei konnte auch gezeigt werden dass
andere Aminosaumluren als basische nicht von der Bisphosphonat-Pinzette 11 komplexiert
3 Zusammenfassung und Ausblick 84
werden Durch Zugabe von DMSO oder Acetonitril kann die Bindung von Lysin zB wieder
ruumlckgaumlngig gemacht werden Bei der Untersuchung der Modellpeptide gab es auszligerdem
Hinweise auf eine Sequenzspezifizitaumlt in Hinblick auf den Abstand von mehreren Lysin-
Resten Peptide mit zwei Lysin-Resten direkt nebeneinander scheinen sich anders zu
verhalten als Peptide mit zwei Lysin-Resten die durch mehrere Aminosaumluren voneinander
getrennt sind
Abbildung 34 Ergebnis der Monte Carlo-Simulationen des Komplexes von Acetyllysinmethylesterhydrochlorid 83 (Links MacroModel 71 OPLS-AA H2O 3000 Schritte Wasserstoffatome wurden aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen)
In Zukunft soll die Bisphosphonat-Pinzette mit einer Erkennungseinheit fuumlr Aspartat versehen
werden um so einen selektiven Rezeptor fuumlr die wichtige Peptidsequenz RGD 86 zu schaffen
Ebenso sollen andere wichtige Modell- und Signalpeptide mit hoher Selektivitaumlt angesteuert
werden so dass neuartige Sensoren oder Wirkstoffe entstehen
4 Experimenteller Teil 85
4 Experimenteller Teil 41 Material und Methoden
Chemikalien
Die eingesetzten Chemikalien wurden bei den Firmen Acros Organics (Geel Belgien)
Aldrich Chemical Co (Taufkirchen) Bachem (Bubendorf Schweiz) Fluka (Taufkirchen)
und Sigma (Taufkirchen) bezogen und falls nicht anders angegeben in der erhaltenen Qualitaumlt
eingesetzt
Loumlsungsmittel
Die verwendeten Loumlsungsmittel wurden vor Gebrauch destilliert und bei Bedarf nach
Standardmethoden absolutiert[183 184] Das benutzte Wasser war entionisiert und wurde im
Bedarfsfall nochmals uumlber eine ELGA Purelab UHQ Anlage entionisiert
Chromatographie
Fuumlr duumlnnschichtchromatographische Analysen kamen mit Kieselgel 60 beschichtete
Aluminiumplatten der Firma Merck (Darmstadt) zum Einsatz
Die Detektion erfolgte mit UV-Licht der Wellenlaumlngen 254 und 366 nm und durch Anfaumlrben
mit dem CAM- und Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz und anschlieszligender Entwicklung im
Heiszligluftstrom
CAM-Reagenz 2 g Cersulfat 50 g Ammoniummolybdat und 50 mL konz Schwefelsaumlure in
400 mL Wasser geloumlst
Molybdatophosphorsaumlure-Reagenz 10-ige Molybdatophosphorsaumlure-Loumlsung in Ethanol
Die praumlparative Saumlulenchromatographie wurde wenn nicht anders angegeben an Kieselgel 60
der Firma Merck (Darmstadt) durchgefuumlhrt Die Laufmittelgemische und die RF-Werte der
betreffenden Substanzen sind angegeben[185]
NMR-Spektroskopie
Die NMR-Spektren wurden mit folgenden Geraumlten gemessen
Bruker Advance AC-200 (1H und 13C)
Bruker Advance ARX-200 (1H 13C und 31P)
4 Experimenteller Teil 86
Bruker Advance AMX-300 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-400 (1H und 13C)
Bruker Advance DRX-500 (1H und 13C)
Die chemischen Verschiebungen δ beziehen sich in den 1H-Spektren auf das
Restprotonensignal des verwendeten deuterierten Loumlsungsmittels und in den 13C-Spektren auf
das 13C-Signal des Loumlsungsmittels[186 187] Die chemischen Verschiebungen δ sind in parts per
million (ppm) angegeben Die verwendeten Loumlsungsmittel sind bei den jeweiligen Spektren
vermerkt
Die Kopplungskonstanten J sind in Hertz (Hz) angegeben Die Signalmultiplizitaumlten werden
wie folgt abgekuumlrzt s = Singulett d = Dublett dd = Dublett vom Dublett ddd = Dublett vom
Dublett vom Dublett m = Multiplett t = Triplett dt = Dublett vom Triplett q = Quartett br =
breit Zusaumltzlich ist die integrierte Protonenzahl angegeben Die Zuordnung der Signale wird
durch einen kurzen Formelabschnitt gezeigt Alle 13C-NMR-Spektren wurden Breitband-
entkoppelt gemessen
NOESY-Experimente
Eine aumlquimolare Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel wird im Ultraschallbad entgast und anschlieszligend vermessen
Variable Temperatur Experimente
Von einer aumlquimolaren Loumlsung (ca 10-3 M) aus Rezeptormolekuumll und Gast in deuteriertem
Loumlsungsmittel (D2O) wird im Temperaturbereich von 5 degC bis 95 degC in 10 degC Schritten ein 1H-NMR Spektrum aufgenommen Die temperaturabhaumlngige Aumlnderung der chemische
Verschiebung wird anschlieszligend beobachtet wobei aliphatische Protonen die keine
temperaturabhaumlngige Verschiebung zeigen als Referenz dienen
UVVis-Spektroskopie
UVVis-Spektren wurden mit einem Hitachi U-3410 bei 25 degC gemessen
Massenspekroskopie
Die Massenspektren (inkl Hochaufloumlsung) wurden auf einem Finnegan MAT 711 (EI) auf
einem Finnegan MAT95 S (ESI) oder auf einem Applied Biosystems SldquoQstar Pulsar irdquo (ESI)
gemessen Die Messmethode wird in Klammern angegeben Angegeben sind jeweils die
4 Experimenteller Teil 87
mz-Werte der wichtigsten Signale Als Daten sind zusaumltzlich die Summenformel die
berechnete Masse und die gemessene Masse angegeben
Schmelzpunkte
Die Schmelzpunkte wurden mit einer KOFLER-Schmelzpunktmessapparatur Thermoplan der
Firma Reichert gemessen und sind unkorrigiert
Filmwaage-Experimente
Filmwaage-Experimente wurden mit einer Filmwaage NIMA 601BAM durchgefuumlhrt Die
Messung des Oberflaumlchendrucks π als Funktion der Flaumlche A erfolgte mittels eines
WILHELMY-Plaumlttchens[107 188]
Die Messungen wurden bei 25 degC uumlber reinem Wasser (R gt 18 MΩ) oder waumlssrigen
Gastloumlsungen (c = 100 microM) durchgefuumlhrt wobei die Subphase vor jeder Messung auf
fehlende Oberflaumlchenaktivitaumlt uumlberpruumlft wurde Stearinsaumluremonoschichten wurden durch
Aufspreizen von 50 microL einer 35 mM Stearinsaumlure-Loumlsung in Chloroform auf die jeweilige
Subphase erhalten Durch zeitabhaumlngige Messungen der Druck-Flaumlche Diagramme
(Schrankengeschwindigkeit 50 cmsup2min) wurde zunaumlchst der Einfluss der geloumlsten Gaumlste auf
die Stearinsaumluremonoschicht beobachtet Der Rezeptor wurde dann als 35 mM Loumlsung in
Methanol Chloroform = 11 vv bei einem Oberflaumlchendruck von 15 mNm vorsichtig auf
die Oberflaumlche getropft Zeitabhaumlngige π-A-Isothermenzyklen wurden aufgenommen bis
keine Aumlnderung der Effekte mehr beobachtet werden konnten
Molecular Modelling
Kraftfeldrechnungen wurden mit dem Programm MacroModel 71 der Firma Schroedinger
durchgefuumlhrt Verwendet wurden die Kraftfelder Amber und OPLS-AA sowie das
GBSA-Solvatationsmodell fuumlr Wasser[189 190] ndash die verwendeten Kraftfelder sind an der
entsprechenden Struktur vermerkt
Komplex-Strukturen wurden zuerst minimiert und anschlieszligend wurde in einer Monte-Carlo
Simulation die Struktur mit der guumlnstigsten Energie ermittelt Monte-Carlo Simulationen
wurden mit mindestens 3000 Schritte berechnet (Die Anzahl der Schritte ist an der
entsprechenden Struktur vermerkt)
Molekuumlldynamik-Rechnungen wurden anschlieszligend mit der aus der Monte-Carlo Simulation
erhaltenen guumlnstigsten Struktur und dem gleichen Kraftfeld durchgefuumlhrt Die Rechnungen
wurden bei 300 K uumlber einem Zeitraum von 10 ps (wobei jede Picosekunde eine Struktur
4 Experimenteller Teil 88
gespeichert wurde) oder 100 ps (wobei alle 10 ps eine Struktur gespeichert wurde)
durchgefuumlhrt Alle erhaltenen Strukturen wurden uumlbereinander abgebildet wobei die
Wasserstoffatome aus Gruumlnden der Uumlbersichtlichkeit weggelassen wurden
Kraftfeldrechnungen mit einer Wasserbox wurden mit dem Programm Sybyl 67 der Firma
Tripos durchgefuumlhrt Berechnungen wurden mit den aus Monte Carlo Simulationen erhaltenen
energieguumlnstigsten Strukturen durchgefuumlhrt Dazu wurden sie aus Marcromodel 72 als PDB-
oder Mol2-Datei exportiert In Sybyl 67 eingeladene Strukturen wurden mit GASTEIGER-
MARSILLI Teilladungen[191] versehen und anschlieszligend wurde eine Wasserbox
(0 Loumlsungsmittelschichten Tripos Radien) berechnet Danach wurde die Struktur so lange mit
dem Tripos Kraftfeld[191] minimiert bis ein Energieminimum gefunden wurde (etwa 10000
Schritte)
Zur grafischen Darstellung der Strukturen wurde das Programm Pymol 097 von DeLano
Scientific LLC verwendet[192]
42 Synthesen 421 Synthese des Spacers 14
Synthese von (1α4α4aβ8aβ)-Tetrahydro-14-methanonaphthalin-58-dion 17
(modifizierte Vorschrift)
O
O1
2
34
65
78
9
4a
8a
Zu einer geruumlhrten auf 0 degC gehaltenen Suspension aus 30 g (028 mol aus Methanol
umkristallisiert) p-Benzochinon 16 in 175 mL Methanol werden mittels eines kuumlhlbaren
Tropftrichters 183 g (028 mol) auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes Cyclopentadien 15
getropft Nach Beendung der Zugabe wird die Reaktionsmischung im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Die Reaktionsmischung wird unter vermindertem Druck auf etwa
40 mL eingeengt Das Produkt kristallisiert dabei in Form gelbgruumlner Nadeln aus
Ausbeute 386 g (022 mol 80 ) gelbgruumlne Nadeln
4 Experimenteller Teil 89
1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 142 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 1 H 9-Hi) 154 (dd 2J(9-Ha 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 321 (d br 3J(1-H 9-Ha) =
17 Hz 2 H 1-H 4-H) 354 (s 2 H 4a-H 8a-H) 606 (s br 2 H 2-H 3-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
Synthese von 14-Dihydro-14-methanonaphthalin-58-dion 18[48 74]
O
O1
2
34
6
79
5
8
Zu einer Loumlsung von 100 g (057 mol) 17 in 600 mL Methanol werden 1 mL Triethylamin
gegeben Dabei wird darauf geachtet dass die Temperatur 25 degC nicht uumlberschreitet Nach
16 h Ruumlhren wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand
mit 200 mL Aceton aufgenommen Das Loumlsungsmittel wird erneut unter vermindertem Druck
entfernt und das Produkt anschlieszligend in 15 L Chloroform geloumlst und nach Zugabe von 63 g
(058) aus Methanol umkristallisiertem p-Benzochinon 16 5 h bei 50 degC geruumlhrt Nach dem
Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung uumlber eine G3-Glasfritte filtriert
Anschlieszligend wird das Filtrat mit 800 mL einer 1-igen waumlssrigen NaOH-Loumlsung und
dreimal mit je 200 mL Wasser gewaschen Nach dem Trocknen uumlber Natriumsulfat wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der erhaltene Ruumlckstand wird
anschlieszligend mit Cyclohexan als Elutionsmittel uumlber ca 30 g Kieselgel filtriert Das Einengen
der orangene Fraktion unter vermindertem Druck ergibt das Produkt als orangen Feststoff
Ausbeute 813 g (047 mol 83 ) orangener Feststoff
RF-Wert 006 in Cyclohexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 226 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 71 Hz 1 H 9-Ha) 232 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 71 Hz 1 H 9-Hi) 409 (t 3J(1-H 2-H) = 2 Hz 2 H 1-H 4-H) 656 (s 2 H
6-H 7-H) 685 (t 3J(2-H 1-H) = 2 Hz 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 90
Synthese von syn-(1α4α4aβ5α8α9aβ)-144a589a-Hexahydro-1458-
dimethanoanthracen-910-dion 18a[48 74]
O
O1
2
34 5
6
789 8a
10 10a
11 12
Zu einer auf -78 degC gekuumlhlten Loumlsung von 30 g (019 mol) 18 in 200 mL Toluol werden
mittels eines kuumlhlbaren Tropftrichters 15 g auf -78 degC gekuumlhltes frisch destilliertes
Cyclopentadien 15 zugetropft Die Reaktionsmischung wird im Verlauf von 16 h auf
Raumtemperatur erwaumlrmt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf 50degC erwaumlrmt und
das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt bis eine Truumlbung erkennbar ist Dann
wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h
auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert getrocknet und
mittels NMR auf das synanti-Verhaumlltnis uumlberpruumlft Der Niederschlag wird anschlieszligend in
