Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und...

187
Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) dem Fachbereich Chemie der Philipps-Universität Marburg vorgelegt von Michael Fokkens aus Amsterdam Marburg/Lahn 2005

Transcript of Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und...

Page 1: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung

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

5 Literatur 166

5 Literatur

[1] A D Robertson Trends in Biochem Sci 2002 27 521-526

[2] H Dugas Bioorganic Chemistry Springer Verlag New York 1996

[3] J-M Lehn Angew Chem 1988 100 91-116

[4] R Breslow J Chem Educ 1998 75 705-718

[5] H Waldmann Bioorg Med Chem 2003 11 3045-3051

[6] S C Zimmerman A D Hamilton Curr Opin Chem Biol 1999 3 711-713

[7] H-J Schneider Angew Chem 1991 103 1419-1439

[8] R Breslow Isr J Chem 1979 18 187-191

[9] H-J Boumlhm G Klebe H Kubinyi Wirkstoffdesign Spektrum Akademischer Verlag

Heidelberg 1996

[10] E A Meyer R K Castellano F Diederich Angew Chem 2003 115 1244-1287

[11] M Maue T Schrader Angew Chem 2005 117 2305-2310

[12] E Fischer Chem Ber 1894 27 2985-2993

[13] K L Wolf H Frahm H Harms Z Phys Chem (B) 1937 36 237-287

[14] J-M Lehn Pure amp Appl Chem 1979 50 871-892

[15] D J Cram J M Cram Science 1974 183 803-809

[16] E P Kyba R C Helgeson K Madan G W Gokel T L Tarnowski S S Moore

D J Cram J Am Chem Soc 1977 99 2564-2571

[17] D J Cram M deGrandpre C B Knobler K N Trueblood J Am Chem Soc 1984

106 3286-3292

[18] F Diederich B Felber Proc Natl Acad Sci 2002 99 4778-4781

[19] A V Davis R M Yeh K N Raymond Proc Natl Acad Sci 2002 99 4793-4796

[20] J Sherman Chem Commun 2003 1617-1623

[21] A Mulder J Huskens D N Reinhoudt Org Biomol Chem 2004 2 3409-3424

[22] C-W Chen H W Whitlock J Am Chem Soc 1978 100 4921-4922

[23] S C Zimmerman Top Curr Chem 1993 165 71-102

[24] J C Adrian C S Wilcox J Am Chem Soc 1989 111 8055-8057

[25] D Mink G Deslongschamps Tetrahedron Lett 1996 37 7035-7038

[26] L J DSouza U Maitra J Org Chem 1996 61 9494-9502

[27] P Magnus J C Morris V Lynch Synthesis 1997 506-508

[28] T Haino M Yanase Y Fukazawa Angew Chem 1998 110 1044-1046

[29] F C Krebs M Joslashrgensen J Org Chem 2001 66 6169-6173

5 Literatur 167

[30] O Molt D Ruumlbeling T Schrader J Am Chem Soc 2003 125 12086-12087

[31] H M Colquhoun Z Zhu Angew Chem 2004 116 5150-5155

[32] J Rebek Angew Chem 1990 102 261-272

[33] R P Sijbesma R J M Nolte Top Curr Chem 1995 175 26-56

[34] A E Rowan J A A W Elemans R J M Nolte Acc Chem Res 1999 32 995-

1006

[35] J A A W Elemans A E Rowan R J M Nolte Ind Eng Chem Res 2000 39

3419-3428

[36] J N H Reek J A A W Elemans R de Gelder P T Beurskens A E Rowan R J

M Nolte Tetrahedron 2003 59 175-185

[37] J N H Reek A H Priem H Engelkamp A E Rowan J A A W Elemans R J

M Nolte J Am Chem Soc 1997 119 9956-9964

[38] M Harmata T Murray J Org Chem 1989 54 3761-3763

[39] M Harmata C L Barnes J Am Chem Soc 1990 112 5655-5657

[40] M Harmata Acc Chem Res 2004 37 862-873

[41] H Kurebayashi T Haino S Usui Y Fukazawa Tetrahedron 2001 57 8667-8674

[42] C A Hunter K R Lawson J Perkins C J Urch J Chem Soc Perkin Trans 2

2001 651-669

[43] L Sharma J Incl Phen Macrocycl Chem 1998 31 161-167

[44] H Nemoto T Kawano N Ueji N Sakamoto T Araki N Miyoshi I Suzuki M

Shibuya Tetrahedron Lett 2005 46 551-553

[45] F-G Klaumlrner J Benkhoff R Boese U Burkert M Kamieth U Naatz Angew

Chem 1996 108 1195-1198

[46] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner A E Wigger Tetrahedron Lett 1994 35 73-

76

[47] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner Liebigs AnnRecueil 1997 501-516

[48] F-G Klaumlrner J Panitzky D Blaumlser R Boese Tetrahedron 2001 57 3673-3697

[49] F-G Klaumlrner B Kahlert R Boese D Blaumlser A Juris F Marchioni Chem Eur J

2005 11 3363-3374

[50] F-G Klaumlrner B Kahlert Acc Chem Res 2003 36 919-932

[51] X-Z Zhu C-F Chen J Org Chem 2005 70 917-924

[52] M Kamieth F-G Klaumlrner J Prakt Chem 1999 34 245-251

[53] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Benet-Buchholz Chem Eur J

1999 5 1700-1707

5 Literatur 168

[54] M Kamieth F-G Klaumlrner F Diederich Angew Chem 1998 110 3497-3500

[55] F Marchioni A Juris M Lobert U P Seelbach B Kahlert F-G Klaumlrner New J

Chem 2005 29 780-784

[56] F-G Klaumlrner J Panitzky D Preda L T Scott J Mol Model 2000 6 318-327

[57] F-G Klaumlrner J Polkowska J Panitzky U P Seelbach U Burkert M Kamieth M

Baumann A E Wigger R Boese D Blaumlser Eur J Org Chem 2004 1405-1423

[58] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Phys Org Chem 2000 13 604-

611

[59] S P Brown T Schaller U P Seelbach F Koziol C Ochsenfeld F-G Klaumlrner W

H Spiess Angew Chem 2001 113 740-743

[60] C Ochsenfeld F Koziol S P Brown T Schaller U P Seelbach F-G Klaumlrner

Solid State Nucl Magn Reson 2002 22 128-153

[61] C Ochsenfeld J Kussmann F Koziol Angew Chem 2004 116 4585-4589

[62] R Ruloff U P Seelbach A E Merbach F-G Klaumlrner J Phys Org Chem 2002

15 189-196

[63] M Kamieth U Burkert P S Corbin S J Dell S C Zimmerman F-G Klaumlrner

Eur J Org Chem 1999 2741-2749

[64] C Jasper Diplomarbeit Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2001

[65] C Jasper T Schrader J Panitzky F-G Klaumlrner Angew Chem 2002 114 1411-

1415

[66] T Schrader Angew Chem 1996 108 2816-2818

[67] T Schrader J Am Chem Soc 1998 120 11816-11817

[68] M Herm T Schrader Chem Eur J 2000 6 47-53

[69] T Schrader Chem Eur J 1997 3 1537-1541

[70] T Schrader Tetrahedron Lett 1998 39 517-520

[71] J C Ma D A Dougherty Chem Rev 1997 97 1303-1324

[72] Die elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale wurden von Prof F-G Klaumlrner

(Universitaumlt Duisburg-Essen Essen) berechnet

[73] M Kamieth Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 1998

[74] J Panitzky Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 2001

[75] M Fokkens C Jasper T Schrader F Koziol C Ochsenfeld J Polkowska M

Lobert B Kahlert F-G Klaumlrner Chem Eur J 2005 11 477-494

[76] D N Butler R A Snow Can J Chem 1975 53 256-262

[77] B Atasoy F Bayramoglu T Houmlkelek Tetrahedron 1994 50 5753-5764

5 Literatur 169

[78] C Verhaelen Essen 2002 Persoumlnliche Mitteilung

[79] L Fielding Tetrahedron 2000 56 6151-6170

[80] J A A W Elemans M B Claase P P M Aarts A E Rowan A Schenning R J

M Nolte J Org Chem 1999 64 7009-7016

[81] C T Lauhon J W Szostak J Am Chem Soc 1995 117 1246-1257

[82] D Voet J G Voet Biochemie VCH Weinheim 1994

[83] A Ferscht Enzyme Structure and Mechanism W H Freeman and Company New

York 1985

[84] L Gorton E Domiacutenguez in Bioelectrochemistry (Eds A J Bard M Stratmann G

S Wilson) Wiley-VCH GmbH Weinheim 2002

[85] A Wilkinson J Day R Bowater Mol Microbiol 2001 40 1241-1248

[86] J Y Lee C Chang H K Song J Moon J K Yang H-K Kim S-T Kwon S W

Suh EMBO J 2000 19 1119-1129

[87] M G Rossmann D Moras K W Olsen Nature 1974 250 194-199

[88] A M Lesk Curr Opin Struct Biol 1995 5 775-783

[89] C A Bottoms P E Smith J J Tanner Protein Sci 2002 11 2125-2137

[90] S Ramaswamy M ElAhmad O Danielsson H Joumlrnvall H Eklund Protein Sci

1996 5 663-671

[91] F P Schmidtchen Chem Ber 1981 114 597-607

[92] H Fenniri M W Hosseini J-M Lehn Helv Chim Acta 1997 80 786-803

[93] A Domeacutenech E Garciacutea-Espantildea J A Ramiacuterez B Celda M C Martiacutenez D

Monleoacuten R Tejero A Bencini A Bianchi J Chem Soc Perkin Trans 2 1999 23-

32

[94] F-G Klaumlrner Essen 2005 Persoumlnliche Mitteilung

[95] S Ben-Shabat C A Parish M Hashimoto J Liu K Nakanishi J R Sparrow

Bioorg Med Chem Lett 2001 11 1533-1540

[96] G Wolf Nutrition Rev 2003 61 342-346

[97] C N Keilhauer B H F Weber BIOspektrum 2003 Heft 1 1-4

[98] H Shaban C Borraacutes J Vintildea C Richter Exp Eye Res 2002 75 99-108

[99] J R Sparrow A S Miller J Zhou J Cataract Refract Surg 2004 30 873-878

[100] C A Parish M Hashimoto K Nakanishi J Dillon J R Sparrow Proc Natl Acad

Sci 1998 95 14609-14613

[101] M Suter C Remeacute C Grimm A Wenzel M Jaumlaumlttela P Esser N Kociok M Leist

C Richter J Biol Chem 2000 275 39625-39630

5 Literatur 170

[102] S De T Sakmar J Gen Physiol 2002 120 147-157

[103] S Ben-Shabat Y Itagaki S Jockusch J R Sparrow N J Turro K Nakanishi

Angew Chem 2002 114 842-845

[104] J R Sparrow N Fishkin J Zhou B Cai Y P Jang S Krane Y Itagaki K

Nakanishi Vision Res 2003 43 2983-2990

[105] Das A2E wurde uns freundlicherweise von Dr Christoph Richter (ETH Zuumlrich) zur

Verfuumlgung gestellt

[106] K Ariga T Kunitake Acc Chem Res 1998 31 371-378

[107] P W Atkins Physical Chemistry Oxford University Press Oxford 1994

[108] H Rehage B Achenbach F-G Klaumlrner Langmuir 2002 18 7115-7119

[109] S Sivakova S J Rowan Chem Soc Rev 2005 34 9-21

[110] A D Hamilton N Pant A Muehldorf Pure amp Appl Chem 1988 60 533-538

[111] B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones K Parris K Williams J

Rebek J Am Chem Soc 1989 111 1082-1090

[112] K Williams B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones J Rebek J Am

Chem Soc 1989 111 1090-1094

[113] S C Zimmerman W Wu Z Zeng J Am Chem Soc 1991 113 196-201

[114] A V Eliseev H-J Schneider J Am Chem Soc 1994 116 6081-6088

[115] O F Schall G W Gokel J Am Chem Soc 1994 116 6089-6100

[116] V Kraacutel A Cattani A Sinica F P Schmidtchen Tetrahedron 1999 55 7829-7834

[117] M Takase M Inouye J Org Chem 2003 68 1134-1137

[118] M C Rotger J F Gonzaacutelez P Ballester P M Deyagrave A Costa J Org Chem 1994

59 4501-4505

[119] Y Kato M M Conn J Rebek Proc Natl Acad Sci 1995 92 1208-1212

[120] R Luo M K Gilson J Am Chem Soc 2000 122 2934-2927

[121] P Cudic M Žinic V Tomišic V Simeon J-P Vigneron J-M Lehn J Chem Soc

Chem Commun 1995 1073-1075

[122] J Balzarini P Herdewijn E De Clercq J Biol Chem 1989 264 6127-6133

[123] D Wu J G Clement W M Pardridge Brain Res 1998 791 313-316

[124] P Ballester M A Barceloacute A Costa P M Deyagrave J Morey M Orell C A Hunter

Tetrahedron Lett 2000 41 3849-3853

[125] S R Waldvogel R Froumlhlich C A Schalley Angew Chem 2000 112 2580-2583

[126] S Goswami A K Mahapatra R Mukherjee J Chem Soc Perkin Trans 1 2001

2717-2726

5 Literatur 171

[127] R Fiammengo M Crego-Calama P Timmerman D N Reinhoudt Chem Eur J

2003 9 784-792

[128] F Jordan Nat Prod Rep 2003 20 184-201

[129] C K Singleton P R Martin Curr Mol Med 2001 1 197-207

[130] A Schellenberger Biochim Biophys Acta 1998 1385 177-186

[131] L Reed Acc Chem Res 1974 7 40-46

[132] M Pohl B Lingen M Muumlller Chem Eur J 2002 8 5288-5295

[133] F Guo D Zhang A Kahyaoglu R S Farid F Jordan Biochemistry 1998 37

13379-13391

[134] S Koumlnig A Schellenberger H Neef G Schneider J Biol Chem 1994 269 10879-

10882

[135] V Sklenar M Piotto R Leppik V Saudek J Magn Res (A) 1993 102 241-245

[136] O Molt D Ruumlbeling G Schaumlfer T Schrader Chem Eur J 2004 10 4225-4232

[137] T Schrader J Org Chem 1998 63 264-272

[138] T Schrader J Incl Phen Macrocycl Chem 1999 34 117-129

[139] A M Burger A K Seth Eur J Cancer 2004 40 2217-2229

[140] R N Dutnall S T Tafrov R Sternglanz V Ramakrishnan Cell 1998 94 427-438

[141] J W Cuozzo G G Sahagian J Biol Chem 1994 269 14490-14496

[142] J-S Yang S Y Lee M Gao S Bourgoin P A Randazzo R T Premont V W

Hsu J Cell Biol 2002 159 69-78

[143] D H Williams B Bardsley Angew Chem 1999 111 1264-1286

[144] C Guttman Dermatology Times 1 September 2002

[145] L O Tjernberg C Lilliehoumloumlk D J E Callaway J Naumlslund S Hahne J Thyberg L

Tereius C Nordstedt J Biol Chem 1997 272 12601-12605

[146] G Varani Acc Chem Res 1997 30 189-195

[147] R O Hynes Cell 1992 69 11-25

[148] A E Aplin A Howe S K Alahari R L Juliano Pharmacol Rev 1998 50 197-

263

[149] E Eiriacuteksdoacutettir H Myrberg M Hansen Uuml Langel Drug Design Rev - Online 2004

1 164-173

[150] K Fuji K Tsubaki K Tanaka N Hayashi T Otsubo T Kinoshita J Am Chem

Soc 1999 121 3807-3808

[151] C P Mandl B Koumlnig J Org Chem 2005 70 670-674

5 Literatur 172

[152] N Douteau-Gueacutevel F Perret A W Coleman J-P Morel N Morel-Desrosiers J

Chem Soc Perkin Trans 2 2002 524-532

[153] G Cafeo G Gattuso F H Kohnke A Notti S Occhipinti S Pappalardo M F

Parisi Angew Chem 2002 114 2226-2230

[154] S E Thompson D B Smithrud J Am Chem Soc 2002 124 442-449

[155] S M Ngola P C Kearney S Mecozzi K Russell D A Dougherty J Am Chem

Soc 1999 121 1192-1201

[156] T W Bell A B Khasanov M G B Drew A Filikov T L James Angew Chem

1999 111 2705-2709

[157] T W Bell A B Khasanov M G B Drew J Am Chem Soc 2002 124 14092-

14103

[158] K A Schug W Lindner Chem Rev 2005 105 67-113

[159] S Rensing M Arendt A Springer T Grawe T Schrader J Org Chem 2001 66

5814-5821

[160] S Rensing T Schrader Org Lett 2002 4 2161-2164

[161] M Famulok J Am Chem Soc 1994 116 1698-1706

[162] F-G Klaumlrner C Verhaelen C A Schalley U Hahn F Voumlgtle Angew Chem 2005

117 481-485

[163] C A Burnett D Witt J C Fettinger L Isaacs J Org Chem 2003 68 6184-6191

[164] M L Doyle Curr Opin Biotechn 1997 8 31-35

[165] M J Blandamer P M Cullis J B F N Engberts J Chem Soc Faraday Trans

1998 94 2261-2267

[166] I Jelesarov H R Bosshard J Mol Recognit 1999 12 3-18

[167] G A Holdgate BioTechniques 2001 30 164-184

[168] T Wiseman S Williston J F Brandts L-N Lin Anal Biochem 1989 179 131-

137

[169] J E Ladbury B Z Chowdhry Chem Biol 1996 3 791-801

[170] VP-ITC MicroCalorimeter Users Manual Microcal LLC Northampton MA USA

[171] J Fokkens Dissertation Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2005

[172] W B Turnbull A H Daranas J Am Chem Soc 2003 125 14859-11486

[173] M J Blandamer P M Cullis P T Gleeson Chem Soc Rev 2003 32 264-267

[174] F Dullweber M T Stubbs ETH Musil J Stuumlrzebecher G Klebe J Mol Biol 2001

313 593-614

[175] J P Gallivan D A Dougherty J Am Chem Soc 2000 122 870-874

5 Literatur 173

[176] T L James K Sandanayake S Shinkai Angew Chem 1996 108 2038-2050

[177] K Dalziel in The Enzymes Vol XI (Ed P D Boyer) Academic Press New York

1975

[178] S P Vincent J-M Lehn J Lazarte C Nicolau Bioorg Med Chem 2002 10 2825-

2834

[179] L S Lerman J Mol Biol 1961 3 18-30

[180] K E Erkkila D T Odom J K Barton Chem Rev 1999 99 2777-2795

[181] A Takaki K Utsumi T Kajiki T Kuroi T Nabeshima Y Yano Chem Lett 1997

75-76

[182] V Gramlich Helv Chim Acta 1999 82 1066-1095

[183] H G O Becker W Berger G Domschke E Fanghaumlnel J Faust M Fischer F

Gentz K Gewald R Gluch R Mayer K Muumlller D Pavel H Schmidt K

Schollberg K Schwetlick E Seiler G Zeppenfeld Organikum J A Barth Verlag

Heidelberg 1996

[184] D D Perrin W L F Armarego Purification of Laboratory Chemicals Pergamon

Press New York 1988

[185] W C Still M Kahn A Mitra J Org Chem 1978 43 2923-2925

[186] H E Gottlieb V Kotyar A Nudelman J Org Chem 1997 62 7512-7515

[187] M Hesse H Meier B Zeeh Spektroskopische Methoden in der Organischen

Chemie Thieme Stuttgart 1995

[188] T G Ruardy J M Schakenraad H C van der Mei H J Busscher Surface Science

Reports 1997 29 1-30

[189] W C Still A Tempczyk R C Hawley T Hendrickson J Am Chem Soc 1990

112 6127-6129

[190] A R Leach Molecular Modelling Pearson Education Limited Harlow 2001

[191] Tripos Sybyl Force Field Manual Version 66 St Louis Missouri 1999

[192] W L DeLano Pymol 097 DeLano Scientific LLC San Carlo California 2004

httpwwwpymolorg

[193] P Job Compt Rend 1925 180 928-930

[194] P Job Compt Rend 1927 185 113-135

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

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveEPSInfo true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName (httpwwwcolororg) PDFXTrapped Unknown Description ltlt FRA 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 ENU (Use these settings to create PDF documents with higher image resolution for improved printing quality The PDF documents can be opened with Acrobat and Reader 50 and later) JPN ltFEFF3053306e8a2d5b9a306f30019ad889e350cf5ea6753b50cf3092542b308000200050004400460020658766f830924f5c62103059308b3068304d306b4f7f75283057307e30593002537052376642306e753b8cea3092670059279650306b4fdd306430533068304c3067304d307e305930023053306e8a2d5b9a30674f5c62103057305f00200050004400460020658766f8306f0020004100630072006f0062006100740020304a30883073002000520065006100640065007200200035002e003000204ee5964d30678868793a3067304d307e30593002gt DEU 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 PTB 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 DAN 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 NLD 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 ESP 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 SUO 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 ITA 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 NOR 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 SVE ltFEFF0041006e007600e4006e00640020006400650020006800e4007200200069006e0073007400e4006c006c006e0069006e006700610072006e00610020006e00e40072002000640075002000760069006c006c00200073006b0061007000610020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740020006d006500640020006800f6006700720065002000620069006c0064007500700070006c00f60073006e0069006e00670020006f006300680020006400e40072006d006500640020006600e50020006200e400740074007200650020007500740073006b00720069006600740073006b00760061006c0069007400650074002e0020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740065006e0020006b0061006e002000f600700070006e006100730020006d006500640020004100630072006f0062006100740020006f00630068002000520065006100640065007200200035002e003000200065006c006c00650072002000730065006e006100720065002egt KOR ltFEFFd5a5c0c1b41c0020c778c1c40020d488c9c8c7440020c5bbae300020c704d5740020ace0d574c0c1b3c4c7580020c774bbf8c9c0b97c0020c0acc6a9d558c5ec00200050004400460020bb38c11cb97c0020b9ccb4e4b824ba740020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c2edc2dcc624002e0020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b9ccb4e000200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe7f6e521b5efa76840020005000440046002065876863ff0c5c065305542b66f49ad8768456fe50cf52068fa87387ff0c4ee563d09ad8625353708d2891cf30028be5002000500044004600206587686353ef4ee54f7f752800200020004100630072006f00620061007400204e0e002000520065006100640065007200200035002e00300020548c66f49ad87248672c62535f003002gt CHT ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d5b9a5efa7acb76840020005000440046002065874ef65305542b8f039ad876845f7150cf89e367905ea6ff0c4fbf65bc63d066075217537054c18cea3002005000440046002065874ef653ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000520065006100640065007200200035002e0030002053ca66f465b07248672c4f86958b555f3002gt gtgtgtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 2: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung

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

5 Literatur 166

5 Literatur

[1] A D Robertson Trends in Biochem Sci 2002 27 521-526

[2] H Dugas Bioorganic Chemistry Springer Verlag New York 1996

[3] J-M Lehn Angew Chem 1988 100 91-116

[4] R Breslow J Chem Educ 1998 75 705-718

[5] H Waldmann Bioorg Med Chem 2003 11 3045-3051

[6] S C Zimmerman A D Hamilton Curr Opin Chem Biol 1999 3 711-713

[7] H-J Schneider Angew Chem 1991 103 1419-1439

[8] R Breslow Isr J Chem 1979 18 187-191

[9] H-J Boumlhm G Klebe H Kubinyi Wirkstoffdesign Spektrum Akademischer Verlag

Heidelberg 1996

[10] E A Meyer R K Castellano F Diederich Angew Chem 2003 115 1244-1287

[11] M Maue T Schrader Angew Chem 2005 117 2305-2310

[12] E Fischer Chem Ber 1894 27 2985-2993

[13] K L Wolf H Frahm H Harms Z Phys Chem (B) 1937 36 237-287

[14] J-M Lehn Pure amp Appl Chem 1979 50 871-892

[15] D J Cram J M Cram Science 1974 183 803-809

[16] E P Kyba R C Helgeson K Madan G W Gokel T L Tarnowski S S Moore

D J Cram J Am Chem Soc 1977 99 2564-2571

[17] D J Cram M deGrandpre C B Knobler K N Trueblood J Am Chem Soc 1984

106 3286-3292

[18] F Diederich B Felber Proc Natl Acad Sci 2002 99 4778-4781

[19] A V Davis R M Yeh K N Raymond Proc Natl Acad Sci 2002 99 4793-4796

[20] J Sherman Chem Commun 2003 1617-1623

[21] A Mulder J Huskens D N Reinhoudt Org Biomol Chem 2004 2 3409-3424

[22] C-W Chen H W Whitlock J Am Chem Soc 1978 100 4921-4922

[23] S C Zimmerman Top Curr Chem 1993 165 71-102

[24] J C Adrian C S Wilcox J Am Chem Soc 1989 111 8055-8057

[25] D Mink G Deslongschamps Tetrahedron Lett 1996 37 7035-7038

[26] L J DSouza U Maitra J Org Chem 1996 61 9494-9502

[27] P Magnus J C Morris V Lynch Synthesis 1997 506-508

[28] T Haino M Yanase Y Fukazawa Angew Chem 1998 110 1044-1046

[29] F C Krebs M Joslashrgensen J Org Chem 2001 66 6169-6173

5 Literatur 167

[30] O Molt D Ruumlbeling T Schrader J Am Chem Soc 2003 125 12086-12087

[31] H M Colquhoun Z Zhu Angew Chem 2004 116 5150-5155

[32] J Rebek Angew Chem 1990 102 261-272

[33] R P Sijbesma R J M Nolte Top Curr Chem 1995 175 26-56

[34] A E Rowan J A A W Elemans R J M Nolte Acc Chem Res 1999 32 995-

1006

[35] J A A W Elemans A E Rowan R J M Nolte Ind Eng Chem Res 2000 39

3419-3428

[36] J N H Reek J A A W Elemans R de Gelder P T Beurskens A E Rowan R J

M Nolte Tetrahedron 2003 59 175-185

[37] J N H Reek A H Priem H Engelkamp A E Rowan J A A W Elemans R J

M Nolte J Am Chem Soc 1997 119 9956-9964

[38] M Harmata T Murray J Org Chem 1989 54 3761-3763

[39] M Harmata C L Barnes J Am Chem Soc 1990 112 5655-5657

[40] M Harmata Acc Chem Res 2004 37 862-873

[41] H Kurebayashi T Haino S Usui Y Fukazawa Tetrahedron 2001 57 8667-8674

[42] C A Hunter K R Lawson J Perkins C J Urch J Chem Soc Perkin Trans 2

2001 651-669

[43] L Sharma J Incl Phen Macrocycl Chem 1998 31 161-167

[44] H Nemoto T Kawano N Ueji N Sakamoto T Araki N Miyoshi I Suzuki M

Shibuya Tetrahedron Lett 2005 46 551-553

[45] F-G Klaumlrner J Benkhoff R Boese U Burkert M Kamieth U Naatz Angew

Chem 1996 108 1195-1198

[46] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner A E Wigger Tetrahedron Lett 1994 35 73-