Toluol aufgeloumlst und auf 50degC erhitzt Dann wird (bei Raumdruck) weitergeruumlhrt und die
Loumlsung unter starkem Ruumlhren im Verlauf von 4 h auf Raumtemperatur abgekuumlhlt Dieser
Vorgang wird so oft wiederholt bis das Verhaumlltnis von synanti besser ist als 201
Ausbeute 162 g (0672 mol 40 ) gelber Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 140 (d br 2J(12-Hi 12-Ha) = 88 Hz 1 H 12-Hi) 148
(d br 2J(12-Ha 12-Hi) = 85 Hz 1 H 12-Ha) 213 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 73 Hz 1 H 11-
Ha) 221 (dt 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 3J(11-Hi 1-H) = 12 Hz 1 H 11-Hi) 323 (dd 3J(8a-
H 8-H) = 24 Hz 2J(8a-H 7-H) = 15 Hz 2 H 8a-H 10a-H) 346 (dd 3J(5-H 6-H) = 20 Hz 3J(5-H 10a-H) = 17 Hz 2 H 5-H 8-H) 396 (ddd 3J(1-H 2-H) = 39 Hz 3J(1-H 11-Ha) =
31 Hz 3J(1-H 11-Hi) = 31 Hz 2 H 1-H 4-H) 577-578 (m 2 H 6-H 7-H) 676-677 (m
2 H 2-H 3-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 91
Synthese von syn-910-Diacetoxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 14[46 47]
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Unter Argon werden 952 g (40 mmol) 19a und 056 g (4 mmol) 4-Dimethylaminopyridin
(DMAP) in 44 mL wasserfreiem Pyridin geloumlst Bei 0 degC werden unter Ruumlhren 24 mL (frisch
destilliertes) Essigsaumlureanhydrid zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und danach 16 h bei 50 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird die Reaktionsmischung auf 200 mL einer EisWasser-Mischung
gegeben Der entstandene Niederschlag wird abfiltriert und viermal mit 25 mL Wasser
gewaschen Danach wird der Feststoff in moumlglichst wenig Chloroform aufgenommen und
uumlber Kieselgel mit Chloroform als Elutionsmittel filtriert Der nach dem Entfernen des
Loumlsungsmittels erhaltene gelbe Feststoff wird aus Ethanol Chloroform = 41 vv
umkristallisiert
Ausbeute 124 g (384 mmol 96 ) farblose Kristalle
RF-Wert 010 in Chloroform 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 71 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha)
226 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 71 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 234 (s 6 H 15-H 16-H) 381 (d 3J(1-H 2-H) = 15 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 675 (d 3J(2-H 1-H) = 15 Hz 4 H 2-H
3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[47]
4 Experimenteller Teil 92
422 Synthese der Modellverbindung
Synthese von syn-910-Dihydroxy-(1α4α5α8α)-1458-tetrahydro-1458-
dimethanoanthracen 25 (neue Vorschrift)
OH
OH
12
34
4a5 1010a6
78
8a 9 9a
11 12
Zu einer Suspension von 200 mg (54 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 30 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Loumlsung aus 200 mg (061 mmol) 14 in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran zugetropft Danach wird 5 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf 0
degC wird mit 30 mL gesaumlttigter waumlssriger Ammoniumchlorid-Loumlsung hydrolysiert Die
Reaktionsmischung wird mit 2 M waumlssriger Salzsaumlure-Loumlsung auf pH 1 eingestellt und
danach dreimal mit je 100 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen Phasen
werden dreimal mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 143 mg (060 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz DMSO-d6) δ = 196 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 63 Hz 2 H 11-Hi
12-Hi) 203 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 63 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 398 (s br 4 H H-1 H-4
H-5 H-6) 669 (s br 4 H H-2 H-3 H-6 H-7)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[74]
4 Experimenteller Teil 93
Synthese von 1458-Tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonsaumlureester 26[65 75]
O
O
P
P
O
HO
OH
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Zu einer Loumlsung von 100 mg (420 micromol) 25 und 150 mg (113 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 175 microL
(126 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren wird der entstandene Niederschlag
mittels einer Umkehrfritte abfiltriert und mit 3 mL absolutem Tetrahydrofuran gewaschen
Zum Filtrat werden 3 mL 25-ige waumlssrige Salzsaumlure zugesetzt und nach 15 min Ruumlhren
werden 15 mL n-Hexan zugegeben Nach 16 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird der
entstandene Feststoff abfiltriert mit 3 mL 25-iger waumlssriger Salzsaumlure gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 110 mg (212 micromol 50 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) 155 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H) 218
(d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 221 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 411 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 680 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 94
Synthese von Bistetrabutylammonium-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-
910-bismethylphosphonat $$026[65 75]
+N4
2
O
O
P
P
O
-O
O-
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
17
18
Zu einer Suspension aus 50 mg (127 micromol) 26 in 10 mL Dichlormethan werden 253 microL (253
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung gegeben Anschlieszligend
wird die Reaktionsmischung 2 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel
unter vermindertem Druck entfernt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 111 mg (127 mmol quantitativ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 092 (t 3J(18-H 17-H) = 73 Hz 24 H 18-H) 128-137 (m
16 H 17-H) 134 (d 2J(13-H P) = 159 Hz 6 H 13-H 14-H) 155-170 (m 16 H 16-H)
213 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 73 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 220 (d br 2J(11-Ha 11-Hi) =
73 Hz 2 H 11-Ha 12-Ha) 313-320 (m 16 H 15-H) 408 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H)
682 (s br 4 H 2-H 3-H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 95
Synthese von 910-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-(1α4α5α8α)-1458-
tetrahydro-1458-dimethanoanthracen 27
O
O
P
P
O
O
O
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
15
16
Zu einer Loumlsung aus 200 mg (085 mmol) 25 und 297 mg (227 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 15 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 350 microL
(250 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach 1 h ruumlhren bei 0 degC und anschlieszligend
eine weitere Stunde bei Raumtemperatur werden 10 mL absolutem Methanol zugegeben und
weitere 16 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter
vermindertem Druck entfernt und der erhaltene Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit
Chloroform Aceton = 21 vv gereinigt
Ausbeute 234 mg (056 mmol 65 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 025 in Chloroform Aceton = 21 vv
Schmelzpunkt 139 degC 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 168 (d 2J(13-H P) = 173 Hz 6 H 13-H 14-H)
219 (d br 2J(11-Hi 11-Ha) = 70 Hz 2 H 11-Hi 12-Hi) 225 (d 2J(11-Ha 11-Hi) = 70 Hz
2 H 11-Ha 12-Ha) 375 (d 3J(15-H P) = 113 Hz 6 H 15-H 16-H) 411 (d br 3J(1-H 2-H)
= 17 Hz 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 683 (d br 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 4 H 2-H 3-H 6-H
7-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2933 (s) 13C-NMR (503 MHz CDCl3) δ = 108 (d 1J(C P) = 1443 Hz C-13 C-14) 481 (d C-1
C-4 C-5 C-8) 527 (d 2J(C P) = 54 Hz C-15 C-16) 700 (s C-11 C-12) 1362 (d C-4a
C-8a C-9a C-10a) 1423-1428 (m C-2 C-3 C-6 C-7 C-9 C-10)
MS (ESI MeOH) mz 423 [M + H+]+ 445 [M + Na+]+
HR-MS ber fuumlr C20H24O6NaP2 4450946 gef 4450940
4 Experimenteller Teil 96
CHN ber fuumlr C20H24Li2O6P2frac12H2O [] C 5569 H 584 gef [] C 5515 H 555 Der
Wassergehalt kann variieren
Synthese von Bis(lithium)-1458-tetrahydro-1458-dimethanoanthracen-910-
bismethylphosphonat 28
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
34 5
6
789
10
11 12
13
14
Eine Loumlsung aus 500 mg (118 mmol) 27 und 205 mg (236 mmol) trockenem
Lithiumbromid in 10 mL absolutem Acetonitril wird 16 h bei 85 degC geruumlhrt Der entstandene
Niederschlag wird abzentrifugiert dreimal mit 3 mL absolutem Acetonitril gewaschen und im
Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 mg (086 mmol 73) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (500 MHz Methanol-d4) δ = 127 (d 2J(13-H P) = 165 Hz 6 H 13-H 14-H)
215 (s br 4 H 11-H 12-H) 416 (s br 4 H 1-H 4-H 5-H 8-H) 678 (s br 4 H 2-H 3-H
6-H 7-H) 31P-NMR (810 MHz Methanol-d4) δ = 253 (s) 13C-NMR (1258 MHz Methanol-d4) δ = 133 (d 1J(C P) = 1383 Hz C-13 C-14)
706 Hz (s C-11 C-12) 1396 (d 2J(C P) = 61 Hz C-9 C-10) 1433 (s C-4a C-8a C-9a
C-10a) 1441 (s C-2 C-3 C-6 C-7)
MS (ESI MeOH) mz 196 [M ndash 2Li+]2- 393 [M ndash 2Li+ + H+]- 399 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C18H18O6LiP2 3990733 gef 3990709
CHN ber fuumlr C18H18Li2O6P22H2O [] C 4889 H 501 gef [] C 4910 H 500
4 Experimenteller Teil 97
423 Synthese der Hydroxyklammer 21
Synthese von 716-Diacetoxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen 12[48 74]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
O
O
21
22
23
24
Eine Mischung aus 20 g (62 mmol) 14 200 g (478 mmol) αααrsquoαrsquo-Tetrabrom-ortho-xylol
20 460 g (326 mmol) wasserfreiem Natriumiodid und 100 g (100 mmol) wasserfreiem
Calciumcarbonat in 150 mL wasserfreiem NN-Dimethylformamid (DMF) wird 30 min unter
Argon bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 5 h bei 55 degC
und 100 mbar (Membranpumpe mit vorgeschalteter KOH-Saumlule) geruumlhrt Danach wird die
noch warme Reaktionsmischung auf 600 g Eis gegossen Zum entstandenen Gemisch wird
gesaumlttigte waumlssrige NaHSO3-Loumlsung gegeben bis die Farbe von braunrot nach gelb umschlaumlgt
Nach Zugabe von 300 mL Wasser und 400 mL Dichlormethan wird das Gemisch kraumlftig
durchmischt und anschlieszligend filtriert Danach wird die waumlssrige Phase dreimal mit je
200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit 200 mL
gesaumlttigter waumlssriger NaHCO3-Loumlsung und viermal mit je 400 mL Wasser gewaschen und
anschlieszligend uumlber Natriumsulfat getrocknet Nach dem Entfernen des Loumlsungsmittels unter
vermindertem Druck wird der verbleibende Feststoff chromatographisch uumlber Kieselgel
gereinigt (Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv)
Ausbeute 22 g (42 mmol 68 ) hellbrauner Feststoff
RF-Wert 027 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 242 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
248 (s 6 H 23-H 24-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 429
(s br 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 723-727 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 752 (s 4 H
5-H 9-H 14-H 18-H) 756-759 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
4 Experimenteller Teil 98
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
Synthese von 716-Dihydroxy-(6α8α15α17α)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacen 21[48 74]
OH
OH
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
Zu einer entgasten Suspension von 200 mg (038 mmol) 12 und 50 microL Phenylhydrazin in 15
mL Ethanol wird unter Argon 500 microL einer 15igen waumlssrigen entgasten Natriumhydroxid-
Loumlsung gegeben Nach 1 h Ruumlhren bei Raumtemperatur wird 10 mL einer 15igen
waumlssrigen HCl-Loumlsung zugegeben Nach Zugabe von 50 mL Eiswasser wird der entstandene