76

[47] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner Liebigs AnnRecueil 1997 501-516

[48] F-G Klaumlrner J Panitzky D Blaumlser R Boese Tetrahedron 2001 57 3673-3697

[49] F-G Klaumlrner B Kahlert R Boese D Blaumlser A Juris F Marchioni Chem Eur J

2005 11 3363-3374

[50] F-G Klaumlrner B Kahlert Acc Chem Res 2003 36 919-932

[51] X-Z Zhu C-F Chen J Org Chem 2005 70 917-924

[52] M Kamieth F-G Klaumlrner J Prakt Chem 1999 34 245-251

[53] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Benet-Buchholz Chem Eur J

1999 5 1700-1707

5 Literatur 168

[54] M Kamieth F-G Klaumlrner F Diederich Angew Chem 1998 110 3497-3500

[55] F Marchioni A Juris M Lobert U P Seelbach B Kahlert F-G Klaumlrner New J

Chem 2005 29 780-784

[56] F-G Klaumlrner J Panitzky D Preda L T Scott J Mol Model 2000 6 318-327

[57] F-G Klaumlrner J Polkowska J Panitzky U P Seelbach U Burkert M Kamieth M

Baumann A E Wigger R Boese D Blaumlser Eur J Org Chem 2004 1405-1423

[58] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Phys Org Chem 2000 13 604-

611

[59] S P Brown T Schaller U P Seelbach F Koziol C Ochsenfeld F-G Klaumlrner W

H Spiess Angew Chem 2001 113 740-743

[60] C Ochsenfeld F Koziol S P Brown T Schaller U P Seelbach F-G Klaumlrner

Solid State Nucl Magn Reson 2002 22 128-153

[61] C Ochsenfeld J Kussmann F Koziol Angew Chem 2004 116 4585-4589

[62] R Ruloff U P Seelbach A E Merbach F-G Klaumlrner J Phys Org Chem 2002

15 189-196

[63] M Kamieth U Burkert P S Corbin S J Dell S C Zimmerman F-G Klaumlrner

Eur J Org Chem 1999 2741-2749

[64] C Jasper Diplomarbeit Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2001

[65] C Jasper T Schrader J Panitzky F-G Klaumlrner Angew Chem 2002 114 1411-

1415

[66] T Schrader Angew Chem 1996 108 2816-2818

[67] T Schrader J Am Chem Soc 1998 120 11816-11817

[68] M Herm T Schrader Chem Eur J 2000 6 47-53

[69] T Schrader Chem Eur J 1997 3 1537-1541

[70] T Schrader Tetrahedron Lett 1998 39 517-520

[71] J C Ma D A Dougherty Chem Rev 1997 97 1303-1324

[72] Die elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale wurden von Prof F-G Klaumlrner

(Universitaumlt Duisburg-Essen Essen) berechnet

[73] M Kamieth Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 1998

[74] J Panitzky Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 2001

[75] M Fokkens C Jasper T Schrader F Koziol C Ochsenfeld J Polkowska M

Lobert B Kahlert F-G Klaumlrner Chem Eur J 2005 11 477-494

[76] D N Butler R A Snow Can J Chem 1975 53 256-262

[77] B Atasoy F Bayramoglu T Houmlkelek Tetrahedron 1994 50 5753-5764

5 Literatur 169

[78] C Verhaelen Essen 2002 Persoumlnliche Mitteilung

[79] L Fielding Tetrahedron 2000 56 6151-6170

[80] J A A W Elemans M B Claase P P M Aarts A E Rowan A Schenning R J

M Nolte J Org Chem 1999 64 7009-7016

[81] C T Lauhon J W Szostak J Am Chem Soc 1995 117 1246-1257

[82] D Voet J G Voet Biochemie VCH Weinheim 1994

[83] A Ferscht Enzyme Structure and Mechanism W H Freeman and Company New

York 1985

[84] L Gorton E Domiacutenguez in Bioelectrochemistry (Eds A J Bard M Stratmann G

S Wilson) Wiley-VCH GmbH Weinheim 2002

[85] A Wilkinson J Day R Bowater Mol Microbiol 2001 40 1241-1248

[86] J Y Lee C Chang H K Song J Moon J K Yang H-K Kim S-T Kwon S W

Suh EMBO J 2000 19 1119-1129

[87] M G Rossmann D Moras K W Olsen Nature 1974 250 194-199

[88] A M Lesk Curr Opin Struct Biol 1995 5 775-783

[89] C A Bottoms P E Smith J J Tanner Protein Sci 2002 11 2125-2137

[90] S Ramaswamy M ElAhmad O Danielsson H Joumlrnvall H Eklund Protein Sci

1996 5 663-671

[91] F P Schmidtchen Chem Ber 1981 114 597-607

[92] H Fenniri M W Hosseini J-M Lehn Helv Chim Acta 1997 80 786-803

[93] A Domeacutenech E Garciacutea-Espantildea J A Ramiacuterez B Celda M C Martiacutenez D

Monleoacuten R Tejero A Bencini A Bianchi J Chem Soc Perkin Trans 2 1999 23-

32

[94] F-G Klaumlrner Essen 2005 Persoumlnliche Mitteilung

[95] S Ben-Shabat C A Parish M Hashimoto J Liu K Nakanishi J R Sparrow

Bioorg Med Chem Lett 2001 11 1533-1540

[96] G Wolf Nutrition Rev 2003 61 342-346

[97] C N Keilhauer B H F Weber BIOspektrum 2003 Heft 1 1-4

[98] H Shaban C Borraacutes J Vintildea C Richter Exp Eye Res 2002 75 99-108

[99] J R Sparrow A S Miller J Zhou J Cataract Refract Surg 2004 30 873-878

[100] C A Parish M Hashimoto K Nakanishi J Dillon J R Sparrow Proc Natl Acad

Sci 1998 95 14609-14613

[101] M Suter C Remeacute C Grimm A Wenzel M Jaumlaumlttela P Esser N Kociok M Leist

C Richter J Biol Chem 2000 275 39625-39630

5 Literatur 170

[102] S De T Sakmar J Gen Physiol 2002 120 147-157

[103] S Ben-Shabat Y Itagaki S Jockusch J R Sparrow N J Turro K Nakanishi

Angew Chem 2002 114 842-845

[104] J R Sparrow N Fishkin J Zhou B Cai Y P Jang S Krane Y Itagaki K

Nakanishi Vision Res 2003 43 2983-2990

[105] Das A2E wurde uns freundlicherweise von Dr Christoph Richter (ETH Zuumlrich) zur

Verfuumlgung gestellt

[106] K Ariga T Kunitake Acc Chem Res 1998 31 371-378

[107] P W Atkins Physical Chemistry Oxford University Press Oxford 1994

[108] H Rehage B Achenbach F-G Klaumlrner Langmuir 2002 18 7115-7119

[109] S Sivakova S J Rowan Chem Soc Rev 2005 34 9-21

[110] A D Hamilton N Pant A Muehldorf Pure amp Appl Chem 1988 60 533-538

[111] B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones K Parris K Williams J

Rebek J Am Chem Soc 1989 111 1082-1090

[112] K Williams B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones J Rebek J Am

Chem Soc 1989 111 1090-1094

[113] S C Zimmerman W Wu Z Zeng J Am Chem Soc 1991 113 196-201

[114] A V Eliseev H-J Schneider J Am Chem Soc 1994 116 6081-6088

[115] O F Schall G W Gokel J Am Chem Soc 1994 116 6089-6100

[116] V Kraacutel A Cattani A Sinica F P Schmidtchen Tetrahedron 1999 55 7829-7834

[117] M Takase M Inouye J Org Chem 2003 68 1134-1137

[118] M C Rotger J F Gonzaacutelez P Ballester P M Deyagrave A Costa J Org Chem 1994

59 4501-4505

[119] Y Kato M M Conn J Rebek Proc Natl Acad Sci 1995 92 1208-1212

[120] R Luo M K Gilson J Am Chem Soc 2000 122 2934-2927

[121] P Cudic M Žinic V Tomišic V Simeon J-P Vigneron J-M Lehn J Chem Soc

Chem Commun 1995 1073-1075

[122] J Balzarini P Herdewijn E De Clercq J Biol Chem 1989 264 6127-6133

[123] D Wu J G Clement W M Pardridge Brain Res 1998 791 313-316

[124] P Ballester M A Barceloacute A Costa P M Deyagrave J Morey M Orell C A Hunter

Tetrahedron Lett 2000 41 3849-3853

[125] S R Waldvogel R Froumlhlich C A Schalley Angew Chem 2000 112 2580-2583

[126] S Goswami A K Mahapatra R Mukherjee J Chem Soc Perkin Trans 1 2001

2717-2726

5 Literatur 171

[127] R Fiammengo M Crego-Calama P Timmerman D N Reinhoudt Chem Eur J

2003 9 784-792

[128] F Jordan Nat Prod Rep 2003 20 184-201

[129] C K Singleton P R Martin Curr Mol Med 2001 1 197-207

[130] A Schellenberger Biochim Biophys Acta 1998 1385 177-186

[131] L Reed Acc Chem Res 1974 7 40-46

[132] M Pohl B Lingen M Muumlller Chem Eur J 2002 8 5288-5295

[133] F Guo D Zhang A Kahyaoglu R S Farid F Jordan Biochemistry 1998 37

13379-13391

[134] S Koumlnig A Schellenberger H Neef G Schneider J Biol Chem 1994 269 10879-

10882

[135] V Sklenar M Piotto R Leppik V Saudek J Magn Res (A) 1993 102 241-245

[136] O Molt D Ruumlbeling G Schaumlfer T Schrader Chem Eur J 2004 10 4225-4232

[137] T Schrader J Org Chem 1998 63 264-272

[138] T Schrader J Incl Phen Macrocycl Chem 1999 34 117-129

[139] A M Burger A K Seth Eur J Cancer 2004 40 2217-2229

[140] R N Dutnall S T Tafrov R Sternglanz V Ramakrishnan Cell 1998 94 427-438

[141] J W Cuozzo G G Sahagian J Biol Chem 1994 269 14490-14496

[142] J-S Yang S Y Lee M Gao S Bourgoin P A Randazzo R T Premont V W

Hsu J Cell Biol 2002 159 69-78

[143] D H Williams B Bardsley Angew Chem 1999 111 1264-1286

[144] C Guttman Dermatology Times 1 September 2002

[145] L O Tjernberg C Lilliehoumloumlk D J E Callaway J Naumlslund S Hahne J Thyberg L

Tereius C Nordstedt J Biol Chem 1997 272 12601-12605

[146] G Varani Acc Chem Res 1997 30 189-195

[147] R O Hynes Cell 1992 69 11-25

[148] A E Aplin A Howe S K Alahari R L Juliano Pharmacol Rev 1998 50 197-

263

[149] E Eiriacuteksdoacutettir H Myrberg M Hansen Uuml Langel Drug Design Rev - Online 2004

1 164-173

[150] K Fuji K Tsubaki K Tanaka N Hayashi T Otsubo T Kinoshita J Am Chem

Soc 1999 121 3807-3808

[151] C P Mandl B Koumlnig J Org Chem 2005 70 670-674

5 Literatur 172

[152] N Douteau-Gueacutevel F Perret A W Coleman J-P Morel N Morel-Desrosiers J

Chem Soc Perkin Trans 2 2002 524-532

[153] G Cafeo G Gattuso F H Kohnke A Notti S Occhipinti S Pappalardo M F

Parisi Angew Chem 2002 114 2226-2230

[154] S E Thompson D B Smithrud J Am Chem Soc 2002 124 442-449

[155] S M Ngola P C Kearney S Mecozzi K Russell D A Dougherty J Am Chem

Soc 1999 121 1192-1201

[156] T W Bell A B Khasanov M G B Drew A Filikov T L James Angew Chem

1999 111 2705-2709

[157] T W Bell A B Khasanov M G B Drew J Am Chem Soc 2002 124 14092-

14103

[158] K A Schug W Lindner Chem Rev 2005 105 67-113

[159] S Rensing M Arendt A Springer T Grawe T Schrader J Org Chem 2001 66

5814-5821

[160] S Rensing T Schrader Org Lett 2002 4 2161-2164

[161] M Famulok J Am Chem Soc 1994 116 1698-1706

[162] F-G Klaumlrner C Verhaelen C A Schalley U Hahn F Voumlgtle Angew Chem 2005

117 481-485

[163] C A Burnett D Witt J C Fettinger L Isaacs J Org Chem 2003 68 6184-6191

[164] M L Doyle Curr Opin Biotechn 1997 8 31-35

[165] M J Blandamer P M Cullis J B F N Engberts J Chem Soc Faraday Trans

1998 94 2261-2267

[166] I Jelesarov H R Bosshard J Mol Recognit 1999 12 3-18

[167] G A Holdgate BioTechniques 2001 30 164-184

[168] T Wiseman S Williston J F Brandts L-N Lin Anal Biochem 1989 179 131-

137

[169] J E Ladbury B Z Chowdhry Chem Biol 1996 3 791-801

[170] VP-ITC MicroCalorimeter Users Manual Microcal LLC Northampton MA USA

[171] J Fokkens Dissertation Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2005