Feststoff abfiltriert mit 10 mL Wasser gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 160 mg (037 mmol 97 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 251 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi)
256 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 83 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 446 (s br 4 H 6-H 8-H 15-H
17-H) 723-729 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 753 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 754-
758 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[48 74]
4 Experimenteller Teil 99
424 Synthese des Phosphonatklammer Tetrabutylammoniumsalzes 10
Synthese von 681517-Tetrahydro-617815-dimethanoheptacen-716-
bismethylphosphonsaumlureester 22[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
HO
O
OH
21
22
Zu einer Loumlsung aus 100 mg (228 micromol) 21 und 80 mg (600 micromol)
Dichlormethylphosphonsaumlure in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 80 microL
(058 micromol) Triethylamin zugetropft Anschlieszligend wird zuerst 1 h bei 0 degC und dann eine
weitere Stunde bei Raumtemperatur geruumlhrt Danach werden 3 mL 25-ige waumlssrige HCl-
Loumlsung zugegeben Nach 20 min ruumlhren werden 5 mL n-Hexan zugegeben und weitere 16 h
geruumlhrt Die organische Phase wird mit 3 mL 25-iger waumlssriger HCl-Loumlsung gewaschen
und ohne vorheriges Trocknen unter vermindertem Druck bis zum Trockenen eingeengt Das
Rohprodukt wird anschlieszligend saumlulenchromatographisch uumlber Florisil (60-100 mesh) mit
Dichlormethan Methanol = 31 rarr 21 vv gereinigt
Ausbeute 90 mg (150 micromol 66 ) leicht braumlunlicher Feststoff (mit Kieselgel verunreinigt)
RF-Wert 002 in Dichlormethan Methanol = 21 vv 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 148 (d 2J(21-H P) = 166 Hz 6 H 21-H 22-H) 237 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 80 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 263 (d br 2J(19-Ha 19-Hi) = 80 Hz 2 H
19-Ha 20-Ha) 465 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 693-697 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H)
721-724 (m 4 H 1-H 4-H 11-H 12-H) 742 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 100
Synthese von Bistetrabutylammonium-681517-tetrahydro-617815-
dimethanoheptacen-716-bismethylphosphonat 10[65 75]
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
P
P
O
-O
O
O-
21
22
+N4
2
23
24
2526
Eine Suspension aus 518 mg (871 micromol) 22 in 10 mL Dichlormethan werden 135 microL (135
micromol) einer 1 M waumlssrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt Nach 2 h
Ruumlhren bei Raumtemperatur wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und
der Ruumlckstand in Methanol aufgenommen Die Loumlsung wird uumlber einen Membranfilter
(Porengroumlszlige 02 microm) filtriert und unter vermindertem Druck wieder eingeengt Nach
Uumlberpruumlfung der Stoumlchiometrie mittels der Signalintensitaumlten im 1H-NMR wird ndash falls das
Verhaumlltnis Phosphonat Tetrabutylammonium nicht 11 ist ndash entweder mehr 22 oder
Tetrabutylammoniumhydroxid-Loumlsung zugesetzt und anschlieszligend wieder membranfiltriert
Ausbeute 59 mg (673 micromol quantitativ bezogen auf Tetrabutylammoniumhydroxid)
hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 081 (t 3J(26-H 25-H) = 66 Hz 24 H 26-H) 105-125 (m
32 H 24-H 25-H) 152 (d 2J(21-H P) = 163 Hz 6 H 21-H 22-H) 241 (d br 2J(19-Hi
19-Ha) = 89 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 255-270 (s br 16 H 23-H) 266 (d br 2J(19-Ha 19-Hi)
= 89 Hz 2 H 19-Ha 20-Ha) 469 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 726-730 (m 4 H 2-H
3-H 11-H 12-H) 763-766 (m 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 765 (s 4 H 5-H 9-H 14-H
18-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[65 75]
4 Experimenteller Teil 101
425 Synthese der Lithium-phosphonatklammer 24
Synthese von 716-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-681517-tetrahydro-
617815-dimethanoheptacen 23
O
O
P
P
O
O
O
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
23
24
Zu einer Loumlsung aus 330 mg (075 mmol) 21 und 264 mg (198 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 33 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 264 microL
(191 mmol) Triethylamin langsam zugetropft Nach einigen Sekunden faumlllt ein Niederschlag
aus Die Suspension wird 1 h bei 0 degC und 1 h bei Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend
werden 15 mL absolutes Methanol zugegeben und die Loumlsung wird 16 h bei Raumtemperatur
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und der
Ruumlckstand saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit Chloroform Aceton = 101 vv als
Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 260 mg (041 mmol 55 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 041 in Chloroform Aceton = 31 vv
Schmelzpunkt 110 degC 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 165 (d 2J(P-CH3) = 173 Hz 6 H P-CH3) 247 (d br 2J(19-Hi 19-Ha) = 83 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 260-270 (m 2 H 19-Ha 20-Ha) 355 356
(2 d 3J(P-OCH3) = 1123 Hz 6 H P-OCH3) 466 470 (2 s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H)
720-735 (m 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 759 (dd 3J(H-2 H-1) = 95 Hz 4J(H-2 H-4) =
24 Hz 4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 762 766 (2 s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H)
(diastereomere) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) δ = 2948 (s) 13C-NMR (7547 MHz CDCl3) δ = 113 (d 1J(C P) = 1441 Hz C-21 C-22) 485 (s C-6
C-8 C-15 C17) 531 (d 2J(PC) = 68 Hz) 652 (s C-19 C-20) 1206 (d C-aromatisch)
4 Experimenteller Teil 102
1255 (s C-aromatisch) 1277 1278 (2 d C-aromatisch) 1322 1415 1463 (3 s
C-aromatisch)
MS (ESI MeOH) mz 623 [M + H+]+ 645 [M + Na+]+ 661 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C36H32O6P2 6221674 gef 6221590
Synthese von Bis(lithium)-681517-tetrahydro-617815-dimethanoheptacenyl-716-
bismethylphosphonat 24
O
O
P
P
O
LiO
OLi
O
12
345678910
11
1213 14 15 16 17 18
19 20
21
22
Eine Loumlsung aus 20 mg (32 micromol) 23 und 61 mg (71 micromol) wasserfreiem Lithiumbromid in 3
mL 2-Hexanon wird 16 h bei 120 degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur wird der
entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL wasserfreiem Acetonitril
gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 16 mg (26 micromol 81 ) hellbrauner Feststoff
Schmelzpunkt gt 230 degC 1H-NMR (300 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 2J(P-CH3) = 163 Hz 6 H P-CH3) 236 (d 2J(19-Hi 19-Ha) = 76 Hz 2 H 19-Hi 20-Hi) 264 (d 2J(19-Ha 19-Hi) = 79 Hz 2 H 19-Ha
20-Ha) 479 (s 4 H 6-H 8-H 15-H 17-H) 719 (dd 3J(H-1 H-2) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) =
27 Hz 4 H 2-H 3-H 11-H 12-H) 755 (dd 3J(H-2 H-1) = 93 Hz 4J(H-4 H-2) = 30 Hz
4 H 1-H 4-H 10-H 13-H) 761 (s 4 H 5-H 9-H 14-H 18-H) 31P-NMR (81 MHz MeOH-d4) δ = 2604 (s)
13C-NMR (7547 MHz MeOH-d4) δ = 134 (d 1J(PC) = 1379 Hz C-21 C-22) 657 (s
C-19 C-20) 1208 (s C-aromatisch) 1259 (s C-2 C-3 C-11 C-12) 1286 (s
C-aromatisch) 1335 (2 s C-aromatisch) 1421 (s C-aromatisch) 1488 (s C-aromatisch)
C-6 C-8 C-15 C17 erwartet unter dem MeOH-d4-Signal
4 Experimenteller Teil 103
UVVis (H2O) λ = 2186 nm (log ε = 993) MS (ESI MeOH) mz 296 [M ndash 2Li+]2- 593 [M ndash 2Li+ + H+]- 599 [M ndash Li+]- 615 [M ndash
2Li+ + Na+]-
HR-MS ber fuumlr C34H26O6LiP2 5991359 gef 5991330
426 Synthese der Seitenwand der Pinzette 29
Synthese von 14-Dimethano-1234-tetrahydronaphthalin-23-dicarbonsaumlureanhydrid
32 (modifizierte Vorschrift)
O
O
O
12
345
6
78
9
Eine Loumlsung von 80 g (069 mol) Inden 31 (techn) 69 g (070 mol) Maleinsaumlureanhydrid 30
und 10 g 14-Hydrochinon in 100 mL 1234-Tetrahydronaphthalin wird unter Argon 35 h
mit einem auf 200 degC vorgeheiztem Oumllbad zum Sieden erhitzt Nach Abkuumlhlen auf 80-90 degC
wird die Reaktionsmischung unter kraumlftigem Ruumlhren in 500 mL 60 degC warmes Toluol
gegossen Der entstandene Niederschlag wird warm abdekantiert und bei Bedarf warm
abfiltriert Die Loumlsung wird 16 h bei -18 degC ruhen gelassen und der entstandenen Feststoff
abfiltriert Falls notwendig wird das Produkt aus Ethylacetat Ether umkristallisiert
Ausbeute 30 g (014 mol 20 ) farblose Kristalle
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 214 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 95 Hz 1 H 9-Ha) 378 (s br 2 H 2-H 3-H) 391 (s 2 H 1-H 4-H) 719-730 (m
4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 104
Synthese von 5-endo6-endo-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 33[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension von 30 g (014 mol) 32 in 400 mL absolutem Methanol werden bei 0 degC
2 mL Acetylchlorid zugegeben Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 20 h bei 40 degC
geruumlhrt Danach wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt und das Produkt
im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 35 g (013 mol 93 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 174 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) = 89 Hz 1 H 9-Hi) 188 (dd 2J(9-Ha 9-Hi) = 89 Hz) 3J(9-Ha 1-H) = 17 Hz 1 H 9-Ha) 347 (s 6 H 10-H 11-H) 348
(d 3J(2-H 1-H) = 17 Hz 2 H 2-H 3-H) 363 (s br 2 H 2-H 3-H) 710-714 (m 2 H 6-H
7-H) 724-728 (m 2 H 5-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-56-Bis-(methoxycarbonyl)-14-dimethano-1234-tetrahydro-
naphthalin 34[73]
O
O
O
O
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 35 g (013 mol) 33 in 500 mL absolutem Methanol werden 15 g
(028 mol) Natriummethylat gegeben und anschlieszligend 5 h unter Ruumlckfluss erhitzt Danach
wird das Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck eingeengt Der Ruumlckstand wird mit
500 mL Diethylether aufgenommen und zweimal mit je 150 mL 2 M HCl-Loumlsung zweimal
4 Experimenteller Teil 105
mit je 150 mL gesaumlttigter NaHCO3-Loumlsung und einmal mit 150 mL gesaumlttigter NaCl-Loumlsung
gewaschen Nach Trocknen mit Natriumsulfat wird die organische Phase unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 345 g (013 mol quantitativ) brauner Feststoff
NMR (300 MHz CDCl3) δ = 184 (d 2J(9-Hi 9-Ha) = 95 Hz 1 H 9-Hi) 196 (d 2J(9-Ha
9-Hi) = 93 Hz 1 H 9-Ha) 285-286 (m 1 H 2-H) 353 (s 3 H 11-H) 361-365 (m 2 H
1-H 2-H) 370 (s br 1 H 4-H) 375 (s 3 H 10-H) 705-714 (m 3 H 5-H 6-H 7-H)
724-726 (m 1 H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(hydroxymethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin
35[73]
OHOH
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Suspension aus 12 g (315 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 800 mL absolutem
Tetrahydrofuran werden bei 0 degC unter Absolutbedingungen 34 g (130 mmol) 34 in 200 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung 16 h unter
Ruumlckfluss geruumlhrt Danach werden bei 0 degC 60 mL gesaumlttigte waumlssrige Magnesiumsulfat-
Loumlsung zugetropft Der entstandene Niederschlag wird anschlieszligend abfiltriert und dreimal
mit je 300 mL Diethylether fuumlr 30 min unter Ruumlhren zum Sieden erhitzt Die vereinten
etherischen Phasen werden uumlber Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck
eingeengt
Ausbeute 25 g (122 mmol 94 ) hellbrauner Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 134-142 (m 1 H 3-H) 181 (d br 2J(9-Hi 9-Ha) =
96 Hz 1 H 9-Hi) 184 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 96 Hz 1 H 9-Ha) 212-220 (m 3 H 2-H
11-H) 268 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H 2-H) = 93 Hz 1 H 10-H) 311 (s 1 H