[172] W B Turnbull A H Daranas J Am Chem Soc 2003 125 14859-11486

[173] M J Blandamer P M Cullis P T Gleeson Chem Soc Rev 2003 32 264-267

[174] F Dullweber M T Stubbs ETH Musil J Stuumlrzebecher G Klebe J Mol Biol 2001

313 593-614

[175] J P Gallivan D A Dougherty J Am Chem Soc 2000 122 870-874

5 Literatur 173

[176] T L James K Sandanayake S Shinkai Angew Chem 1996 108 2038-2050

[177] K Dalziel in The Enzymes Vol XI (Ed P D Boyer) Academic Press New York

1975

[178] S P Vincent J-M Lehn J Lazarte C Nicolau Bioorg Med Chem 2002 10 2825-

2834

[179] L S Lerman J Mol Biol 1961 3 18-30

[180] K E Erkkila D T Odom J K Barton Chem Rev 1999 99 2777-2795

[181] A Takaki K Utsumi T Kajiki T Kuroi T Nabeshima Y Yano Chem Lett 1997

75-76

[182] V Gramlich Helv Chim Acta 1999 82 1066-1095

[183] H G O Becker W Berger G Domschke E Fanghaumlnel J Faust M Fischer F

Gentz K Gewald R Gluch R Mayer K Muumlller D Pavel H Schmidt K

Schollberg K Schwetlick E Seiler G Zeppenfeld Organikum J A Barth Verlag

Heidelberg 1996

[184] D D Perrin W L F Armarego Purification of Laboratory Chemicals Pergamon

Press New York 1988

[185] W C Still M Kahn A Mitra J Org Chem 1978 43 2923-2925

[186] H E Gottlieb V Kotyar A Nudelman J Org Chem 1997 62 7512-7515

[187] M Hesse H Meier B Zeeh Spektroskopische Methoden in der Organischen

Chemie Thieme Stuttgart 1995

[188] T G Ruardy J M Schakenraad H C van der Mei H J Busscher Surface Science

Reports 1997 29 1-30

[189] W C Still A Tempczyk R C Hawley T Hendrickson J Am Chem Soc 1990

112 6127-6129

[190] A R Leach Molecular Modelling Pearson Education Limited Harlow 2001

[191] Tripos Sybyl Force Field Manual Version 66 St Louis Missouri 1999

[192] W L DeLano Pymol 097 DeLano Scientific LLC San Carlo California 2004

httpwwwpymolorg

[193] P Job Compt Rend 1925 180 928-930

[194] P Job Compt Rend 1927 185 113-135

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

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveEPSInfo true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName (httpwwwcolororg) PDFXTrapped Unknown Description ltlt FRA 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 ENU (Use these settings to create PDF documents with higher image resolution for improved printing quality The PDF documents can be opened with Acrobat and Reader 50 and later) JPN ltFEFF3053306e8a2d5b9a306f30019ad889e350cf5ea6753b50cf3092542b308000200050004400460020658766f830924f5c62103059308b3068304d306b4f7f75283057307e30593002537052376642306e753b8cea3092670059279650306b4fdd306430533068304c3067304d307e305930023053306e8a2d5b9a30674f5c62103057305f00200050004400460020658766f8306f0020004100630072006f0062006100740020304a30883073002000520065006100640065007200200035002e003000204ee5964d30678868793a3067304d307e30593002gt DEU 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 PTB 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 DAN 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 NLD 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 ESP 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 SUO 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 ITA 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 NOR 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 SVE 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 KOR ltFEFFd5a5c0c1b41c0020c778c1c40020d488c9c8c7440020c5bbae300020c704d5740020ace0d574c0c1b3c4c7580020c774bbf8c9c0b97c0020c0acc6a9d558c5ec00200050004400460020bb38c11cb97c0020b9ccb4e4b824ba740020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c2edc2dcc624002e0020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b9ccb4e000200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe7f6e521b5efa76840020005000440046002065876863ff0c5c065305542b66f49ad8768456fe50cf52068fa87387ff0c4ee563d09ad8625353708d2891cf30028be5002000500044004600206587686353ef4ee54f7f752800200020004100630072006f00620061007400204e0e002000520065006100640065007200200035002e00300020548c66f49ad87248672c62535f003002gt CHT ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d5b9a5efa7acb76840020005000440046002065874ef65305542b8f039ad876845f7150cf89e367905ea6ff0c4fbf65bc63d066075217537054c18cea3002005000440046002065874ef653ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000520065006100640065007200200035002e0030002053ca66f465b07248672c4f86958b555f3002gt gtgtgtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 3: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung

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

5 Literatur 166

5 Literatur

[1] A D Robertson Trends in Biochem Sci 2002 27 521-526

[2] H Dugas Bioorganic Chemistry Springer Verlag New York 1996

[3] J-M Lehn Angew Chem 1988 100 91-116

[4] R Breslow J Chem Educ 1998 75 705-718

[5] H Waldmann Bioorg Med Chem 2003 11 3045-3051

[6] S C Zimmerman A D Hamilton Curr Opin Chem Biol 1999 3 711-713

[7] H-J Schneider Angew Chem 1991 103 1419-1439

[8] R Breslow Isr J Chem 1979 18 187-191

[9] H-J Boumlhm G Klebe H Kubinyi Wirkstoffdesign Spektrum Akademischer Verlag

Heidelberg 1996

[10] E A Meyer R K Castellano F Diederich Angew Chem 2003 115 1244-1287

[11] M Maue T Schrader Angew Chem 2005 117 2305-2310

[12] E Fischer Chem Ber 1894 27 2985-2993

[13] K L Wolf H Frahm H Harms Z Phys Chem (B) 1937 36 237-287

[14] J-M Lehn Pure amp Appl Chem 1979 50 871-892

[15] D J Cram J M Cram Science 1974 183 803-809

[16] E P Kyba R C Helgeson K Madan G W Gokel T L Tarnowski S S Moore

D J Cram J Am Chem Soc 1977 99 2564-2571

[17] D J Cram M deGrandpre C B Knobler K N Trueblood J Am Chem Soc 1984

106 3286-3292

[18] F Diederich B Felber Proc Natl Acad Sci 2002 99 4778-4781

[19] A V Davis R M Yeh K N Raymond Proc Natl Acad Sci 2002 99 4793-4796

[20] J Sherman Chem Commun 2003 1617-1623

[21] A Mulder J Huskens D N Reinhoudt Org Biomol Chem 2004 2 3409-3424

[22] C-W Chen H W Whitlock J Am Chem Soc 1978 100 4921-4922

[23] S C Zimmerman Top Curr Chem 1993 165 71-102

[24] J C Adrian C S Wilcox J Am Chem Soc 1989 111 8055-8057

[25] D Mink G Deslongschamps Tetrahedron Lett 1996 37 7035-7038

[26] L J DSouza U Maitra J Org Chem 1996 61 9494-9502

[27] P Magnus J C Morris V Lynch Synthesis 1997 506-508

[28] T Haino M Yanase Y Fukazawa Angew Chem 1998 110 1044-1046

[29] F C Krebs M Joslashrgensen J Org Chem 2001 66 6169-6173

5 Literatur 167

[30] O Molt D Ruumlbeling T Schrader J Am Chem Soc 2003 125 12086-12087

[31] H M Colquhoun Z Zhu Angew Chem 2004 116 5150-5155

[32] J Rebek Angew Chem 1990 102 261-272

[33] R P Sijbesma R J M Nolte Top Curr Chem 1995 175 26-56

[34] A E Rowan J A A W Elemans R J M Nolte Acc Chem Res 1999 32 995-

1006

[35] J A A W Elemans A E Rowan R J M Nolte Ind Eng Chem Res 2000 39

3419-3428

[36] J N H Reek J A A W Elemans R de Gelder P T Beurskens A E Rowan R J

M Nolte Tetrahedron 2003 59 175-185

[37] J N H Reek A H Priem H Engelkamp A E Rowan J A A W Elemans R J

M Nolte J Am Chem Soc 1997 119 9956-9964

[38] M Harmata T Murray J Org Chem 1989 54 3761-3763

[39] M Harmata C L Barnes J Am Chem Soc 1990 112 5655-5657

[40] M Harmata Acc Chem Res 2004 37 862-873

[41] H Kurebayashi T Haino S Usui Y Fukazawa Tetrahedron 2001 57 8667-8674

[42] C A Hunter K R Lawson J Perkins C J Urch J Chem Soc Perkin Trans 2

2001 651-669

[43] L Sharma J Incl Phen Macrocycl Chem 1998 31 161-167

[44] H Nemoto T Kawano N Ueji N Sakamoto T Araki N Miyoshi I Suzuki M

Shibuya Tetrahedron Lett 2005 46 551-553

[45] F-G Klaumlrner J Benkhoff R Boese U Burkert M Kamieth U Naatz Angew

Chem 1996 108 1195-1198

[46] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner A E Wigger Tetrahedron Lett 1994 35 73-

76

[47] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner Liebigs AnnRecueil 1997 501-516

[48] F-G Klaumlrner J Panitzky D Blaumlser R Boese Tetrahedron 2001 57 3673-3697

[49] F-G Klaumlrner B Kahlert R Boese D Blaumlser A Juris F Marchioni Chem Eur J

2005 11 3363-3374

[50] F-G Klaumlrner B Kahlert Acc Chem Res 2003 36 919-932

[51] X-Z Zhu C-F Chen J Org Chem 2005 70 917-924

[52] M Kamieth F-G Klaumlrner J Prakt Chem 1999 34 245-251

[53] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Benet-Buchholz Chem Eur J

1999 5 1700-1707

5 Literatur 168

[54] M Kamieth F-G Klaumlrner F Diederich Angew Chem 1998 110 3497-3500

[55] F Marchioni A Juris M Lobert U P Seelbach B Kahlert F-G Klaumlrner New J

Chem 2005 29 780-784

[56] F-G Klaumlrner J Panitzky D Preda L T Scott J Mol Model 2000 6 318-327

[57] F-G Klaumlrner J Polkowska J Panitzky U P Seelbach U Burkert M Kamieth M

Baumann A E Wigger R Boese D Blaumlser Eur J Org Chem 2004 1405-1423

[58] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Phys Org Chem 2000 13 604-

611

[59] S P Brown T Schaller U P Seelbach F Koziol C Ochsenfeld F-G Klaumlrner W

H Spiess Angew Chem 2001 113 740-743

[60] C Ochsenfeld F Koziol S P Brown T Schaller U P Seelbach F-G Klaumlrner

Solid State Nucl Magn Reson 2002 22 128-153

[61] C Ochsenfeld J Kussmann F Koziol Angew Chem 2004 116 4585-4589

[62] R Ruloff U P Seelbach A E Merbach F-G Klaumlrner J Phys Org Chem 2002

15 189-196

[63] M Kamieth U Burkert P S Corbin S J Dell S C Zimmerman F-G Klaumlrner

Eur J Org Chem 1999 2741-2749

[64] C Jasper Diplomarbeit Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2001

[65] C Jasper T Schrader J Panitzky F-G Klaumlrner Angew Chem 2002 114 1411-

1415

[66] T Schrader Angew Chem 1996 108 2816-2818

[67] T Schrader J Am Chem Soc 1998 120 11816-11817

[68] M Herm T Schrader Chem Eur J 2000 6 47-53

[69] T Schrader Chem Eur J 1997 3 1537-1541

[70] T Schrader Tetrahedron Lett 1998 39 517-520

[71] J C Ma D A Dougherty Chem Rev 1997 97 1303-1324

[72] Die elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale wurden von Prof F-G Klaumlrner

(Universitaumlt Duisburg-Essen Essen) berechnet

[73] M Kamieth Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 1998

[74] J Panitzky Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 2001

[75] M Fokkens C Jasper T Schrader F Koziol C Ochsenfeld J Polkowska M

Lobert B Kahlert F-G Klaumlrner Chem Eur J 2005 11 477-494

[76] D N Butler R A Snow Can J Chem 1975 53 256-262

[77] B Atasoy F Bayramoglu T Houmlkelek Tetrahedron 1994 50 5753-5764

5 Literatur 169

[78] C Verhaelen Essen 2002 Persoumlnliche Mitteilung

[79] L Fielding Tetrahedron 2000 56 6151-6170

[80] J A A W Elemans M B Claase P P M Aarts A E Rowan A Schenning R J

M Nolte J Org Chem 1999 64 7009-7016

[81] C T Lauhon J W Szostak J Am Chem Soc 1995 117 1246-1257

[82] D Voet J G Voet Biochemie VCH Weinheim 1994

[83] A Ferscht Enzyme Structure and Mechanism W H Freeman and Company New

York 1985

[84] L Gorton E Domiacutenguez in Bioelectrochemistry (Eds A J Bard M Stratmann G

S Wilson) Wiley-VCH GmbH Weinheim 2002

[85] A Wilkinson J Day R Bowater Mol Microbiol 2001 40 1241-1248

[86] J Y Lee C Chang H K Song J Moon J K Yang H-K Kim S-T Kwon S W

Suh EMBO J 2000 19 1119-1129

[87] M G Rossmann D Moras K W Olsen Nature 1974 250 194-199

[88] A M Lesk Curr Opin Struct Biol 1995 5 775-783

[89] C A Bottoms P E Smith J J Tanner Protein Sci 2002 11 2125-2137

[90] S Ramaswamy M ElAhmad O Danielsson H Joumlrnvall H Eklund Protein Sci

1996 5 663-671

[91] F P Schmidtchen Chem Ber 1981 114 597-607

[92] H Fenniri M W Hosseini J-M Lehn Helv Chim Acta 1997 80 786-803

[93] A Domeacutenech E Garciacutea-Espantildea J A Ramiacuterez B Celda M C Martiacutenez D

Monleoacuten R Tejero A Bencini A Bianchi J Chem Soc Perkin Trans 2 1999 23-

32

[94] F-G Klaumlrner Essen 2005 Persoumlnliche Mitteilung

[95] S Ben-Shabat C A Parish M Hashimoto J Liu K Nakanishi J R Sparrow

Bioorg Med Chem Lett 2001 11 1533-1540

[96] G Wolf Nutrition Rev 2003 61 342-346

[97] C N Keilhauer B H F Weber BIOspektrum 2003 Heft 1 1-4

[98] H Shaban C Borraacutes J Vintildea C Richter Exp Eye Res 2002 75 99-108

[99] J R Sparrow A S Miller J Zhou J Cataract Refract Surg 2004 30 873-878

[100] C A Parish M Hashimoto K Nakanishi J Dillon J R Sparrow Proc Natl Acad

Sci 1998 95 14609-14613

[101] M Suter C Remeacute C Grimm A Wenzel M Jaumlaumlttela P Esser N Kociok M Leist

C Richter J Biol Chem 2000 275 39625-39630

5 Literatur 170

[102] S De T Sakmar J Gen Physiol 2002 120 147-157

[103] S Ben-Shabat Y Itagaki S Jockusch J R Sparrow N J Turro K Nakanishi

Angew Chem 2002 114 842-845

[104] J R Sparrow N Fishkin J Zhou B Cai Y P Jang S Krane Y Itagaki K

Nakanishi Vision Res 2003 43 2983-2990

[105] Das A2E wurde uns freundlicherweise von Dr Christoph Richter (ETH Zuumlrich) zur

Verfuumlgung gestellt

[106] K Ariga T Kunitake Acc Chem Res 1998 31 371-378

[107] P W Atkins Physical Chemistry Oxford University Press Oxford 1994

[108] H Rehage B Achenbach F-G Klaumlrner Langmuir 2002 18 7115-7119

[109] S Sivakova S J Rowan Chem Soc Rev 2005 34 9-21

[110] A D Hamilton N Pant A Muehldorf Pure amp Appl Chem 1988 60 533-538

[111] B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones K Parris K Williams J

Rebek J Am Chem Soc 1989 111 1082-1090

[112] K Williams B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones J Rebek J Am

Chem Soc 1989 111 1090-1094

[113] S C Zimmerman W Wu Z Zeng J Am Chem Soc 1991 113 196-201

[114] A V Eliseev H-J Schneider J Am Chem Soc 1994 116 6081-6088

[115] O F Schall G W Gokel J Am Chem Soc 1994 116 6089-6100

[116] V Kraacutel A Cattani A Sinica F P Schmidtchen Tetrahedron 1999 55 7829-7834

[117] M Takase M Inouye J Org Chem 2003 68 1134-1137

[118] M C Rotger J F Gonzaacutelez P Ballester P M Deyagrave A Costa J Org Chem 1994

59 4501-4505

[119] Y Kato M M Conn J Rebek Proc Natl Acad Sci 1995 92 1208-1212

[120] R Luo M K Gilson J Am Chem Soc 2000 122 2934-2927

[121] P Cudic M Žinic V Tomišic V Simeon J-P Vigneron J-M Lehn J Chem Soc

Chem Commun 1995 1073-1075

[122] J Balzarini P Herdewijn E De Clercq J Biol Chem 1989 264 6127-6133

[123] D Wu J G Clement W M Pardridge Brain Res 1998 791 313-316

[124] P Ballester M A Barceloacute A Costa P M Deyagrave J Morey M Orell C A Hunter

Tetrahedron Lett 2000 41 3849-3853

[125] S R Waldvogel R Froumlhlich C A Schalley Angew Chem 2000 112 2580-2583

[126] S Goswami A K Mahapatra R Mukherjee J Chem Soc Perkin Trans 1 2001

2717-2726

5 Literatur 171

[127] R Fiammengo M Crego-Calama P Timmerman D N Reinhoudt Chem Eur J

2003 9 784-792

[128] F Jordan Nat Prod Rep 2003 20 184-201

[129] C K Singleton P R Martin Curr Mol Med 2001 1 197-207

[130] A Schellenberger Biochim Biophys Acta 1998 1385 177-186

[131] L Reed Acc Chem Res 1974 7 40-46

[132] M Pohl B Lingen M Muumlller Chem Eur J 2002 8 5288-5295

[133] F Guo D Zhang A Kahyaoglu R S Farid F Jordan Biochemistry 1998 37

13379-13391

[134] S Koumlnig A Schellenberger H Neef G Schneider J Biol Chem 1994 269 10879-

10882

[135] V Sklenar M Piotto R Leppik V Saudek J Magn Res (A) 1993 102 241-245

[136] O Molt D Ruumlbeling G Schaumlfer T Schrader Chem Eur J 2004 10 4225-4232

[137] T Schrader J Org Chem 1998 63 264-272

[138] T Schrader J Incl Phen Macrocycl Chem 1999 34 117-129

[139] A M Burger A K Seth Eur J Cancer 2004 40 2217-2229

[140] R N Dutnall S T Tafrov R Sternglanz V Ramakrishnan Cell 1998 94 427-438

[141] J W Cuozzo G G Sahagian J Biol Chem 1994 269 14490-14496

[142] J-S Yang S Y Lee M Gao S Bourgoin P A Randazzo R T Premont V W

Hsu J Cell Biol 2002 159 69-78

[143] D H Williams B Bardsley Angew Chem 1999 111 1264-1286

[144] C Guttman Dermatology Times 1 September 2002

[145] L O Tjernberg C Lilliehoumloumlk D J E Callaway J Naumlslund S Hahne J Thyberg L

Tereius C Nordstedt J Biol Chem 1997 272 12601-12605

[146] G Varani Acc Chem Res 1997 30 189-195

[147] R O Hynes Cell 1992 69 11-25

[148] A E Aplin A Howe S K Alahari R L Juliano Pharmacol Rev 1998 50 197-

263

[149] E Eiriacuteksdoacutettir H Myrberg M Hansen Uuml Langel Drug Design Rev - Online 2004

1 164-173

[150] K Fuji K Tsubaki K Tanaka N Hayashi T Otsubo T Kinoshita J Am Chem

Soc 1999 121 3807-3808

[151] C P Mandl B Koumlnig J Org Chem 2005 70 670-674

5 Literatur 172

[152] N Douteau-Gueacutevel F Perret A W Coleman J-P Morel N Morel-Desrosiers J

Chem Soc Perkin Trans 2 2002 524-532

[153] G Cafeo G Gattuso F H Kohnke A Notti S Occhipinti S Pappalardo M F

Parisi Angew Chem 2002 114 2226-2230

[154] S E Thompson D B Smithrud J Am Chem Soc 2002 124 442-449

[155] S M Ngola P C Kearney S Mecozzi K Russell D A Dougherty J Am Chem

Soc 1999 121 1192-1201

[156] T W Bell A B Khasanov M G B Drew A Filikov T L James Angew Chem

1999 111 2705-2709

[157] T W Bell A B Khasanov M G B Drew J Am Chem Soc 2002 124 14092-

14103

[158] K A Schug W Lindner Chem Rev 2005 105 67-113

[159] S Rensing M Arendt A Springer T Grawe T Schrader J Org Chem 2001 66

5814-5821

[160] S Rensing T Schrader Org Lett 2002 4 2161-2164

[161] M Famulok J Am Chem Soc 1994 116 1698-1706

[162] F-G Klaumlrner C Verhaelen C A Schalley U Hahn F Voumlgtle Angew Chem 2005

117 481-485

[163] C A Burnett D Witt J C Fettinger L Isaacs J Org Chem 2003 68 6184-6191

[164] M L Doyle Curr Opin Biotechn 1997 8 31-35

[165] M J Blandamer P M Cullis J B F N Engberts J Chem Soc Faraday Trans

1998 94 2261-2267

[166] I Jelesarov H R Bosshard J Mol Recognit 1999 12 3-18

[167] G A Holdgate BioTechniques 2001 30 164-184

[168] T Wiseman S Williston J F Brandts L-N Lin Anal Biochem 1989 179 131-

137

[169] J E Ladbury B Z Chowdhry Chem Biol 1996 3 791-801

[170] VP-ITC MicroCalorimeter Users Manual Microcal LLC Northampton MA USA

[171] J Fokkens Dissertation Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2005

[172] W B Turnbull A H Daranas J Am Chem Soc 2003 125 14859-11486

[173] M J Blandamer P M Cullis P T Gleeson Chem Soc Rev 2003 32 264-267

[174] F Dullweber M T Stubbs ETH Musil J Stuumlrzebecher G Klebe J Mol Biol 2001

313 593-614

[175] J P Gallivan D A Dougherty J Am Chem Soc 2000 122 870-874

5 Literatur 173

[176] T L James K Sandanayake S Shinkai Angew Chem 1996 108 2038-2050

[177] K Dalziel in The Enzymes Vol XI (Ed P D Boyer) Academic Press New York

1975

[178] S P Vincent J-M Lehn J Lazarte C Nicolau Bioorg Med Chem 2002 10 2825-

2834

[179] L S Lerman J Mol Biol 1961 3 18-30

[180] K E Erkkila D T Odom J K Barton Chem Rev 1999 99 2777-2795

[181] A Takaki K Utsumi T Kajiki T Kuroi T Nabeshima Y Yano Chem Lett 1997

75-76

[182] V Gramlich Helv Chim Acta 1999 82 1066-1095

[183] H G O Becker W Berger G Domschke E Fanghaumlnel J Faust M Fischer F

Gentz K Gewald R Gluch R Mayer K Muumlller D Pavel H Schmidt K

Schollberg K Schwetlick E Seiler G Zeppenfeld Organikum J A Barth Verlag

Heidelberg 1996

[184] D D Perrin W L F Armarego Purification of Laboratory Chemicals Pergamon

Press New York 1988

[185] W C Still M Kahn A Mitra J Org Chem 1978 43 2923-2925

[186] H E Gottlieb V Kotyar A Nudelman J Org Chem 1997 62 7512-7515

[187] M Hesse H Meier B Zeeh Spektroskopische Methoden in der Organischen

Chemie Thieme Stuttgart 1995

[188] T G Ruardy J M Schakenraad H C van der Mei H J Busscher Surface Science

Reports 1997 29 1-30

[189] W C Still A Tempczyk R C Hawley T Hendrickson J Am Chem Soc 1990

112 6127-6129

[190] A R Leach Molecular Modelling Pearson Education Limited Harlow 2001

[191] Tripos Sybyl Force Field Manual Version 66 St Louis Missouri 1999

[192] W L DeLano Pymol 097 DeLano Scientific LLC San Carlo California 2004

httpwwwpymolorg

[193] P Job Compt Rend 1925 180 928-930

[194] P Job Compt Rend 1927 185 113-135

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

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveEPSInfo true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName (httpwwwcolororg) PDFXTrapped Unknown Description ltlt FRA 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 ENU (Use these settings to create PDF documents with higher image resolution for improved printing quality The PDF documents can be opened with Acrobat and Reader 50 and later) JPN ltFEFF3053306e8a2d5b9a306f30019ad889e350cf5ea6753b50cf3092542b308000200050004400460020658766f830924f5c62103059308b3068304d306b4f7f75283057307e30593002537052376642306e753b8cea3092670059279650306b4fdd306430533068304c3067304d307e305930023053306e8a2d5b9a30674f5c62103057305f00200050004400460020658766f8306f0020004100630072006f0062006100740020304a30883073002000520065006100640065007200200035002e003000204ee5964d30678868793a3067304d307e30593002gt DEU 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 PTB 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 DAN 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 NLD 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 ESP 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 SUO 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 ITA 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 NOR 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 SVE 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 KOR ltFEFFd5a5c0c1b41c0020c778c1c40020d488c9c8c7440020c5bbae300020c704d5740020ace0d574c0c1b3c4c7580020c774bbf8c9c0b97c0020c0acc6a9d558c5ec00200050004400460020bb38c11cb97c0020b9ccb4e4b824ba740020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c2edc2dcc624002e0020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b9ccb4e000200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe7f6e521b5efa76840020005000440046002065876863ff0c5c065305542b66f49ad8768456fe50cf52068fa87387ff0c4ee563d09ad8625353708d2891cf30028be5002000500044004600206587686353ef4ee54f7f752800200020004100630072006f00620061007400204e0e002000520065006100640065007200200035002e00300020548c66f49ad87248672c62535f003002gt CHT ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d5b9a5efa7acb76840020005000440046002065874ef65305542b8f039ad876845f7150cf89e367905ea6ff0c4fbf65bc63d066075217537054c18cea3002005000440046002065874ef653ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000520065006100640065007200200035002e0030002053ca66f465b07248672c4f86958b555f3002gt gtgtgtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 4: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung

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

5 Literatur 166

5 Literatur

[1] A D Robertson Trends in Biochem Sci 2002 27 521-526

[2] H Dugas Bioorganic Chemistry Springer Verlag New York 1996

[3] J-M Lehn Angew Chem 1988 100 91-116

[4] R Breslow J Chem Educ 1998 75 705-718

[5] H Waldmann Bioorg Med Chem 2003 11 3045-3051

[6] S C Zimmerman A D Hamilton Curr Opin Chem Biol 1999 3 711-713

[7] H-J Schneider Angew Chem 1991 103 1419-1439

[8] R Breslow Isr J Chem 1979 18 187-191

[9] H-J Boumlhm G Klebe H Kubinyi Wirkstoffdesign Spektrum Akademischer Verlag

Heidelberg 1996

[10] E A Meyer R K Castellano F Diederich Angew Chem 2003 115 1244-1287

[11] M Maue T Schrader Angew Chem 2005 117 2305-2310

[12] E Fischer Chem Ber 1894 27 2985-2993

[13] K L Wolf H Frahm H Harms Z Phys Chem (B) 1937 36 237-287

[14] J-M Lehn Pure amp Appl Chem 1979 50 871-892

[15] D J Cram J M Cram Science 1974 183 803-809

[16] E P Kyba R C Helgeson K Madan G W Gokel T L Tarnowski S S Moore

D J Cram J Am Chem Soc 1977 99 2564-2571

[17] D J Cram M deGrandpre C B Knobler K N Trueblood J Am Chem Soc 1984

106 3286-3292

[18] F Diederich B Felber Proc Natl Acad Sci 2002 99 4778-4781

[19] A V Davis R M Yeh K N Raymond Proc Natl Acad Sci 2002 99 4793-4796

[20] J Sherman Chem Commun 2003 1617-1623

[21] A Mulder J Huskens D N Reinhoudt Org Biomol Chem 2004 2 3409-3424

[22] C-W Chen H W Whitlock J Am Chem Soc 1978 100 4921-4922

[23] S C Zimmerman Top Curr Chem 1993 165 71-102

[24] J C Adrian C S Wilcox J Am Chem Soc 1989 111 8055-8057

[25] D Mink G Deslongschamps Tetrahedron Lett 1996 37 7035-7038

[26] L J DSouza U Maitra J Org Chem 1996 61 9494-9502

[27] P Magnus J C Morris V Lynch Synthesis 1997 506-508

[28] T Haino M Yanase Y Fukazawa Angew Chem 1998 110 1044-1046

[29] F C Krebs M Joslashrgensen J Org Chem 2001 66 6169-6173

5 Literatur 167

[30] O Molt D Ruumlbeling T Schrader J Am Chem Soc 2003 125 12086-12087

[31] H M Colquhoun Z Zhu Angew Chem 2004 116 5150-5155

[32] J Rebek Angew Chem 1990 102 261-272

[33] R P Sijbesma R J M Nolte Top Curr Chem 1995 175 26-56

[34] A E Rowan J A A W Elemans R J M Nolte Acc Chem Res 1999 32 995-

1006

[35] J A A W Elemans A E Rowan R J M Nolte Ind Eng Chem Res 2000 39

3419-3428

[36] J N H Reek J A A W Elemans R de Gelder P T Beurskens A E Rowan R J

M Nolte Tetrahedron 2003 59 175-185

[37] J N H Reek A H Priem H Engelkamp A E Rowan J A A W Elemans R J

M Nolte J Am Chem Soc 1997 119 9956-9964

[38] M Harmata T Murray J Org Chem 1989 54 3761-3763

[39] M Harmata C L Barnes J Am Chem Soc 1990 112 5655-5657

[40] M Harmata Acc Chem Res 2004 37 862-873

[41] H Kurebayashi T Haino S Usui Y Fukazawa Tetrahedron 2001 57 8667-8674

[42] C A Hunter K R Lawson J Perkins C J Urch J Chem Soc Perkin Trans 2

2001 651-669

[43] L Sharma J Incl Phen Macrocycl Chem 1998 31 161-167

[44] H Nemoto T Kawano N Ueji N Sakamoto T Araki N Miyoshi I Suzuki M

Shibuya Tetrahedron Lett 2005 46 551-553

[45] F-G Klaumlrner J Benkhoff R Boese U Burkert M Kamieth U Naatz Angew

Chem 1996 108 1195-1198

[46] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner A E Wigger Tetrahedron Lett 1994 35 73-

76

[47] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner Liebigs AnnRecueil 1997 501-516

[48] F-G Klaumlrner J Panitzky D Blaumlser R Boese Tetrahedron 2001 57 3673-3697

[49] F-G Klaumlrner B Kahlert R Boese D Blaumlser A Juris F Marchioni Chem Eur J

2005 11 3363-3374

[50] F-G Klaumlrner B Kahlert Acc Chem Res 2003 36 919-932

[51] X-Z Zhu C-F Chen J Org Chem 2005 70 917-924

[52] M Kamieth F-G Klaumlrner J Prakt Chem 1999 34 245-251

[53] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Benet-Buchholz Chem Eur J

1999 5 1700-1707

5 Literatur 168

[54] M Kamieth F-G Klaumlrner F Diederich Angew Chem 1998 110 3497-3500

[55] F Marchioni A Juris M Lobert U P Seelbach B Kahlert F-G Klaumlrner New J

Chem 2005 29 780-784

[56] F-G Klaumlrner J Panitzky D Preda L T Scott J Mol Model 2000 6 318-327

[57] F-G Klaumlrner J Polkowska J Panitzky U P Seelbach U Burkert M Kamieth M

Baumann A E Wigger R Boese D Blaumlser Eur J Org Chem 2004 1405-1423

[58] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Phys Org Chem 2000 13 604-

611

[59] S P Brown T Schaller U P Seelbach F Koziol C Ochsenfeld F-G Klaumlrner W

H Spiess Angew Chem 2001 113 740-743

[60] C Ochsenfeld F Koziol S P Brown T Schaller U P Seelbach F-G Klaumlrner

Solid State Nucl Magn Reson 2002 22 128-153

[61] C Ochsenfeld J Kussmann F Koziol Angew Chem 2004 116 4585-4589

[62] R Ruloff U P Seelbach A E Merbach F-G Klaumlrner J Phys Org Chem 2002

15 189-196

[63] M Kamieth U Burkert P S Corbin S J Dell S C Zimmerman F-G Klaumlrner

Eur J Org Chem 1999 2741-2749

[64] C Jasper Diplomarbeit Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2001

[65] C Jasper T Schrader J Panitzky F-G Klaumlrner Angew Chem 2002 114 1411-

1415

[66] T Schrader Angew Chem 1996 108 2816-2818

[67] T Schrader J Am Chem Soc 1998 120 11816-11817

[68] M Herm T Schrader Chem Eur J 2000 6 47-53

[69] T Schrader Chem Eur J 1997 3 1537-1541

[70] T Schrader Tetrahedron Lett 1998 39 517-520

[71] J C Ma D A Dougherty Chem Rev 1997 97 1303-1324

[72] Die elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale wurden von Prof F-G Klaumlrner

(Universitaumlt Duisburg-Essen Essen) berechnet

[73] M Kamieth Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 1998

[74] J Panitzky Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 2001

[75] M Fokkens C Jasper T Schrader F Koziol C Ochsenfeld J Polkowska M

Lobert B Kahlert F-G Klaumlrner Chem Eur J 2005 11 477-494

[76] D N Butler R A Snow Can J Chem 1975 53 256-262

[77] B Atasoy F Bayramoglu T Houmlkelek Tetrahedron 1994 50 5753-5764

5 Literatur 169

[78] C Verhaelen Essen 2002 Persoumlnliche Mitteilung

[79] L Fielding Tetrahedron 2000 56 6151-6170

[80] J A A W Elemans M B Claase P P M Aarts A E Rowan A Schenning R J

M Nolte J Org Chem 1999 64 7009-7016

[81] C T Lauhon J W Szostak J Am Chem Soc 1995 117 1246-1257

[82] D Voet J G Voet Biochemie VCH Weinheim 1994

[83] A Ferscht Enzyme Structure and Mechanism W H Freeman and Company New

York 1985

[84] L Gorton E Domiacutenguez in Bioelectrochemistry (Eds A J Bard M Stratmann G

S Wilson) Wiley-VCH GmbH Weinheim 2002

[85] A Wilkinson J Day R Bowater Mol Microbiol 2001 40 1241-1248

[86] J Y Lee C Chang H K Song J Moon J K Yang H-K Kim S-T Kwon S W

Suh EMBO J 2000 19 1119-1129

[87] M G Rossmann D Moras K W Olsen Nature 1974 250 194-199

[88] A M Lesk Curr Opin Struct Biol 1995 5 775-783

[89] C A Bottoms P E Smith J J Tanner Protein Sci 2002 11 2125-2137

[90] S Ramaswamy M ElAhmad O Danielsson H Joumlrnvall H Eklund Protein Sci

1996 5 663-671

[91] F P Schmidtchen Chem Ber 1981 114 597-607

[92] H Fenniri M W Hosseini J-M Lehn Helv Chim Acta 1997 80 786-803

[93] A Domeacutenech E Garciacutea-Espantildea J A Ramiacuterez B Celda M C Martiacutenez D

Monleoacuten R Tejero A Bencini A Bianchi J Chem Soc Perkin Trans 2 1999 23-

32

[94] F-G Klaumlrner Essen 2005 Persoumlnliche Mitteilung

[95] S Ben-Shabat C A Parish M Hashimoto J Liu K Nakanishi J R Sparrow

Bioorg Med Chem Lett 2001 11 1533-1540

[96] G Wolf Nutrition Rev 2003 61 342-346

[97] C N Keilhauer B H F Weber BIOspektrum 2003 Heft 1 1-4

[98] H Shaban C Borraacutes J Vintildea C Richter Exp Eye Res 2002 75 99-108

[99] J R Sparrow A S Miller J Zhou J Cataract Refract Surg 2004 30 873-878

[100] C A Parish M Hashimoto K Nakanishi J Dillon J R Sparrow Proc Natl Acad

Sci 1998 95 14609-14613

[101] M Suter C Remeacute C Grimm A Wenzel M Jaumlaumlttela P Esser N Kociok M Leist

C Richter J Biol Chem 2000 275 39625-39630

5 Literatur 170

[102] S De T Sakmar J Gen Physiol 2002 120 147-157

[103] S Ben-Shabat Y Itagaki S Jockusch J R Sparrow N J Turro K Nakanishi

Angew Chem 2002 114 842-845

[104] J R Sparrow N Fishkin J Zhou B Cai Y P Jang S Krane Y Itagaki K

Nakanishi Vision Res 2003 43 2983-2990

[105] Das A2E wurde uns freundlicherweise von Dr Christoph Richter (ETH Zuumlrich) zur

Verfuumlgung gestellt

[106] K Ariga T Kunitake Acc Chem Res 1998 31 371-378

[107] P W Atkins Physical Chemistry Oxford University Press Oxford 1994

[108] H Rehage B Achenbach F-G Klaumlrner Langmuir 2002 18 7115-7119

[109] S Sivakova S J Rowan Chem Soc Rev 2005 34 9-21

[110] A D Hamilton N Pant A Muehldorf Pure amp Appl Chem 1988 60 533-538

[111] B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones K Parris K Williams J

Rebek J Am Chem Soc 1989 111 1082-1090

[112] K Williams B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones J Rebek J Am

Chem Soc 1989 111 1090-1094

[113] S C Zimmerman W Wu Z Zeng J Am Chem Soc 1991 113 196-201

[114] A V Eliseev H-J Schneider J Am Chem Soc 1994 116 6081-6088

[115] O F Schall G W Gokel J Am Chem Soc 1994 116 6089-6100

[116] V Kraacutel A Cattani A Sinica F P Schmidtchen Tetrahedron 1999 55 7829-7834

[117] M Takase M Inouye J Org Chem 2003 68 1134-1137

[118] M C Rotger J F Gonzaacutelez P Ballester P M Deyagrave A Costa J Org Chem 1994

59 4501-4505

[119] Y Kato M M Conn J Rebek Proc Natl Acad Sci 1995 92 1208-1212

[120] R Luo M K Gilson J Am Chem Soc 2000 122 2934-2927

[121] P Cudic M Žinic V Tomišic V Simeon J-P Vigneron J-M Lehn J Chem Soc

Chem Commun 1995 1073-1075

[122] J Balzarini P Herdewijn E De Clercq J Biol Chem 1989 264 6127-6133

[123] D Wu J G Clement W M Pardridge Brain Res 1998 791 313-316

[124] P Ballester M A Barceloacute A Costa P M Deyagrave J Morey M Orell C A Hunter

Tetrahedron Lett 2000 41 3849-3853

[125] S R Waldvogel R Froumlhlich C A Schalley Angew Chem 2000 112 2580-2583

[126] S Goswami A K Mahapatra R Mukherjee J Chem Soc Perkin Trans 1 2001

2717-2726

5 Literatur 171

[127] R Fiammengo M Crego-Calama P Timmerman D N Reinhoudt Chem Eur J

2003 9 784-792

[128] F Jordan Nat Prod Rep 2003 20 184-201

[129] C K Singleton P R Martin Curr Mol Med 2001 1 197-207

[130] A Schellenberger Biochim Biophys Acta 1998 1385 177-186

[131] L Reed Acc Chem Res 1974 7 40-46

[132] M Pohl B Lingen M Muumlller Chem Eur J 2002 8 5288-5295

[133] F Guo D Zhang A Kahyaoglu R S Farid F Jordan Biochemistry 1998 37

13379-13391

[134] S Koumlnig A Schellenberger H Neef G Schneider J Biol Chem 1994 269 10879-

10882

[135] V Sklenar M Piotto R Leppik V Saudek J Magn Res (A) 1993 102 241-245

[136] O Molt D Ruumlbeling G Schaumlfer T Schrader Chem Eur J 2004 10 4225-4232

[137] T Schrader J Org Chem 1998 63 264-272

[138] T Schrader J Incl Phen Macrocycl Chem 1999 34 117-129

[139] A M Burger A K Seth Eur J Cancer 2004 40 2217-2229

[140] R N Dutnall S T Tafrov R Sternglanz V Ramakrishnan Cell 1998 94 427-438

[141] J W Cuozzo G G Sahagian J Biol Chem 1994 269 14490-14496

[142] J-S Yang S Y Lee M Gao S Bourgoin P A Randazzo R T Premont V W

Hsu J Cell Biol 2002 159 69-78

[143] D H Williams B Bardsley Angew Chem 1999 111 1264-1286

[144] C Guttman Dermatology Times 1 September 2002

[145] L O Tjernberg C Lilliehoumloumlk D J E Callaway J Naumlslund S Hahne J Thyberg L