OH) 331 (s 1 H -OH) 345-351 (m 1 H 4-H) 356 (dd 2J(10-H 10-H) = 96 Hz 3J(10-H
2-H) = 99 Hz 1 H 10-H) 386-391 (m 1 H 1-H) 705-716 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
4 Experimenteller Teil 106
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
Synthese von trans-23-Bis(chlormethyl)-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 36[78]
ClCl
12
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung von 265 g (390 mmol) Imidazol in 75 mL Acetonitril und 75 mL Pyridin
wird bei 0degC eine Loumlsung aus 610 g (189 mmol) Triphenylphosphindichlorid in 150 mL
Dichlormethan zugetropft Nach 20 min ruumlhren werden bei Raumtemperatur 10 g (49 mmol)
35 zugegeben und anschlieszligend 5 h bei 55degC geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf Raumtemperatur
werden 200 mL eines 11 vv Gemisches aus halbkonzentrierter Salzsaumlure und Eis zugegeben
Nach Zugabe von 200 mL Dichlormethan wird die organische Phase abgetrennt und die
waumlssrige Phase dreimal mit je 200 mL Dichlormethan extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 200 mL 2 M waumlssriger Salzsaumlure Wasser und gesaumlttigter waumlssriger
NaHCO3-Loumlsung gewaschen und uumlber Natriumsulfat getrocknet Danach wird das
Loumlsungsmittel unter vermindertem Druck entfernt Der Ruumlckstand wird in 50 mL Diethylether
suspendiert und 5 min im Ultraschallbad behandelt Danach wird der Niederschlag abfiltriert
und noch zweimal mit Diethylether aufgenommen und im Ultraschallbad behandelt Die
vereinten Etherphasen werden unter vermindertem Druck auf 50 mL eingeengt und
anschlieszligend uumlber 60 g Kieselgel chromatographisch mit Diethylether als Elutionsmittel
gereinigt Einengen der ersten hellgelben Phase unter vermindertem Druck ergibt das
Produkt
Ausbeute 86 g (36 mmol 74) gelbes Oumll
RF-Wert 090 in Diethylether 1H-NMR (200 MHz CDCl3) δ = 136-142 (m 1 H 3-H) 180-197 (m 2 H 9-H)
220-235 (m 1 H 2-H) 266 (t 1 H 10-H) 321-330 (m 2 H 4-H 10-H) 349-352 (m
1 H 11-H) 364-370 (m 2 H 1-H 11-H) 710-731 (m 4 H 5-H 6-H 7-H 8-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 107
Synthese von 23-Bisexomethylen-14-methano-1234-tetrahydronaphthalin 29[53 73]
1
2
345
6
78
9
10
11
Zu einer Loumlsung aus 10 g (42 mmol) $$015 und 24 g (9 mmol) 18-Krone-6 in 100 mL
absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC 40 g (710 mmol) gepulvertes Kaliumhydroxid
portionsweise zugegeben Anschlieszligend wird 24 h bei 40 degC geruumlhrt Danach wird die
Reaktionsmischung in 100 mL Eiswasser gegeben Nach Zugabe von 100 mL n-Hexan wird
die organische Phase abgetrennt und die waumlssrige Phase 3 mal mit je 100 mL n-Hexan
extrahiert Die vereinten organischen Phasen werden mit je 100 mL Wasser und gesaumlttigter
waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung gewaschen Nach Trocknen uumlber Natriumsulfat wird die
Loumlsung unter vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der gelbe Ruumlckstand wird mit
50 mL n-Hexan aufgenommen und uumlber Kieselgel mit n-Hexan als Elutionsmittel filtriert
Ausbeute 63 g (37 mmol 90 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 029 in n-Hexan 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 194 (dd 2J(9-Hi 9-Ha) = 86 Hz 3J(9-Hi 1-H) = 17 Hz
1 H 9-Hi) 211 (d br 2J(9-Ha 9-Hi) = 86 Hz 1 H 9-Ha) 383 (s br 2 H 1-H 4-H) 506 (s
br 2 H 10-Hi 11-Hi) 519 (s br 2 H 10-Ha 11-Ha) 705-708 (m 2 H 5-H 8-H) 720-723
(m 2 H 6-H 7-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[73]
4 Experimenteller Teil 108
427 Synthese der Hydoxypinzette 38
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α6aα7α9α9aα11α16α17aα18α20α20aα22α)-
566a799a1011161717a182020a2122-hexadecahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 37[53 73]
O
O
O
O
12
34567
6a8910
9a1112
13
1415 16 17
17a18 19 20 2120a
22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 750 mg (233 mmol) 14 150 g (893 mmol) 29 und 300 microL Triethylamin in
15 mL absolutem Toluol und 75 mL absolutem Acetonitril wird in einer Glasampulle dreimal
unter Argon auf -78 degC gekuumlhlt unter Hochvakuum entgast und geschlossen auf
Raumtemperatur erwaumlrmt und anschlieszligend abgeschmolzen Das Glas der Ampulle sollte eine
Wandstaumlrke von mindestens 2 mm besitzen und die Ampulle soll maximal bis einem Drittel
des Gesamtvolumens befuumlllt werden Die Ampulle wird 4 Tage bei 170 degC in einem
Roumlhrenofen erhitzt Danach wird die Reaktionsmischung unter vermindertem Druck auf etwa
5 mL eingeengt Der entstandene Feststoff wird abfiltriert und zweimal mit je 5 mL kaltem
Cyclohexan gewaschen und im Hochvakuum getrocknet
Ausbeute 630 mg (094 mmol 41 ) weiszliger Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 155 (d br 2J(24-Hi 24-Ha) = 63 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi)
167 (d br 2J(24-Ha 24-Hi) = 63 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 190-235 (m 16 H 6-H 6a-H
9a-H 10-H 12a-H 17-H 20a-H 21-H 26-H) 229 (s 6 H 28-H 30-H) 285 (s 4 H 7-H
9-H 18-H 20-H) 354 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 680-684 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 709-712 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 109
Synthese von 819-Diacetoxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 13[53 73]
O
O
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
2728
29 30
Eine Loumlsung aus 04 g (06 mmol) 37 und 10 g (44 mmol) 23-Dichlor-56-dicyano-p-
Benzochinon (DDQ) in 15 mL absolutem Toluol werden unter Argon in einem auf 120 degC
vorgeheiztem Oumllbad 2 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf etwa 60 degC werden
03 mL 14-Cyclohexadien zugegeben und 5 min bei 60 degC geruumlhrt Das entstandene DDQH2
wird abfiltriert und zweimal mit 2 mL Methylenchlorid gewaschen Das Filtrat wird unter
vermindertem Druck bis zur Trockene eingeengt Der Ruumlckstand wird in 3 mL
Methylenchlorid aufgenommen und saumlulenchromatographisch uumlber Kieselgel mit
Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv als Elutionsmittel gereinigt
Ausbeute 032 g (05 mmol 82 ) farbloser Feststoff
RF-Wert 038 in Cyclohexan Ethylacetat = 31 vv 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-253 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 235 (s 6 H
28-H 30-H) 399 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 406 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H)
668-678 (m 4 H 2-H 3-H 13-H 14-H) 705-710 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 714 (s
4 H 28-H 30-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 110
Synthese von 819-Dihydroxy-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen 38[53 73]
OH
OH
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
Zu einer Suspension aus 100 mg (27 mmol) Lithiumaluminiumhydrid in 15 mL absolutem
Tetrahydrofuran wird bei 0 degC eine Suspension aus 210 mg (032 mmol) 13 in 15 mL
absolutem Tetrahydrofuran zugetropft Die Reaktionsmischung wird 5 h unter Ruumlckfluss
geruumlhrt Danach werden unter Argon bei 0 degC 15 mL gesaumlttigte waumlssrige Ammoniumchlorid-
Loumlsung zugetropft Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung mit 1 M waumlssrigen Salzsaumlure
auf pH 1 eingestellt und dreimal mit 50 mL Chloroform extrahiert Die vereinten organischen
Phasen werden mit je 50 mL Wasser und gesaumlttigter waumlssriger Natriumchlorid-Loumlsung
gewaschen mit Natriumsulfat getrocknet und unter vermindertem Druck bis zur Trockene
eingeengt
Ausbeute 180 mg (032 mmol 98 ) farbloser Feststoff 1H-NMR (300 MHz CDCl3) δ = 230-244 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 406 (s 4 H
5-H 11-H 16-H 22-H) 417 (s 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 670-678 (m 4 H 2-H 3-H
13-H 14-H) 704-708 (m 4 H 1-H 4-H 12-H 15-H) 713 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H)
Die spektroskopischen Daten stimmen mit der Literatur uumlberein[53 73]
4 Experimenteller Teil 111
428 Synthese des Phophonatpinzette Lithiumsalzes 11
Synthese von 819-OOrsquo-Bis(methylmethoxyphosphoryloxy)-
(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-octahydro-5227209181116-
tetramethanononacen 39
O
O
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
P
P
OO
OO
27
28
29
30
Zu einer Loumlsung aus 82 mg (0144 mmol) 38 und 48 mg (036 mmol)
Methylphosphonsaumluredichlorid in 10 mL absolutem Tetrahydrofuran werden bei 0 degC
060 mL (043 mmol) Triethylamin zugetropft Nach 1 h Ruumlhren bei 0 degC und 1 h Ruumlhren bei
Raumtemperatur werden 3 mL absolutes Methanol zugegeben und danach 16 h bei
Raumtemperatur geruumlhrt Anschlieszligend wird die Reaktionsmischung unter vermindertem
Druck eingeengt und der Ruumlckstand saumlulenchromatographisch mit Chloroform Aceton =
201 vv an Kieselgel gereinigt Eventuell im Produkt verbleibende Reste an
Methylphosphonsaumluredimethylester werden durch Trocknen unter Hochvakuum bei 50 degC
entfernt
Ausbeute 60 mg (0080 mmol 56 ) weiszliger Feststoff
RF-Wert 062 in Chloroform Aceton = 31 vv 1H-NMR (300 MHz Methanol-d4) δ = 162 (d 2J(27-H P) = 179 Hz 6 H 27-H 28-H)
230-240 (m 8 H 23-H 24-H 25-H 26-H) 252 254 (2 d 3J(29-H P) = 113 Hz 6 H
29-H 30-H) 404 407 (2 d 3J(5-H 26-H) = 70 Hz 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 426 436
(2 d 3J(7-H 25-H) = 43 Hz 4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 666-682 (m 4 H 2-H 3-H 13-H
14-H) 695-708 (m 4-H 1-H 4-H 12-H 15-H) 31P-NMR (81 MHz CDCl3) 2907 (s) 13C-NMR (755 MHz CDCl3) δ = 115 (2 d 1J(C P) = 1481 Hz C-27 C-28) 487 489
(2 d C-7 C-9 C-18 C-20) 512 (s br C-29 C-30) 521 522 (2 s C-5 C-11 C-16 C-22)
4 Experimenteller Teil 112
678 (m C-24 C-25) 689 (m C-23 C-26) 1167 1176 (2 d C-6 C-10 C-17 C-21) 1210
1211 (2 d C-1 C-4 C-12 C-15) 1246 1248 (2 d C-2 C-3 C-13 C-14) 1363 (s C-8
C-19) 1422 1424 (2 d 3J(C P) = 170 Hz C-7a C-8a C-18a C-19a)
MS (ESI MeOH) mz 752 [M + H+]+ 773 [M + Na+]+ 789 [M + K+]+
HR-MS ber fuumlr C46H41O6P2 7512373 gef 7512374
Synthese von Bis(Lithium)-(5α7α9α11α16α18α20α22α)-5791116182022-
octahydro-5227209181116-tetramethanononacen-819-bismethylphosphonat 11
O
O
P
P
OOLi
OLiO
12
3456789101112
13
1415 16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26
27
28
Eine Loumlsung aus 300 mg (399 micromol) 39 und 10 mg (115 micromol) trockenem Lithiumbromid in
100 mL absolutem Acetonitril wird 16 h unter Ruumlckfluss geruumlhrt Nach Abkuumlhlen auf
Raumtemperatur wird der entstandene Niederschlag abzentrifugiert dreimal mit 2 mL
absolutem Acetonitril gewaschen und im Hochvakuum getrocknet Sollte die Spaltung der
Methylester noch nicht vollstaumlndig sein wird das Produkt erneut 16 h mit 10 mg (115 micromol)
trockenem Lithiumbromid umgesetzt
Ausbeute 234 mg (319 micromol 80 ) weiszliger Feststoff
Schmelzpunkt gt230 degC 1H-NMR (300 MHz D2O) δ = 130 (d 2J(27-H P) = 162 Hz 6 H 27-H 28-H) 231 (d 2J(24-Ha 24-Hi) = 80 Hz 2 H 24-Ha 25-Ha) 233-236 (m 4 H 23-H 26-H) 247 (d 2J(24-Hi 24-Ha) = 76 Hz 2 H 24-Hi 25-Hi) 416 (s 4 H 5-H 11-H 16-H 22-H) 438 (s
4 H 7-H 9-H 18-H 20-H) 629 (s br 2-H 3-H 13-H 14-H) 701-704 (m 4 H 1-H 4-H
12-H 15-H) 729 (s 4 H 6-H 10-H 17-H 21-H) 31P-NMR (810 MHz D2O) δ = 2599 (s) 13C-NMR (1256 MHz Methanol-d4) δ = 134 (d 1J(C P) = 1384 Hz C-27 C-28) 500 (s
C-7 C-9 C-18 C-20) 524 (s C-5 C-11 C-16 C-22) 689 (s C-24 C-25) 694 (s C-23
4 Experimenteller Teil 113
C-26) 1173 (s C-6 C-10 C-17 C-21) 1220 (s C-1 C-4 C-12 C-15) 1258 (s C-2 C-3
C-13 C-14) 1389 (d 2J(C P) = 81 Hz C-8 C-19) 1428 (s C-7a C-8a C-18a C-19a)
1486 (s C-6a C-9a C-17a C-20a) 1493 (s C-5a C-10a C-16a C-21a) 1520 (s C-4a
C-11a C-15a C-22a)