Tereius C Nordstedt J Biol Chem 1997 272 12601-12605

[146] G Varani Acc Chem Res 1997 30 189-195

[147] R O Hynes Cell 1992 69 11-25

[148] A E Aplin A Howe S K Alahari R L Juliano Pharmacol Rev 1998 50 197-

263

[149] E Eiriacuteksdoacutettir H Myrberg M Hansen Uuml Langel Drug Design Rev - Online 2004

1 164-173

[150] K Fuji K Tsubaki K Tanaka N Hayashi T Otsubo T Kinoshita J Am Chem

Soc 1999 121 3807-3808

[151] C P Mandl B Koumlnig J Org Chem 2005 70 670-674

5 Literatur 172

[152] N Douteau-Gueacutevel F Perret A W Coleman J-P Morel N Morel-Desrosiers J

Chem Soc Perkin Trans 2 2002 524-532

[153] G Cafeo G Gattuso F H Kohnke A Notti S Occhipinti S Pappalardo M F

Parisi Angew Chem 2002 114 2226-2230

[154] S E Thompson D B Smithrud J Am Chem Soc 2002 124 442-449

[155] S M Ngola P C Kearney S Mecozzi K Russell D A Dougherty J Am Chem

Soc 1999 121 1192-1201

[156] T W Bell A B Khasanov M G B Drew A Filikov T L James Angew Chem

1999 111 2705-2709

[157] T W Bell A B Khasanov M G B Drew J Am Chem Soc 2002 124 14092-

14103

[158] K A Schug W Lindner Chem Rev 2005 105 67-113

[159] S Rensing M Arendt A Springer T Grawe T Schrader J Org Chem 2001 66

5814-5821

[160] S Rensing T Schrader Org Lett 2002 4 2161-2164

[161] M Famulok J Am Chem Soc 1994 116 1698-1706

[162] F-G Klaumlrner C Verhaelen C A Schalley U Hahn F Voumlgtle Angew Chem 2005

117 481-485

[163] C A Burnett D Witt J C Fettinger L Isaacs J Org Chem 2003 68 6184-6191

[164] M L Doyle Curr Opin Biotechn 1997 8 31-35

[165] M J Blandamer P M Cullis J B F N Engberts J Chem Soc Faraday Trans

1998 94 2261-2267

[166] I Jelesarov H R Bosshard J Mol Recognit 1999 12 3-18

[167] G A Holdgate BioTechniques 2001 30 164-184

[168] T Wiseman S Williston J F Brandts L-N Lin Anal Biochem 1989 179 131-

137

[169] J E Ladbury B Z Chowdhry Chem Biol 1996 3 791-801

[170] VP-ITC MicroCalorimeter Users Manual Microcal LLC Northampton MA USA

[171] J Fokkens Dissertation Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2005

[172] W B Turnbull A H Daranas J Am Chem Soc 2003 125 14859-11486

[173] M J Blandamer P M Cullis P T Gleeson Chem Soc Rev 2003 32 264-267

[174] F Dullweber M T Stubbs ETH Musil J Stuumlrzebecher G Klebe J Mol Biol 2001

313 593-614

[175] J P Gallivan D A Dougherty J Am Chem Soc 2000 122 870-874

5 Literatur 173

[176] T L James K Sandanayake S Shinkai Angew Chem 1996 108 2038-2050

[177] K Dalziel in The Enzymes Vol XI (Ed P D Boyer) Academic Press New York

1975

[178] S P Vincent J-M Lehn J Lazarte C Nicolau Bioorg Med Chem 2002 10 2825-

2834

[179] L S Lerman J Mol Biol 1961 3 18-30

[180] K E Erkkila D T Odom J K Barton Chem Rev 1999 99 2777-2795

[181] A Takaki K Utsumi T Kajiki T Kuroi T Nabeshima Y Yano Chem Lett 1997

75-76

[182] V Gramlich Helv Chim Acta 1999 82 1066-1095

[183] H G O Becker W Berger G Domschke E Fanghaumlnel J Faust M Fischer F

Gentz K Gewald R Gluch R Mayer K Muumlller D Pavel H Schmidt K

Schollberg K Schwetlick E Seiler G Zeppenfeld Organikum J A Barth Verlag

Heidelberg 1996

[184] D D Perrin W L F Armarego Purification of Laboratory Chemicals Pergamon

Press New York 1988

[185] W C Still M Kahn A Mitra J Org Chem 1978 43 2923-2925

[186] H E Gottlieb V Kotyar A Nudelman J Org Chem 1997 62 7512-7515

[187] M Hesse H Meier B Zeeh Spektroskopische Methoden in der Organischen

Chemie Thieme Stuttgart 1995

[188] T G Ruardy J M Schakenraad H C van der Mei H J Busscher Surface Science

Reports 1997 29 1-30

[189] W C Still A Tempczyk R C Hawley T Hendrickson J Am Chem Soc 1990

112 6127-6129

[190] A R Leach Molecular Modelling Pearson Education Limited Harlow 2001

[191] Tripos Sybyl Force Field Manual Version 66 St Louis Missouri 1999

[192] W L DeLano Pymol 097 DeLano Scientific LLC San Carlo California 2004

httpwwwpymolorg

[193] P Job Compt Rend 1925 180 928-930

[194] P Job Compt Rend 1927 185 113-135

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

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveEPSInfo true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName (httpwwwcolororg) PDFXTrapped Unknown Description ltlt FRA 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 ENU (Use these settings to create PDF documents with higher image resolution for improved printing quality The PDF documents can be opened with Acrobat and Reader 50 and later) JPN ltFEFF3053306e8a2d5b9a306f30019ad889e350cf5ea6753b50cf3092542b308000200050004400460020658766f830924f5c62103059308b3068304d306b4f7f75283057307e30593002537052376642306e753b8cea3092670059279650306b4fdd306430533068304c3067304d307e305930023053306e8a2d5b9a30674f5c62103057305f00200050004400460020658766f8306f0020004100630072006f0062006100740020304a30883073002000520065006100640065007200200035002e003000204ee5964d30678868793a3067304d307e30593002gt DEU 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 PTB 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 DAN ltFEFF004200720075006700200064006900730073006500200069006e0064007300740069006c006c0069006e006700650072002000740069006c0020006100740020006f0070007200650074007400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e0074006500720020006d006500640020006800f8006a006500720065002000620069006c006c00650064006f0070006c00f80073006e0069006e006700200066006f00720020006100740020006600e50020006200650064007200650020007500640073006b00720069006600740073006b00760061006c0069007400650074002e0020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e0074006500720020006b0061006e002000e50062006e006500730020006d006500640020004100630072006f0062006100740020006f0067002000520065006100640065007200200035002e00300020006f00670020006e0079006500720065002egt NLD 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 ESP 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 SUO ltFEFF004e00e4006900640065006e002000610073006500740075007300740065006e0020006100760075006c006c006100200076006f0069006400610061006e0020006c0075006f006400610020005000440046002d0061007300690061006b00690072006a006f006a0061002c0020006a006f006900640065006e002000740075006c006f0073007400750073006c00610061007400750020006f006e0020006b006f0072006b006500610020006a00610020006b007500760061006e0020007400610072006b006b007500750073002000730075007500720069002e0020005000440046002d0061007300690061006b00690072006a0061007400200076006f0069006400610061006e0020006100760061007400610020004100630072006f006200610074002d0020006a00610020004100630072006f006200610074002000520065006100640065007200200035002e00300020002d006f0068006a0065006c006d0061006c006c0061002000740061006900200075007500640065006d006d0061006c006c0061002000760065007200730069006f006c006c0061002egt ITA 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 NOR ltFEFF004200720075006b00200064006900730073006500200069006e006e007300740069006c006c0069006e00670065006e0065002000740069006c002000e50020006f00700070007200650074007400650020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e0074006500720020006d006500640020006800f80079006500720065002000620069006c00640065006f00700070006c00f80073006e0069006e006700200066006f00720020006200650064007200650020007500740073006b00720069006600740073006b00760061006c0069007400650074002e0020005000440046002d0064006f006b0075006d0065006e00740065006e00650020006b0061006e002000e50070006e006500730020006d006500640020004100630072006f0062006100740020006f0067002000520065006100640065007200200035002e00300020006f0067002000730065006e006500720065002egt SVE 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 KOR ltFEFFd5a5c0c1b41c0020c778c1c40020d488c9c8c7440020c5bbae300020c704d5740020ace0d574c0c1b3c4c7580020c774bbf8c9c0b97c0020c0acc6a9d558c5ec00200050004400460020bb38c11cb97c0020b9ccb4e4b824ba740020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c2edc2dcc624002e0020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b9ccb4e000200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe7f6e521b5efa76840020005000440046002065876863ff0c5c065305542b66f49ad8768456fe50cf52068fa87387ff0c4ee563d09ad8625353708d2891cf30028be5002000500044004600206587686353ef4ee54f7f752800200020004100630072006f00620061007400204e0e002000520065006100640065007200200035002e00300020548c66f49ad87248672c62535f003002gt CHT ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d5b9a5efa7acb76840020005000440046002065874ef65305542b8f039ad876845f7150cf89e367905ea6ff0c4fbf65bc63d066075217537054c18cea3002005000440046002065874ef653ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000520065006100640065007200200035002e0030002053ca66f465b07248672c4f86958b555f3002gt gtgtgtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 5: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung

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

5 Literatur 166

5 Literatur

[1] A D Robertson Trends in Biochem Sci 2002 27 521-526

[2] H Dugas Bioorganic Chemistry Springer Verlag New York 1996

[3] J-M Lehn Angew Chem 1988 100 91-116

[4] R Breslow J Chem Educ 1998 75 705-718

[5] H Waldmann Bioorg Med Chem 2003 11 3045-3051

[6] S C Zimmerman A D Hamilton Curr Opin Chem Biol 1999 3 711-713

[7] H-J Schneider Angew Chem 1991 103 1419-1439

[8] R Breslow Isr J Chem 1979 18 187-191

[9] H-J Boumlhm G Klebe H Kubinyi Wirkstoffdesign Spektrum Akademischer Verlag

Heidelberg 1996

[10] E A Meyer R K Castellano F Diederich Angew Chem 2003 115 1244-1287

[11] M Maue T Schrader Angew Chem 2005 117 2305-2310

[12] E Fischer Chem Ber 1894 27 2985-2993

[13] K L Wolf H Frahm H Harms Z Phys Chem (B) 1937 36 237-287

[14] J-M Lehn Pure amp Appl Chem 1979 50 871-892

[15] D J Cram J M Cram Science 1974 183 803-809

[16] E P Kyba R C Helgeson K Madan G W Gokel T L Tarnowski S S Moore

D J Cram J Am Chem Soc 1977 99 2564-2571

[17] D J Cram M deGrandpre C B Knobler K N Trueblood J Am Chem Soc 1984

106 3286-3292

[18] F Diederich B Felber Proc Natl Acad Sci 2002 99 4778-4781

[19] A V Davis R M Yeh K N Raymond Proc Natl Acad Sci 2002 99 4793-4796

[20] J Sherman Chem Commun 2003 1617-1623

[21] A Mulder J Huskens D N Reinhoudt Org Biomol Chem 2004 2 3409-3424

[22] C-W Chen H W Whitlock J Am Chem Soc 1978 100 4921-4922

[23] S C Zimmerman Top Curr Chem 1993 165 71-102

[24] J C Adrian C S Wilcox J Am Chem Soc 1989 111 8055-8057

[25] D Mink G Deslongschamps Tetrahedron Lett 1996 37 7035-7038

[26] L J DSouza U Maitra J Org Chem 1996 61 9494-9502

[27] P Magnus J C Morris V Lynch Synthesis 1997 506-508

[28] T Haino M Yanase Y Fukazawa Angew Chem 1998 110 1044-1046

[29] F C Krebs M Joslashrgensen J Org Chem 2001 66 6169-6173

5 Literatur 167

[30] O Molt D Ruumlbeling T Schrader J Am Chem Soc 2003 125 12086-12087

[31] H M Colquhoun Z Zhu Angew Chem 2004 116 5150-5155

[32] J Rebek Angew Chem 1990 102 261-272

[33] R P Sijbesma R J M Nolte Top Curr Chem 1995 175 26-56

[34] A E Rowan J A A W Elemans R J M Nolte Acc Chem Res 1999 32 995-

1006

[35] J A A W Elemans A E Rowan R J M Nolte Ind Eng Chem Res 2000 39

3419-3428

[36] J N H Reek J A A W Elemans R de Gelder P T Beurskens A E Rowan R J

M Nolte Tetrahedron 2003 59 175-185

[37] J N H Reek A H Priem H Engelkamp A E Rowan J A A W Elemans R J

M Nolte J Am Chem Soc 1997 119 9956-9964

[38] M Harmata T Murray J Org Chem 1989 54 3761-3763

[39] M Harmata C L Barnes J Am Chem Soc 1990 112 5655-5657

[40] M Harmata Acc Chem Res 2004 37 862-873

[41] H Kurebayashi T Haino S Usui Y Fukazawa Tetrahedron 2001 57 8667-8674

[42] C A Hunter K R Lawson J Perkins C J Urch J Chem Soc Perkin Trans 2

2001 651-669

[43] L Sharma J Incl Phen Macrocycl Chem 1998 31 161-167

[44] H Nemoto T Kawano N Ueji N Sakamoto T Araki N Miyoshi I Suzuki M

Shibuya Tetrahedron Lett 2005 46 551-553

[45] F-G Klaumlrner J Benkhoff R Boese U Burkert M Kamieth U Naatz Angew

Chem 1996 108 1195-1198

[46] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner A E Wigger Tetrahedron Lett 1994 35 73-