MS (ESI MeOH) mz 360 [M ndash 2Li+]2- 727 [M ndash Li+]-
HR-MS ber fuumlr C44H34O6LiP2 7271985 gef 7271985
43 NMR-Titrationen
431 Durchfuumlhrung
NMR-Titrationen mit gleichbleibender Gast-Konzentration
Zehn NMR-Roumlhrchen werden mit der gleichen Menge einer Loumlsung des Gastes in
deuteriertem Loumlsungsmittel befuumlllt Danach wird die Wirt-Loumlsung (ebenfalls in deuteriertem
Loumlsungsmittel) in Schritten mit steigenden Volumina zu den Roumlhrchen Nr 2-10 zutitriert
Anschlieszligend werden alle Roumlhrchen mit Loumlsungsmittel auf das gleiche Endvolumen
aufgefuumlllt um eventuelle Verduumlnnungseffekte des Gastes auszuschlieszligen Das Roumlhrchen Nr 1
dient als Referenz Die Konzentration des Gastes sollte idealerweise etwa dem Kehrwert der
zu bestimmende Bindungskonstante entsprechen
Zusaumltzlich wurde immer ein Roumlhrchen mit einem 11 Gemisches des Gastes der
Modellverbindung 27 oder 29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel und dem gleichen
Konzentrationsbereich vermessen um eine eventuelle Wechselwirkung ausschlieszligen zu
koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Titration mit gleichbleibender Gast-Konzentration durchgefuumlhrt wurde sind unten
die Konzentrationen der Gast- und der Wirt-Loumlsungs die jeweiligen zutitrierten Volumina
sowie die zusaumltzlich zugegebene Menge Loumlsungsmittel und die beobachteten Signale
aufgelistet Die berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte
bei den beobachtete Signale vermerkt
4 Experimenteller Teil 114
Verduumlnnungstitrationen
Wirt und Gast werden in annaumlhernd 11 Aumlquivalenten in deuteriertem Loumlsungsmittel geloumlst
Von der Loumlsung wird ein NMR-Spektrum aufgenommen Anschlieszligend wird die Loumlsung mit
deuteriertem Loumlsungsmittel mehrmals verduumlnnt Von einer Wirt- sowie einer Gast-Loumlsung mit
gleicher Konzentration wie die Komplex-Loumlsung wird ebenfalls ein NMR-Spektrum
aufgenommen und auf Shifts der Signale auf Grund der Verduumlnnung uumlberpruumlft Es koumlnnen nur
Signale ausgewertet werden die keinen Shift bei der Verduumlnnung zeigen Auch im Falle einer
Verduumlnnungstitration wird eine 11 Mischung vom Gast und der Modellverbindung 27 oder
29 in dem gleichen deuterierten Loumlsungsmittel vermessen um eine eventuelle
Wechselwirkung ausschlieszligen zu koumlnnen
Die NMR Spektren wurden immer auf das Restprotonen-Signal des benutzten deuterierten
Loumlsungsmittels kalibriert
Die Bindungskonstanten und ∆δsat-Werte der beobachteten Signale wurden uumlber nicht lineare
Regression erhalten[79]
Falls eine Verduumlnnungstitration durchgefuumlhrt wurde sind unten die Einwaagen des Gastes
und Wirtes aufgefuumlhrt die Verduumlnnungsschritte der Stammloumlsung (Probe Nr 1) mit der
Menge Loumlsungsmittel mit der verduumlnnt wurde sowie die beobachteten Signale Die
berechneten Bindungskonstanten sind ebenso wie die berechneten ∆δsat-Werte bei den
beobachteten Signale vermerkt
JOB-Plots
Der Molenbruch des Gastes wurde aus den Konzentrationen der entsprechenden
NMR-Titration berechnet und aufgetragen gegen den Molenbruch des Gastes multipliziert mit
∆δ[79 193 194]
4 Experimenteller Teil 115
432 Titrationen mit der Bisphosphonat-Klammer
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxythymidin 60
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0370 mg (1526 micromol) 2rsquo-Deoxythymidin 60 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 500 30510-3 13810-3 76106 62600 18545 76747 73326 1 25 500 15310-4 69010-5 75398 62401 18213 76592 73011 2 50 500 30510-4 13810-4 74923 62246 17929 76503 73000 3 75 500 45810-4 20710-4 74735 62180 17860 76481 72867 4 125 500 76310-4 34510-4 74448 62069 17672 76426 72801 5 250 500 15310-3 69010-4 74072 61914 17451 76339 72679 6 500 500 30510-3 13810-3 73751 61760 17263 76194 72525
∆δsat (ppm) 06184 plusmn 2
02379 plusmn 2
03495 plusmn 3
00617 plusmn 5
00869 plusmn 5
Ka (molL) 2701 plusmn 6
1707 plusmn 7
2184 plusmn 10
2162 plusmn 16
3064 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 116
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminhydrochlorid 75
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 10 und
0078 mg (0818 micromol) Thiaminhydrochlorid 75 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 500 28310-3 13810-3 55294 76747 73326 1 25 500 14210-4 69010-5 52255 76161 72602 2 50 500 28310-4 13810-4 51768 75995 72536 3 75 500 42510-4 20710-4 51746 75973 72414 4 125 500 70810-4 34510-4 51326 75884 72381 5 250 500 14210-3 69010-4 51127 75796 72326 6 500 500 28310-3 13810-3 51039 75741 72292
∆δsat (ppm) 08954 plusmn 2
01048 plusmn 2
01063 plusmn 2
Ka (molL) 23100 plusmn 12
12120 plusmn 9
20470 plusmn 13
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
He
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030 00035
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 117
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025 00030
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
Hc
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
OH
4 Experimenteller Teil 118
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NADP 57
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
1061 mg (1427 micromol) NADP 57 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 600 23810-3 11510-3 94309 92695 82991 76957 76747 733261 30 600 11910-4 57610-5 93447 88223 81535 76741 75990 726532 60 600 23810-4 11510-4 93330 87818 81071 76323 75154 718953 90 600 35710-4 17310-4 93252 87635 80875 76140 74867 715364 150 600 59510-4 28810-4 93238 87511 80653 75801 74129 707725 300 600 11910-4 57610-4 - - - 75311 73255 698576 600 600 23810-3 11510-3 93193 87347 80470 74665 72811 69460
∆δsat (ppm) 02375 plusmn 1
1120 plusmn 0
05602 plusmn 2
04002 plusmn 7
05461plusmn 5
05575plusmn 7
Ka (molL) 41840 plusmn 12
66450 plusmn 2
14750 plusmn 12
769 plusmn 13
1893 plusmn 14
1669 plusmn 16
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OOH
OPOO-
O
P O-HOO
PO
OOHO
N+
NH2
O
Ha
Hb
Hc
OHOH
4 Experimenteller Teil 119
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyguanosin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0416 mg (1459 micromol) 2rsquo-Deoxyguanosin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 24310-3 - 80212 63408 1 30 600 12210-4 57710-5 79910 63203 2 60 600 24310-4 11510-4 79848 63070 3 90 600 36510-4 17310-4 79650 63012 4 150 600 60810-4 28910-4 79511 62896 5 300 600 12210-3 57710-4 79303 62717 6 600 600 24310-3 11210-3 79124 62532
∆δsat (ppm) 03033 plusmn 5
02480 plusmn 4
Ka (molL) 2000 plusmn 13
1718 plusmn 9
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hc
HeHd
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020 00025
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
4 Experimenteller Teil 120
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyadenosin 55
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0239 mg (0922 micromol) 2rsquo-Deoxyadenosin 55 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
δf (ppm)
0 Referenz 500 18410-3 13810-3 82903 82096 64556 76957 76747 733261 25 500 92210-5 69010-5 81599 81355 64059 76514 76238 727012 50 500 18410-4 13810-4 80980 80980 63826 76426 76117 725253 75 500 27710-4 20710-4 80836 80692 63694 76393 76072 724364 125 500 46110-4 34510-4 80615 80261 63517 76316 76017 722925 250 500 92210-4 69010-4 80316 79709 63275 76205 75818 720946 500 500 18410-3 13810-3 80051 79289 62997 76050 75663 72884
∆δsat (ppm) 05955 plusmn 1
03318 plusmn 2
02660 plusmn 3
01308 plusmn 6
01602plusmn 6
01662plusmn 4
Ka (molL) 5771 plusmn 3
6068 plusmn 6
4115 plusmn 8
10300 plusmn 25
9076 plusmn 25
7710 plusmn 14
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
NH
N
N
O
NH2N
O
OH Hb
HO
Ha
4 Experimenteller Teil 121
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N
NN
N
NH2
O
OH Hc
HO
Ha
Hb
C(Gast) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)∆δf∆δf (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hd
HfHe
4 Experimenteller Teil 122
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Thiaminpyrophosphat 76
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0378 mg (0820 micromol) Thiaminpyrophosphat 76 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 13810-3 11510-3 55147 76747 1 30 600 13810-3 55810-5 53874 76293 2 60 600 13810-3 11510-4 53727 76101 3 90 600 13810-3 17310-4 53539 - 4 150 600 13810-3 22910-4 53329 76037 5 300 600 13810-3 65810-4 53031 75963 6 600 600 13810-3 11510-3 52765 75940
∆δsat (ppm) 03144 plusmn 5
01308 plusmn 6
Ka (molL) 17850 plusmn 22
10300 plusmn 25
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
N
N
NH3+ Ha
2C
N+S
O PO
O
PHO
OH
O
HO
4 Experimenteller Teil 123
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxyuridin 61
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0220 mg (0965 micromol) 2rsquo-Deoxyuridin 61 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 16110-3 - 62339 58324 1 30 600 80510-5 57710-5 - 56402 2 60 600 16110-4 11510-4 62005 55505 3 90 600 24110-4 17310-4 61877 54730 4 300 600 80410-4 57710-4 61446 51885 5 600 600 16110-3 11210-3 61286 51079
∆δsat (ppm) 1465 plusmn 5
02384 plusmn 6
Ka (molL) 3012 plusmn 12
1922 plusmn 16
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δd∆δd (berechnet)
O
O
P
P
O
-O
O
O-
+N4
2
Hb
4 Experimenteller Teil 124
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit 2rsquo-Deoxycytidin 59
Stammloumlsung 0745 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0194 mg (0793 micromol) 2rsquo-Deoxycitidin 59 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 13210-3 - 78492 63008 60741 1 30 600 66110-5 57710-5 77209 62665 58807 2 60 600 13210-4 11510-4 - 62481 57873 3 90 600 19810-4 17310-4 76527 62381 57319 4 250 600 33010-4 28910-4 76096 62239 56595 5 300 600 66110-4 57710-4 75615 62074 55775 6 600 600 13210-3 11510-3 75244 61945 55133
∆δsat (ppm) 04738 plusmn 2
01646 plusmn 1
08499 plusmn 1
Ka (molL) 8545 plusmn 8
6332 plusmn 4
7197 plusmn 3
NH
O
ON
O
OH Hb
HOHa
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 125
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit A2E 58
Stammloumlsung 0564 mg (0690 micromol) Wirt 10 und
0350 micromol A2E 58 in 1000 microL Methanol-d4 D2O = 31 vv
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 1000 35010-4 - 865231 100 1000 35010-5 52410-5 856892 150 1000 62910-5 94410-5 850983 250 1000 87410-5 13110-4 848644 500 1000 17510-4 26210-4 835135 1000 1000 35010-4 52410-4 82533
∆δsat (ppm) 09207 plusmn 10
Ka (molL) 2125 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
OH Hb
HON
N
NH2
O
Ha
Hc
4 Experimenteller Teil 126
Titration von Wirt 10 mit Folsaumlure 72
Wirtloumlsung 0768 mg (071410-6 mol) Wirt 10 in 400 microL D2O
Gastloumlsung 0457 mg (103610-6 mol) Folsaumlure 72 in 4200 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 600 0 800 18510-4 0 878401 600 10 800 18510-4 22310-5 871542 600 20 800 18510-4 44610-5 865753 600 40 800 18510-4 89210-5 855644 600 60 800 18510-4 13410-4 845225 600 80 800 18510-4 17810-4 838046 600 170 800 18510-4 37910-4 82195
∆δsat (ppm) 06875 plusmn 2
Ka (molL) 20230 plusmn 12
C(Gast) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
∆δa∆δa (berechnet)
N+
Ha
HO
4 Experimenteller Teil 127
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit FAD 71
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0587 mg (0678 micromol) FAD 71 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 96810-4 10210-3 78393 76957 73326 1 35 700 48410-5 50910-5 78303 76711 72957 2 70 700 96810-5 10210-4 78202 76663 72885 3 105 700 14510-4 15310-4 78184 76645 72879 4 175 700 24210-4 25210-4 78045 76548 72758 5 700 700 96810-4 10210-3 77604 76271 72269
∆δsat (ppm) 02112 plusmn 8
01048 plusmn 11
01672 plusmn 15
Ka (molL) 908 plusmn 14
5378 plusmn 30
4435 plusmn 38
HN
N N
N
H2N
O
NH
NH
O
COOH
HCOOH
Ha
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 128
C(Klammer) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa - berechnet
P
O
O
PO
LiO
O
OLi
Hb
Hc
N
N
NH
N O
O
HO
HOOH
O PO
ONaO P
O
ONa
N
NN
N
NH2
O
OHOH
O
Ha
4 Experimenteller Teil 129
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit AMP $G026
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) AMP $G026 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 14410-3 - 823171 25 500 71810-5 71310-5 821842 50 500 14410-4 14310-4 820963 75 500 21510-4 21410-4 820524 100 500 28710-4 28510-4 819195 125 500 35910-4 35610-4 818756 250 500 71810-4 71310-4 816157 500 500 14410-3 14310-4 81477
∆δsat (ppm) 01881 plusmn 10
Ka (molL) 1126 plusmn 19
N
NN
N
NH2
O
OH
OPNaOONa
OHa
C(Gast) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
∆δb∆δb - berechnet∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 130
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46
Stammloumlsung 0768 mg (0713 micromol) Wirt 10 und
0281 mg (0718 micromol) NNrsquo-Dimethylimidazoliumiodid 46 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 384721 30 600 60210-5 59410-5 363392 60 600 12010-4 11910-4 352453 90 600 18010-4 17810-4 348364 300 600 60210-4 59410-4 324935 600 600 12010-3 11910-3 32548
∆δsat (ppm) 08087 plusmn 7
Ka (molL) 7940 plusmn 22
N+
NCHa
3
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 131
Titration von Wirt 10 mit N-Methylthiazoliumiodid 74
Wirtloumlsung 1535 mg (142510-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0524 mg (230710-6 mol) N-Methylthiazoliumiodid 74 in 250 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 25 0 700 33010-4 0 429601 25 10 700 33010-4 31310-5 425562 25 20 700 33010-4 62710-5 421283 25 30 700 33010-4 94010-5 416674 25 40 700 33010-4 12510-4 413025 25 50 700 33010-4 15710-4 407526 25 60 700 33010-4 18810-4 403817 25 80 700 33010-4 25110-4 392228 25 120 700 33010-4 37610-4 383269 25 200 700 33010-4 62710-4 35176
∆δsat (ppm) 1758 plusmn 17
Ka (molL) 1267 plusmn 29
N+
S
Ha3C
I-
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 132
N+
O
OHOH He
OP-OOH
O
NH2
O
Ha
Hc
Hd
Hb
Titration von Wirt 10 mit NMN 54
Wirtloumlsung 1512 mg (140410-6 mol) Wirt 10 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0314 mg (093910-6 mol) NMN 54 in 1000 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 700 13410-4 0 95766 93565 90371 83429 62418 1 100 10 700 13410-4 30910-5 95714 93330 89823 82782 62242 2 100 20 700 13410-4 61710-5 95492 93082 89372 82266 62151 3 100 30 700 13410-4 92610-5 95407 92951 89130 82012 62092 4 100 40 700 13410-4 12310-4 95341 92860 88948 81783 62046 5 100 50 700 13410-4 15410-4 95165 92677 88654 81424 62001 6 100 80 700 13410-4 24710-4 95034 92455 88157 80856 61916 7 100 120 700 13410-4 37010-4 94754 92128 87504 80203 61756 8 100 200 700 13410-4 61710-4 94525 91743 86884 - 61648
∆δsat (ppm) 01970 plusmn 10
02494 plusmn 6
04572 plusmn 6
04442 plusmn 10
00890 plusmn 9
Ka (molL) 3277 plusmn 22
4882 plusmn 16
5912 plusmn 17
9043 plusmn 29
10690 plusmn 33
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 133
Verduumlnnungstitration von Wirt 10 mit Koffein 70
Stammloumlsung 0390 mg (0362 micromol) Wirt 10 und
0143 mg (0736 micromol) Koffein 70 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 39895 35712 33889 1 35 700 52610-5 25710-5 35940 34134 33231 2 70 700 10510-4 51710-5 35160 33783 33073 3 105 700 15810-4 77110-5 34730 33608 32994 4 140 700 21010-4 10310-4 34415 33468 32924 5 175 700 26310-4 12910-4 34309 33415 32898 6 350 700 52610-4 25710-4 33573 33029 32661 7 700 700 10510-3 51710-4 33590 33038 32670
∆δsat (ppm) 1364 plusmn 2
05839 plusmn 2
02717 plusmn 3
Ka (molL) 36800 plusmn 9
29730 plusmn 11
21490 plusmn 15
N
N N
N
O CHa3
Hb3C
OCHc
3
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 134
Verduumlnnungstitration von Wirt 24 mit AZT 68
Stammloumlsung 0433 mg (0714 micromol) Wirt 24 und
0190 mg (0717 micromol) AZT 68 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 600 12010-3 - 76200 61936 16839 1 30 600 59810-5 59510-5 75022 61461 18059 2 60 600 12010-4 11910-4 74050 61096 17650 3 90 600 17910-4 17910-5 73011 60688 17219 4 120 600 23910-4 23810-4 72259 60389 16865 5 150 600 29810-4 29810-4 71696 60179 16622 6 300 600 59810-4 59510-4 68269 58752 14842 7 600 600 12010-3 11910-3 62464 57659 13759
∆δsat (ppm) 3116 plusmn 6
1245 plusmn 8
1400 plusmn 11
Ka (molL) 707 plusmn 11
696 plusmn 14
730 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
07
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
N3Hb
HON
NH
O
O
Hc3C
Ha
4 Experimenteller Teil 135
Titration von Wirt 24 mit 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69
Wirtloumlsung 1593 mg (262910-6 mol) Wirt 24 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0435 mg (194410-6 mol) 2rsquo3rsquo-Deoxythymidin 69 in 750 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δf (ppm)
0 75 0 600 32410-4 0 76417 69692 64877 59824 18810 1 75 10 600 32410-4 67410-5 76312 69632 64790 59765 18719 2 75 20 600 32410-4 13510-4 76110 69536 64758 59693 18545 3 75 30 600 32410-4 20210-4 75973 69454 64699 59623 18426 4 75 40 600 32410-4 27010-4 75798 99376 64634 59559 18274 5 75 50 600 32410-4 33710-4 75611 99280 64538 59453 18114 6 75 60 600 32410-4 40410-4 75450 69211 64492 59389 17977 7 75 80 600 32410-4 53910-4 75133 69078 64383 59275 17720 8 75 120 600 32410-4 80910-4 74589 68799 64140 59000 - 9 75 200 600 32410-4 13510-3 73618 68350 63764 58565 16415
∆δsat (ppm) 1645 plusmn 17
06014 plusmn 9
06108 plusmn 18
08318 plusmn 19
1399 plusmn 20
Ka (molL) 160 plusmn 20
226 plusmn 12
174 plusmn 21
138 plusmn 23
160 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
O
Hb
HON
NH
O
O
He3C
Ha
HcHd
4 Experimenteller Teil 136
433 Titrationen mit der Bisphosphonat-Pinzette
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylpyraziniumiodid 50
Stammloumlsung 0713 mg (0971 micromol) Wirt 11 und
0234 mg (1052 micromol) N-Methylpyraziniumiodid 50 in 600 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 600 17510-3 - 44827 93911 1 60 600 17510-4 16210-4 39025 - 2 90 600 26310-4 24310-4 37953 84130 3 120 600 35010-4 32410-4 37246 83400 4 300 600 87510-4 80910-4 36494 82295 5 600 600 17510-3 16310-3 34936 80029
∆δsat (ppm) 1270 plusmn 5
1737 plusmn 6
Ka (molL) 11070 plusmn 22
12930 plusmn 34
N+
N
CHa3
I-Hb
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
4 Experimenteller Teil 137
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Benzylaminhydrochlorid 77
Stammloumlsung 0531 mg (0640 micromol) Wirt 11 und
0083 mg (0640 micromol) Benzylaminhydrochlorid 77 in 500 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 500 12810-3 - 416111 25 500 64010-5 64010-5 414122 50 500 12810-4 12810-4 414013 75 500 19210-4 19210-4 413024 100 500 25610-4 25610-4 412245 125 500 32010-4 32010-4 411696 250 500 64010-4 64010-4 405397 500 500 12810-3 12810-3 39898
∆δsat (ppm) 1510 plusmn 38
Ka (molL) 115 plusmn 45
Ha2C
NH3Cl
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 138
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0600 mg (0818 micromol) Wirt 11 und
0078 mg (0818 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29908 17049 10022 1 35 700 58410-5 58410-5 28628 15761 09136 2 70 700 11710-4 11710-4 27646 14771 08444 3 105 700 17510-4 17510-4 26725 13878 07803 4 140 700 23410-4 23410-4 25989 - 07295 5 350 700 58410-4 58410-4 22508 09566 04857 6 700 700 11710-3 11710-3 19649 06734 02814
∆δsat (ppm) 2651 plusmn 2
2642 plusmn 3
1884 plusmn 2
Ka (molL) 891 plusmn 4
912 plusmn 6
867 plusmn 22
C(Wirt) [molL]00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
018
020
δ∆aδ∆a (berechnet)
Hc3C
Hb2
CCHa
2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 139
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit n-Propylaminhydrochlorid 78
Stammloumlsung 0539 mg (0734 micromol) Wirt 11 und
0070 mg (0734 micromol) n-Propylaminhydrochlorid 78 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 700 10510-3 - 28821 10199 1 35 700 52610-5 52610-5 25940 08779 2 70 700 10510-4 10510-4 24066 07771 3 105 700 15810-4 15810-4 22215 06787 4 140 700 21010-4 21010-4 20947 06104 5 175 700 26310-4 26310-4 19788 05481
∆δsat (ppm) 3451 plusmn 6
2006 plusmn 5
Ka (molL) 1826 plusmn 8
1534 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
Hb3C C
Ha2
NH3Cl
4 Experimenteller Teil 140
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Adrenalinhydrochlorid 79
Stammloumlsung 0689 mg (0938 micromol) Wirt 11 und
0206 mg (0938 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 79 in 750 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (mol_)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 Referenz 750 12510-3 - 33029 27961 1 375 750 62510-5 62510-5 32538 27462 2 75 750 12510-4 12510-4 32126 27041 3 1125 750 18810-4 18810-4 31767 26611 4 150 750 25010-4 25010-4 31451 26260 5 1875 750 31310-4 31310-4 31074 25875 6 375 750 62510-4 62510-4 29417 24305 7 750 750 11710-3 11710-3 27628 22472
∆δsat (ppm) 2149 plusmn 8
2017 plusmn 4
Ka (moll) 364 plusmn 11
416 plusmn 6
OH
OHOH
Ha2CNH2Cl
Hb3C
C(Wirt) [molL]
000000 000005 000010 000015 000020 000025 000030
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
10
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 141
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Propanololhydrochlorid 82
Stammloumlsung 0633 mg (0862 micromol) Wirt 11 und
0255 mg (0862 micromol) Propanololhydrochlorid 82 in 700 microL Methanol-d4
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 600 12310-3 - 137191 60 600 12310-4 12310-4 129682 90 600 18510-4 18510-4 127693 120 600 24610-4 24610-4 125924 150 600 30810-4 30810-4 124265 600 600 12310-3 12310-3 11133
∆δsat (ppm) 05482 plusmn 3
Ka (molL) 1361 plusmn 6
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
00
01
02
03
04
05
06
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
HO
ClH2N
Ha3C CHa
3
4 Experimenteller Teil 142
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit D-L-Noradrenalinhydrochlorid 80
Stammloumlsung 0612 mg (0833 micromol) Wirt 11 und
0171 mg (0833 micromol) D-L-Adrenalinhydrochlorid 80 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 320841 70 700 11910-5 11910-5 319182 105 700 17910-4 17910-4 317973 140 700 23810-4 23810-4 317414 175 700 29810-4 29810-4 316645 350 700 59510-4 59510-4 312256 700 700 11910-4 11910-4 30692
∆δsat (ppm) 09012 plusmn 17
Ka (molL) 184 plusmn 22
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa∆δa (berechnet)
OH
OHOH
Ha2CNH3Cl
4 Experimenteller Teil 143
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Dopaminhydrochlorid 81
Stammloumlsung 0603 mg (0821 micromol) Wirt 11 und
0156 mg (0821 micromol) Dopaminhydrochlorid 81 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 Referenz 700 11710-3 - 29058 32562 68726 1 35 700 58610-5 58410-5 28010 31257 68433 2 70 700 11710-4 11710-4 27051 29988 68217 3 105 700 17610-4 17510-4 26308 29169 68012 4 140 700 23510-4 23410-4 25618 28262 67897 5 175 700 29310-4 29310-4 25109 27484 67655 6 350 700 58610-4 58410-4 22161 - 66889 7 700 700 11710-3 11710-3 20464 21757 66503
∆δsat (ppm) 2169 plusmn 9
2670 plusmn 2
05658 plusmn 12
Ka (molL) 989 plusmn 16
975 plusmn 3
988 plusmn 21
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
016
∆δa∆δa (berechnet)
CHb2
OHOH
Ha2CNH3Cl
Hc
4 Experimenteller Teil 144
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit N-Methylnicotinamidiodid 51
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0231 mg (0875 micromol) N-Methylnicotinamidiodid 51 in 700 microL D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 92629 89567 88860 81565 44540 1 70 700 12510-4 12510-4 90363 88119 86638 80140 41545 2 105 700 18810-4 18810-4 89435 87799 85456 79598 40550 3 140 700 25010-4 25010-4 88749 87589 84450 79200 39721 4 175 700 31310-4 31310-4 88208 87412 83809 78891 39069 5 350 700 62510-4 62510-4 85378 86495 79996 77332 35124 6 700 700 12510-3 12510-3 84063 86163 78261 76658 33278
∆δsat (ppm) 1870 plusmn 9
05524 plusmn 5
2657 plusmn 13
1001 plusmn 8
2576 plusmn 10
Ka (molL) 1364 plusmn 18
3685 plusmn 15
969 plusmn 5
1667 plusmn 18
1195 plusmn 20
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016 00018
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
N+
NH2
O
CHe3
Ha
Hb
Hd
HcI-
4 Experimenteller Teil 145
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1940 mg (264210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0632 mg (166710-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
700 microL D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 70 0 600 23810-4 0 39983 18159 16721 1 70 10 600 23810-4 58110-5 39228 16510 13134 2 70 20 600 23810-4 11610-4 38290 14500 13177 3 70 30 600 23810-4 17410-4 37685 13099 13099 4 70 40 600 23810-4 23210-4 36738 11170 09724 5 70 60 600 23810-4 34810-4 35484 08549 07000 6 70 80 600 23810-4 46510-4 34871 07216 05734 7 70 120 600 23810-4 69710-4 34485 06024 04638 8 70 180 600 23810-4 10510-3 34257 05366 04042
∆δsat (ppm) 06808 plusmn 7
1547 plusmn 6
1472 plusmn 5
Ka (molL) 7988 plusmn 29
6778 plusmn 23
8762 plusmn 24
C(Wirt) [molL]
00000 00005 00010 00015 00020
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)∆δd∆δd (berechnet)∆δe∆δe (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 146
Titration von Wirt 11 mit N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84
Wirtloumlsung 1074 mg (146310-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0379 mg (100010-6 mol) N-Tosyl-(S)-argininmethylesterhydrochlorid 84 in
400 microL 25 mmoll Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 16710-4 0 39943 18119 16900 1 40 10 600 16710-4 37510-5 39251 16726 15453 2 40 20 600 16710-4 75010-5 38797 15819 14362 3 40 30 600 16710-4 11310-4 38087 14060 13093 4 40 40 600 16710-4 15010-4 37629 13121 11641 5 40 50 600 16710-4 18810-4 37011 11953 10363 6 40 60 600 16710-4 22510-4 36516 10913 09332 7 40 160 600 16710-4 30010-4 36086 09144 07958
∆δsat (ppm) 1002 plusmn 25
4093 plusmn 26
3292 plusmn 27
Ka (molL) 2811 plusmn 44
1077 plusmn 36
1519 plusmn 40
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014 00016
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
S
HN
O
O
CHbc2
NH
NHH2NHCl
HaOO
4 Experimenteller Teil 147
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1084 mg (147710-6 mol) Wirt 11 in 650 microL D2O
Gastloumlsung 0419 mg (104810-6 mol) RGD 86 in 400 microL D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 40 0 600 17510-4 0 32772 19855 17361 1 40 10 600 17510-4 37910-5 31561 19719 16872 2 40 20 600 17510-4 75710-5 30376 19236 16124 3 40 30 600 17510-4 11410-4 29229 19056 15528 4 40 40 600 17510-4 15210-4 28204 18734 15010 5 40 50 600 17510-4 18910-4 27083 18547 14488 6 40 60 600 17510-4 22710-4 - 18289 14017 7 40 80 600 17510-4 30310-4 - 17793 13077 8 40 120 600 17510-4 45410-4 21092 17071 11357 9 40 180 600 17510-4 68210-3 - 16330 07692
∆δsat (ppm) 4578 plusmn 3
08838 plusmn 11
2022 plusmn 6
Ka (molL) 836 plusmn 4
1109 plusmn 17
1012 plusmn 9
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 148
Titration von Wirt 11 mit (S)-Argininyl-(S)-glycinyl-(S)-aspartat (RGD) 86
Wirtloumlsung 1006 mg (137010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0400 mg (100010-6 mol) RGD 86 in 1000 microL in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (RGD 865)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 16710-4 0 32682 19320 17291 1 100 10 600 16710-4 35110-5 31562 19134 16600 2 100 20 600 16710-4 70310-5 30608 18904 16113 3 100 30 600 16710-4 10510-4 29693 18680 15595 4 100 40 600 16710-4 14110-4 28637 18430 15000 5 100 50 600 16710-4 17610-4 27773 18206 14648 6 100 60 600 16710-4 21110-4 27037 17969 14091 7 100 80 600 16710-4 28110-4 - 17566 13394 8 100 120 600 16710-4 42210-4 - 16894 11736 9 100 200 600 16710-4 70310-3 - 15979 10034
∆δsat (ppm) 3413 plusmn 22
09234 plusmn 10
1502 plusmn 5
Ka (molL) 1092 plusmn 28
901 plusmn 15
1532 plusmn 5
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
O
OH
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 149
Titration von Wirt 11 mit (S)-Glycinyl-(S)-argininyl-(S)-glycinyl-(S)-glycin (GRGG) 87
Wirtloumlsung 1135 mg (154610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0673 mg (117510-6 mol) GRGG2TFA 87 in 1000 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 100 0 600 19610-4 0 32543 19241 18525 1 100 10 600 19610-4 39610-5 30751 18770 17914 2 100 20 600 19610-4 79310-5 28394 18150 17279 3 100 30 600 19610-4 11910-4 26627 17663 16724 4 100 40 600 19610-4 15910-4 24618 17121 16101 5 100 50 600 19610-4 19810-4 - 16590 15521 6 100 60 600 19610-4 23810-4 21114 16187 15015 7 100 80 600 19610-4 31710-4 18265 15377 - 8 100 120 600 19610-4 47610-4 - - 12746 9 100 180 600 19610-4 71310-3 - 11964 10569
∆δsat (ppm) 7461 plusmn 15
2213 plusmn 4
2058 plusmn 7
Ka (molL) 857 plusmn 20
755 plusmn 5
972 plusmn 10
HN
NH
O
Hc2C
CHb2
Ha2C
NH
NHH2N
HN
OOH
O
OH2N
2 TFA
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
00
02
04
06
08
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 150
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-alaninyl-(S)-alanin (KAA) 88
Wirtloumlsung 0878 mg (119610-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0406 mg (100010-6 mol) KAACH3COOH 88 in 200 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O (KAA 71)
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 20 0 600 16410-4 0 39096 18894 1 20 10 600 16410-4 36910-5 38994 18557 2 20 20 600 16410-4 79310-5 38924 18302 3 20 30 600 16410-4 11910-4 38841 18112 4 20 40 600 16410-4 15910-4 38765 17807 5 20 50 600 16410-4 19810-4 38702 17622 6 20 60 600 16410-4 23810-4 38619 17298 7 20 80 600 16410-4 31710-4 38466 16910 8 20 120 600 16410-4 47610-4 38282 16166 9 20 200 600 16410-4 71310-3 37913 -
∆δsat (ppm) 02920 plusmn 6
1030 plusmn 14
Ka (molL) 1242 plusmn 9
1116 plusmn 19
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
H2NNH
O
Hb2C
NH2
HN
OOH
OHa
CH3COOH
4 Experimenteller Teil 151
Titration von Wirt 11 mit tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
Wirtloumlsung 1022 mg (139210-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0295 mg (109410-6 mol) tert-Butyloxycarbonyl-(S)-Histidinmethylester 85
in 500 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δb (ppm)
δd (ppm)
δe (ppm)
0 100 0 600 18210-4 0 70658 31722 30421 1 100 10 600 18210-4 35710-5 69926 31545 30376 2 100 20 600 18210-4 71410-5 69124 31406 30238 3 100 30 600 18210-4 10710-4 - 31254 30054 4 100 40 600 18210-4 14310-4 67555 31128 29909 5 100 50 600 18210-4 17910-4 66920 30995 29764 6 100 60 600 18210-4 21410-4 66162 30837 29606 7 100 80 600 18210-4 28610-4 65057 30604 29366 8 100 120 600 18210-4 42810-4 62708 30124 28905 9 100 180 600 18210-4 71410-4 68932 29461 28299
∆δsat (ppm) 3764 plusmn 4
06543 plusmn 5
07925 plusmn 24
Ka (molL) 688 plusmn 5
817 plusmn 7
565 plusmn 33
C(Wirt) [moll]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
∆δa - gemessen∆δa - berechnet∆δb - gemessen∆δb - berechnet
HN
O
OO
O
NH
N
Ha
HbHc
4 Experimenteller Teil 152
Verduumlnnungstitration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Stammloumlsung 0642 mg (0875 micromol) Wirt 11 und
0208 mg (0875 micromol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 700 microL
D2O
Nr VStammloumlsung (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
0 Referenz 700 12510-3 - 442851 35 700 62510-5 62510-5 427622 70 700 12510-4 12510-4 422663 105 700 18810-4 18810-4 419304 140 700 25010-4 25010-4 419115 175 700 31310-4 31310-4 418306 350 700 62510-4 62510-4 416807 700 700 12510-3 12510-3 41244
∆δsat (ppm) 03580plusmn 4
Ka (molL) 23010 plusmn 18
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
4 Experimenteller Teil 153
Titration von Wirt 11 mit Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83
Wirtloumlsung 1130 mg (154010-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0239 mg (100110-6 mol) Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 500
microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
δc (ppm)
0 50 0 600 16710-4 0 44199 19278 18000 1 50 10 600 16710-4 34210-5 43837 18238 16960 2 50 20 600 16710-4 68410-5 43250 16714 15572 3 50 30 600 16710-4 10310-4 42994 15865 - 4 50 40 600 16710-4 13710-4 42627 - - 5 50 60 600 16710-4 20510-4 41981 12892 11921 6 50 80 600 16710-4 27410-4 - 11774 10718 7 50 120 600 16710-4 41010-4 40905 09978 09007 8 50 200 600 16710-4 61610-3 40442 08682 07963
∆δsat (ppm) 05677 plusmn 8
1572 plusmn 8
1454 plusmn 10
Ka (molL) 3993 plusmn 20
4295 plusmn 19
4730 plusmn 27
HN
O
O
NH2
Ha
O HCl
HcHb
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010 00012 00014
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 154
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-lysinyl-(S)-leucinyl-(S)-valinyl-(S)-
phenylalaninyl-(S)-phenylalanin (KKLVFF) 91
Wirtloumlsung 1367 mg (1013-6 mol) Wirt 11 in 650 microL [25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Gastloumlsung 1107 mg (988310-7 mol) KKLVFF3TFA 91 in 2000 microL [25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O] Methanol-d4 = 11 vv
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 200 0 600 16710-4 0 29643 16809 1 200 10 600 16710-4 35110-5 29351 16548 2 200 20 600 16710-4 70310-5 29109 16097 3 200 30 600 16710-4 10510-4 28995 16014 4 200 40 600 16710-4 14110-4 28791 15766 5 200 50 600 16710-4 17610-4 28652 - 6 200 60 600 16710-4 21110-4 28607 - 7 200 80 600 16710-4 38110-4 - 15556 8 200 120 600 16710-4 42210-4 28505 15524 9 200 200 600 16710-4 70310-4 28499 -
∆δsat (ppm) 01214 plusmn 3
01365 plusmn 6
Ka (molL) 32290 plusmn 21
43310 plusmn 45
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)∆δc∆δc (berechnet)
4 Experimenteller Teil 155
H2NNH
O
Hb2C
CHa2
NH2
Hb2C
CHa2
NH2
HN
ONH
O HN
ONH
OOH
O
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
000
002
004
006
008
010
012
014
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
pm]
HaHbHa (berechnet)Hb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 156
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysin (KTTK) 89
Wirtloumlsung 0859 mg (1169-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0837 mg (102610-6 mol) KTTK3TFA 89 in 1750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 175 0 600 34210-4 0 39847 18700 1 175 10 600 34210-4 35110-5 39599 18366 2 175 20 600 34210-4 70310-5 39425 18247 3 175 30 600 34210-4 10510-4 39127 17949 4 175 40 600 34210-4 14110-4 38917 17894 5 175 50 600 34210-4 17610-4 38729 17793 6 175 60 600 34210-4 21110-4 38536 17597 7 175 80 600 34210-4 38110-4 38156 17290 8 175 120 600 34210-4 42210-4 37684 17010 9 175 200 600 34210-4 70310-4 36961 16085
∆δsat (ppm) 04061 plusmn 5
04217 plusmn 16
Ka (molL)(21 Komplex)
6821 plusmn 18
4205 plusmn 45
H2NNH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
OOH
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
4 Experimenteller Teil 157
C(Wirt) [molL]
00000 00001 00002 00003 00004 00005 00006 00007
∆δ [p
pm]
000
005
010
015
020
025
030
035
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
0
001
002
003
004
005
006
007
008
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 158
Titration von Wirt 11 mit (S)-Lysinyl-(S)-threoninyl-(S)-threoninyl-(S)-lysinyl-(S)-serin (KTTKS) 90
Wirtloumlsung 1111 mg (1513-6 mol) Wirt 11 in 650 microL 25 mmolL Na2HPO4NaH2PO4
Puffer (pH 7) in D2O
Gastloumlsung 0724 mg (800110-7 mol) KTTKS3TFA 90 in 750 microL 25 mmolL
Na2HPO4NaH2PO4 Puffer (pH 7) in D2O
Nr VGast (microL)
VWirt (microL)
VTotal (microL)
CGast (molL)
CWirt (molL)
δa (ppm)
δb (ppm)
0 75 0 600 26610-4 0 39518 14881 1 75 10 600 26610-4 19410-5 39318 - 2 75 20 600 26610-4 38810-5 38848 11067 3 75 30 600 26610-4 58210-5 - 10165 4 75 40 600 26610-4 77610-5 38439 09121 5 75 50 600 26610-4 97010-5 38204 07755 6 75 60 600 26610-4 11610-4 37882 06000 7 75 80 600 26610-4 15510-4 37746 04300 8 75 120 600 26610-4 23310-4 37136 01300 9 75 180 600 26610-4 34910-4 36722 -
∆δsat (ppm) 03903 plusmn 8
2620 plusmn 15
Ka (molL)(21 Komplex)
4998 plusmn 24
3307 plusmn 33
H2N NH
O
Hb2C
NH2
OHHN
ONH
O HN
OOH
Hb2C
NH2
Ha
Ha
OH
O
OH
C(Wirt) [molL]
00000 00002 00004 00006 00008 00010
∆δ [p
pm]
0
1
∆δa∆δa (berechnet)∆δb∆δb (berechnet)
4 Experimenteller Teil 159
434 NMR Titrationen mit Loumlsungsmitteln
10 100 1000 10000 und 10900 Aumlquivalente deuteriertes DMSO werden zu 600 microL einer
aumlquimolaren Loumlsung aus Wirt 11 und Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 in 25
mmolL Na2HPO4NaH2PO4-Puffer (pH 7) in D2O gegeben (2 10-4 M) sowie zu eine
Referenzloumlsung die nur Acetyl-(S)-Lysinmethylesterhydrochlorid 83 enthaumllt (gleiche
Konzentration) Die kleinen Veraumlnderungen der chemischen Verschiebung in der
Referenzloumlsung wurden von den groumlszligeren Effekten im GastWirt-Gemisch abgezogen Diese
Ergebnisse werden in der unten gezeigten Tabelle als ∆δobs angegeben Um die Auswirkung
von Acetonitril und Methanol vergleichen zu koumlnnen wurden zu den oben genannten Proben
mit 10 und 100 Aumlquivalenten jeweils 200 microL deuteriertes Acetonitril beziehungsweise 200 microL
deuteriertes Methanol zugegeben
0
001
002
003
004
005
006
007
0 02 04 06 08 1
X(Gast)
X∆
δ [p
mm
]
HaHa (berechnet)
4 Experimenteller Teil 160
zugegebenes Loumlsungsmittel
Aumlquivalente ∆δobs (εCH2) ∆δobs (βCH2)
DMSO-d6 10 nicht sichtbar (breites Signal) -052 DMSO-d6 100 nicht sichtbar (breites Signal) -047 DMSO-d6 1000 nicht sichtbar (breites Signal) -013 DMSO-d6 10000 -001 -001 DMSO-d6 10900 lt -001 lt -001 Acetonitril-d3 16000 lt -001 lt -001 Methanol-d4 20600 -035 -010
44 Isothermale Titrationskalorimetrie 441 Das Messgeraumlt
Die Messungen wurden mit einem VP-ITC der Firma MicroCal durchgefuumlhrt Gesteuert wird
das Geraumlt mit der WINDOWSTM-Software MicroCal VPViewer Die fuumlr die Messung
verwendete Spritze (250 microL) ist eine Spezialanfertigung der Firma MicroCal Am unteren
Ende der langen Nadel geht die Spritze in einen kleinen Ruumlhrer uumlber um durch die Drehung
der Spritze die Durchmischung der Loumlsung in der Messzelle zu gewaumlhrleisten Das Volumen
der Messzelle betraumlgt 14211 mL Die Messzelle laumlsst sich mit einer Hamilton-Spritze mit
entsprechend langer Kanuumlle befuumlllen Die Spritze fuumlr das Messgeraumlt wird mit Hilfe eines
kleinen Schlauches und einer weiteren Spritze befuumlllt
4 Experimenteller Teil 161
Abb 41 Schematischer Aufbau eines ITC-Geraumltes[170]
442 Reinigung des Messgeraumltes Die Messzelle muss regelmaumlszligig zuerst mit 200 mL TritonregX100-Loumlsung (1100 verduumlnnt)
und anschlieszligend mit 1 L Wasser gespuumllt werden Bei staumlrkeren Verschmutzungen (wie z B
bei ausgefallenen Substanzen) kann optional eine Reinigung mit 500 mL 2 iger SDS-
Loumlsung und anschlieszligend 15 L Wasser durchgefuumlhrt werden Die Spritze fuumlr die Messungen
muss immer gruumlndlich mit Wasser gespuumllt werden Fuumlr die Hamilton-Spritzen empfiehlt es
sich noch zusaumltzlich mit Ethanol zu spuumllen und anschlieszligend zu trocknen
443 Kalibrierung des Messgeraumltes Das Kalorimeter muss halbjaumlhrlich kalibriert werden wobei die Kalibrierung mittels einer
Reihe elektrischer Standardpulse erfolgt Die beiden Zellen muumlssen dazu mit Wasser gefuumlllt
sein Zur Anpassung der Kalibrierungskonstanten dient ein Mittelwert der aus den
Verhaumlltnissen von gemessener Waumlrmemenge zu theoretisch zu erwartender Waumlrmemenge
uumlber alle Waumlrmeimpulse gebildet wird Die neue Kalibrierungskonstante constneu wird dabei
Sensor
Sensor
Referenzzelle Messzelle
Spritze
Ruumlhrer
Innerer adiabatischer SchutzAumluszligerer adiabatischer Schutz
Gewinde
Spritzenmotor
4 Experimenteller Teil 162
durch Multiplikation der alten Konstante constalt mit dem durchschnittlichen Verhaumlltnis von
erwarteter zu gemessener Waumlrmemenge erhalten
PulsederAnzahlWW
constconst gemessen
erwartet
altneu
sumsdot= (Gleichung 41)
Diese Anpassung der Kalibrierungskonstante ist allerdings nur notwendig falls die
gemessenen Waumlrmemengen um mehr als 1 von den erwarteten Waumlrmemengen abweichen
Eine Abweichung wurde bisher noch nicht gefunden
444 Durchfuumlhrung der Messungen
Alle Messungen wurden bei 298 K durchgefuumlhrt Dazu wurde das Thermostat des
Kalorimeters auf 25degC eingestellt Um zu verhindern dass die gemessenen Reaktionswaumlrmen
nicht von Mischungseffekten von verschiedenen Loumlsungsmittel oder von
Verduumlnnungseffekten des Puffers uumlberlagert werden ist es sehr wichtig sowohl den Gast als
auch den Wirt in den gleichen Loumlsungsmittel (gegebenenfalls mit gleichen
Pufferkonzentrationen) zu loumlsen
Bevor die Loumlsungen in die Messzelle bzw in die Spritze gefuumlllt werden koumlnnen muumlssen sie
unter vermindertem Druck und Ruumlhren entgast werden Mit einer Hamiltonspritze wird die
Protein-Loumlsung langsam und ohne Luftblasen in die Messzelle gefuumlllt die vorher mit dem
gleichen Loumlsungsmittel vorgespuumllt wurde Beim Befuumlllen der Spezialspritze mit der
Ligandloumlsung ist ebenfalls darauf zu achten keine Luftblasen in die Spritze zu bekommen Da
sich durch Luftblasenbildung stoumlrende Effekt ergeben koumlnnen empfiehlt es sich bei der
ersten Einspritzung nur eine geringe Menge (5 microL) zu verwenden und erst danach mit der
eigentlichen Messung zu beginnen
Nach dem das Geraumlt die Loumlsungen in der Zelle vollstaumlndig thermostatisiert und die
Heizleistung equilibriert hat kann die eigentliche Messung beginnen Es wurden bis zu 30
Einspritzungen eines Aliquots von je 10 microL durchgefuumlhrt Die Wartezeit zwischen zwei
Einspritzungen haumlngt hauptsaumlchlich davon ab wie lange das System braucht um nach einer
Einspritzung die Basislinie wieder zu stabilisieren dh die Temperaturdifferenz zwischen
Mess- und Referenzzelle auszugleichen Im vorgliegenden Fall liegt dieser Zeitraum bei einer
Ruumlhrgeschwindigkeit von 240 Umdrehungen pro Minute bei etwa 300 bis 360 s Das
verwendete Volumen pro Einspritzung haumlngt von einigen unterschiedlichen Faktoren ab wie
zB Gast- und Wirtkonzentration erwarteter Waumlrmetoumlnung und Bindungskonstante K Bei
4 Experimenteller Teil 163
einer 11 Bindung muumlssen die Konzentrationen so gewaumlhlt werden dass die
Gesamtkonzentration des Gastes in der Messzelle am Ende der Messung mindestens zweimal
so groszlig ist wie die Gesamtkonzentration an Wirt Das bedeutet dass die letzten Signale die
betraumlchtlich hinter dem Aumlquivalenzpunkt liegen nur noch aufgrund von Verduumlnnungseffekten
des Liganden oder unspezifischen Bindungsvorgaumlngen zustande kommen sollten da zu
diesem Zeitpunkt bereits eine nahezu vollstaumlndige Saumlttigung vorliegen sollte Diese
Verduumlnnungswaumlrme muss daher von der eigentlichen Bindungsisothermen subtrahiert werden
Deswegen sollten fuumlr jedes Experiment drei Messungen durchgefuumlhrt werden Einmal nur mit
Gast der in das Loumlsungsmittel titriert wird einmal mit Loumlsungsmittel und Wirtloumlsung und
einmal die eigentliche Titration von der Gast-Loumlsung in die Wirt-Loumlsung Die gemessenen
Waumlrmen der ersten beiden Titrationen werden zur Bestimmung der eigentliche
Komplexierungswaumlrme von der dritte Titration abgezogen
Die Anpassung der Bindungsisothermen an die Messpunkte erfolgte nach der Methode der
kleinsten Fehlerquadrate (least squares fit) Dabei wurde jede Messung mehrmals
durchgefuumlhrt bis mindestens zwei exakt gleiche Kurven erhalten wurden Fuumlr die endguumlltige
Bestimmung der thermodynamischen Parameter des Gast-Wirt-Komplexes wurde der
Durchschnitt dieser Messungen verwendet Die Abweichung zwischen den Messungen betrug
maximal 10
4 Experimenteller Teil 164
445 Messergebnisse
Titration von Wirt 24 (5010-4 M) mit Thiaminhydrochlorid 75 (7510-3 M) in Wasser Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2312 plusmn 024 164 middot 104 plusmn 59 middot 102 0774 plusmn 0006 -093 2 -2407 plusmn 016 160 middot 104 plusmn 35 middot 102 0740 plusmn 0004 010
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 25 50 75 100 125 150 175 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1 2
4 Experimenteller Teil 165
00 05 10 15 20 25 30 35-6
-4
-2
0
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
1
Titration von Wirt 11 (5010-4 M) mit Acetyl-(S)-lysinmethylesterhydrochlorid 83
(7510-3M) in Wasser
Nr ∆Hdeg [kJmol] Ka [M-1] n -T∆Sdeg [kJmol] 1 -2748 plusmn 034 150 middot 104 plusmn 55 middot 102 0651 plusmn 0006 -373 2 -2641 plusmn 016 170 middot 104 plusmn 33 middot 102 0735 plusmn 0003 -235
2
00 05 10 15 20 25 30 35 40-6
-4
-2
0
-15
-10
-5
0
0 50 100 150 200
Time (min)
microcal
sec
Molar Ratio
kcal
mol
e of
inje
ctan
t
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Erklaumlrung
Ich versichere dass ich meine Dissertation
Wasserloumlsliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von
biorelevanten Molekuumllen
selbstaumlndig ohne unerlaubte Hilfe angefertigt und mich dabei keiner anderen als der von mir
ausdruumlcklich bezeichneten Quellen und Hilfen bedient habe
Die Dissertation wurde in der jetzigen oder einer aumlhnlichen Form noch bei keiner anderen
Hochschule eingereicht und hat noch keinen sonstigen Pruumlfungszwecken gedient
Marburg den 10 Juni 2005
(Michael Fokkens)
175
LEBENSLAUF MICHAEL MILAN FOKKENS
10 Juni 1976 Geboren in Amsterdam (NL)
Juli 1988 Abschluss der Grundschule De Emmausschool Arnhem (NL)
Juni 1995 Erreichen des Diploma voorbereidend wetenschappelijk onderwijs (VWO)
am Thomas a Kempis College Arnhem (NL)
Oktober 1998 Erreichen des Vordiploms in Chemie an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH)
Maumlrz ndash April 2000 Bayer AG Leverkusen Angestellt in der Zentralen Forschung
Januar 2001 Diplompruumlfung des Chemiestudiums an der Universitaumlt Karlsruhe
(TH) in den Faumlcher Anorganische Chemie Physikalische Chemie
Organische Chemie und Biochemie
September 2001 Abgabe der Diplomarbeit in der Organischen Chemie zum Thema
bdquoNeuartige Inhibitoren der Rezeptor-Tyrosin-Kinasenldquo in dem
Arbeitskreis von Prof Athanassios Giannis an der Universitaumlt
Karlsruhe (TH)
Juli 2005 Ende der Promotion mit dem Thema bdquoWasserloumlsliche molekulare
Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekuumllenldquo
in dem Arbeitskreis von Prof Thomas Schrader an der Philipps-
Universitaumlt Marburg