76

[47] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner Liebigs AnnRecueil 1997 501-516

[48] F-G Klaumlrner J Panitzky D Blaumlser R Boese Tetrahedron 2001 57 3673-3697

[49] F-G Klaumlrner B Kahlert R Boese D Blaumlser A Juris F Marchioni Chem Eur J

2005 11 3363-3374

[50] F-G Klaumlrner B Kahlert Acc Chem Res 2003 36 919-932

[51] X-Z Zhu C-F Chen J Org Chem 2005 70 917-924

[52] M Kamieth F-G Klaumlrner J Prakt Chem 1999 34 245-251

[53] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Benet-Buchholz Chem Eur J

1999 5 1700-1707

5 Literatur 168

[54] M Kamieth F-G Klaumlrner F Diederich Angew Chem 1998 110 3497-3500

[55] F Marchioni A Juris M Lobert U P Seelbach B Kahlert F-G Klaumlrner New J

Chem 2005 29 780-784

[56] F-G Klaumlrner J Panitzky D Preda L T Scott J Mol Model 2000 6 318-327

[57] F-G Klaumlrner J Polkowska J Panitzky U P Seelbach U Burkert M Kamieth M

Baumann A E Wigger R Boese D Blaumlser Eur J Org Chem 2004 1405-1423

[58] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Phys Org Chem 2000 13 604-

611

[59] S P Brown T Schaller U P Seelbach F Koziol C Ochsenfeld F-G Klaumlrner W

H Spiess Angew Chem 2001 113 740-743

[60] C Ochsenfeld F Koziol S P Brown T Schaller U P Seelbach F-G Klaumlrner

Solid State Nucl Magn Reson 2002 22 128-153

[61] C Ochsenfeld J Kussmann F Koziol Angew Chem 2004 116 4585-4589

[62] R Ruloff U P Seelbach A E Merbach F-G Klaumlrner J Phys Org Chem 2002

15 189-196

[63] M Kamieth U Burkert P S Corbin S J Dell S C Zimmerman F-G Klaumlrner

Eur J Org Chem 1999 2741-2749

[64] C Jasper Diplomarbeit Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2001

[65] C Jasper T Schrader J Panitzky F-G Klaumlrner Angew Chem 2002 114 1411-

1415

[66] T Schrader Angew Chem 1996 108 2816-2818

[67] T Schrader J Am Chem Soc 1998 120 11816-11817

[68] M Herm T Schrader Chem Eur J 2000 6 47-53

[69] T Schrader Chem Eur J 1997 3 1537-1541

[70] T Schrader Tetrahedron Lett 1998 39 517-520

[71] J C Ma D A Dougherty Chem Rev 1997 97 1303-1324

[72] Die elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale wurden von Prof F-G Klaumlrner

(Universitaumlt Duisburg-Essen Essen) berechnet

[73] M Kamieth Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 1998

[74] J Panitzky Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 2001

[75] M Fokkens C Jasper T Schrader F Koziol C Ochsenfeld J Polkowska M

Lobert B Kahlert F-G Klaumlrner Chem Eur J 2005 11 477-494

[76] D N Butler R A Snow Can J Chem 1975 53 256-262

[77] B Atasoy F Bayramoglu T Houmlkelek Tetrahedron 1994 50 5753-5764

5 Literatur 169

[78] C Verhaelen Essen 2002 Persoumlnliche Mitteilung

[79] L Fielding Tetrahedron 2000 56 6151-6170

[80] J A A W Elemans M B Claase P P M Aarts A E Rowan A Schenning R J

M Nolte J Org Chem 1999 64 7009-7016

[81] C T Lauhon J W Szostak J Am Chem Soc 1995 117 1246-1257

[82] D Voet J G Voet Biochemie VCH Weinheim 1994

[83] A Ferscht Enzyme Structure and Mechanism W H Freeman and Company New

York 1985

[84] L Gorton E Domiacutenguez in Bioelectrochemistry (Eds A J Bard M Stratmann G

S Wilson) Wiley-VCH GmbH Weinheim 2002

[85] A Wilkinson J Day R Bowater Mol Microbiol 2001 40 1241-1248

[86] J Y Lee C Chang H K Song J Moon J K Yang H-K Kim S-T Kwon S W

Suh EMBO J 2000 19 1119-1129

[87] M G Rossmann D Moras K W Olsen Nature 1974 250 194-199

[88] A M Lesk Curr Opin Struct Biol 1995 5 775-783

[89] C A Bottoms P E Smith J J Tanner Protein Sci 2002 11 2125-2137

[90] S Ramaswamy M ElAhmad O Danielsson H Joumlrnvall H Eklund Protein Sci

1996 5 663-671

[91] F P Schmidtchen Chem Ber 1981 114 597-607

[92] H Fenniri M W Hosseini J-M Lehn Helv Chim Acta 1997 80 786-803

[93] A Domeacutenech E Garciacutea-Espantildea J A Ramiacuterez B Celda M C Martiacutenez D

Monleoacuten R Tejero A Bencini A Bianchi J Chem Soc Perkin Trans 2 1999 23-

32

[94] F-G Klaumlrner Essen 2005 Persoumlnliche Mitteilung

[95] S Ben-Shabat C A Parish M Hashimoto J Liu K Nakanishi J R Sparrow

Bioorg Med Chem Lett 2001 11 1533-1540

[96] G Wolf Nutrition Rev 2003 61 342-346

[97] C N Keilhauer B H F Weber BIOspektrum 2003 Heft 1 1-4

[98] H Shaban C Borraacutes J Vintildea C Richter Exp Eye Res 2002 75 99-108

[99] J R Sparrow A S Miller J Zhou J Cataract Refract Surg 2004 30 873-878

[100] C A Parish M Hashimoto K Nakanishi J Dillon J R Sparrow Proc Natl Acad

Sci 1998 95 14609-14613

[101] M Suter C Remeacute C Grimm A Wenzel M Jaumlaumlttela P Esser N Kociok M Leist

C Richter J Biol Chem 2000 275 39625-39630

5 Literatur 170

[102] S De T Sakmar J Gen Physiol 2002 120 147-157

[103] S Ben-Shabat Y Itagaki S Jockusch J R Sparrow N J Turro K Nakanishi

Angew Chem 2002 114 842-845

[104] J R Sparrow N Fishkin J Zhou B Cai Y P Jang S Krane Y Itagaki K

Nakanishi Vision Res 2003 43 2983-2990

[105] Das A2E wurde uns freundlicherweise von Dr Christoph Richter (ETH Zuumlrich) zur

Verfuumlgung gestellt

[106] K Ariga T Kunitake Acc Chem Res 1998 31 371-378

[107] P W Atkins Physical Chemistry Oxford University Press Oxford 1994

[108] H Rehage B Achenbach F-G Klaumlrner Langmuir 2002 18 7115-7119

[109] S Sivakova S J Rowan Chem Soc Rev 2005 34 9-21

[110] A D Hamilton N Pant A Muehldorf Pure amp Appl Chem 1988 60 533-538

[111] B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones K Parris K Williams J

Rebek J Am Chem Soc 1989 111 1082-1090

[112] K Williams B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones J Rebek J Am

Chem Soc 1989 111 1090-1094

[113] S C Zimmerman W Wu Z Zeng J Am Chem Soc 1991 113 196-201

[114] A V Eliseev H-J Schneider J Am Chem Soc 1994 116 6081-6088

[115] O F Schall G W Gokel J Am Chem Soc 1994 116 6089-6100

[116] V Kraacutel A Cattani A Sinica F P Schmidtchen Tetrahedron 1999 55 7829-7834

[117] M Takase M Inouye J Org Chem 2003 68 1134-1137

[118] M C Rotger J F Gonzaacutelez P Ballester P M Deyagrave A Costa J Org Chem 1994

59 4501-4505

[119] Y Kato M M Conn J Rebek Proc Natl Acad Sci 1995 92 1208-1212

[120] R Luo M K Gilson J Am Chem Soc 2000 122 2934-2927

[121] P Cudic M Žinic V Tomišic V Simeon J-P Vigneron J-M Lehn J Chem Soc

Chem Commun 1995 1073-1075

[122] J Balzarini P Herdewijn E De Clercq J Biol Chem 1989 264 6127-6133

[123] D Wu J G Clement W M Pardridge Brain Res 1998 791 313-316

[124] P Ballester M A Barceloacute A Costa P M Deyagrave J Morey M Orell C A Hunter

Tetrahedron Lett 2000 41 3849-3853

[125] S R Waldvogel R Froumlhlich C A Schalley Angew Chem 2000 112 2580-2583

[126] S Goswami A K Mahapatra R Mukherjee J Chem Soc Perkin Trans 1 2001

2717-2726

5 Literatur 171

[127] R Fiammengo M Crego-Calama P Timmerman D N Reinhoudt Chem Eur J

2003 9 784-792

[128] F Jordan Nat Prod Rep 2003 20 184-201

[129] C K Singleton P R Martin Curr Mol Med 2001 1 197-207

[130] A Schellenberger Biochim Biophys Acta 1998 1385 177-186

[131] L Reed Acc Chem Res 1974 7 40-46

[132] M Pohl B Lingen M Muumlller Chem Eur J 2002 8 5288-5295

[133] F Guo D Zhang A Kahyaoglu R S Farid F Jordan Biochemistry 1998 37

13379-13391

[134] S Koumlnig A Schellenberger H Neef G Schneider J Biol Chem 1994 269 10879-

10882

[135] V Sklenar M Piotto R Leppik V Saudek J Magn Res (A) 1993 102 241-245

[136] O Molt D Ruumlbeling G Schaumlfer T Schrader Chem Eur J 2004 10 4225-4232

[137] T Schrader J Org Chem 1998 63 264-272

[138] T Schrader J Incl Phen Macrocycl Chem 1999 34 117-129

[139] A M Burger A K Seth Eur J Cancer 2004 40 2217-2229

[140] R N Dutnall S T Tafrov R Sternglanz V Ramakrishnan Cell 1998 94 427-438

[141] J W Cuozzo G G Sahagian J Biol Chem 1994 269 14490-14496

[142] J-S Yang S Y Lee M Gao S Bourgoin P A Randazzo R T Premont V W

Hsu J Cell Biol 2002 159 69-78

[143] D H Williams B Bardsley Angew Chem 1999 111 1264-1286

[144] C Guttman Dermatology Times 1 September 2002

[145] L O Tjernberg C Lilliehoumloumlk D J E Callaway J Naumlslund S Hahne J Thyberg L

Tereius C Nordstedt J Biol Chem 1997 272 12601-12605

[146] G Varani Acc Chem Res 1997 30 189-195

[147] R O Hynes Cell 1992 69 11-25

[148] A E Aplin A Howe S K Alahari R L Juliano Pharmacol Rev 1998 50 197-

263

[149] E Eiriacuteksdoacutettir H Myrberg M Hansen Uuml Langel Drug Design Rev - Online 2004

1 164-173

[150] K Fuji K Tsubaki K Tanaka N Hayashi T Otsubo T Kinoshita J Am Chem

Soc 1999 121 3807-3808

[151] C P Mandl B Koumlnig J Org Chem 2005 70 670-674

5 Literatur 172

[152] N Douteau-Gueacutevel F Perret A W Coleman J-P Morel N Morel-Desrosiers J

Chem Soc Perkin Trans 2 2002 524-532

[153] G Cafeo G Gattuso F H Kohnke A Notti S Occhipinti S Pappalardo M F

Parisi Angew Chem 2002 114 2226-2230

[154] S E Thompson D B Smithrud J Am Chem Soc 2002 124 442-449

[155] S M Ngola P C Kearney S Mecozzi K Russell D A Dougherty J Am Chem

Soc 1999 121 1192-1201

[156] T W Bell A B Khasanov M G B Drew A Filikov T L James Angew Chem

1999 111 2705-2709

[157] T W Bell A B Khasanov M G B Drew J Am Chem Soc 2002 124 14092-

14103

[158] K A Schug W Lindner Chem Rev 2005 105 67-113

[159] S Rensing M Arendt A Springer T Grawe T Schrader J Org Chem 2001 66

5814-5821

[160] S Rensing T Schrader Org Lett 2002 4 2161-2164

[161] M Famulok J Am Chem Soc 1994 116 1698-1706

[162] F-G Klaumlrner C Verhaelen C A Schalley U Hahn F Voumlgtle Angew Chem 2005

117 481-485

[163] C A Burnett D Witt J C Fettinger L Isaacs J Org Chem 2003 68 6184-6191

[164] M L Doyle Curr Opin Biotechn 1997 8 31-35

[165] M J Blandamer P M Cullis J B F N Engberts J Chem Soc Faraday Trans

1998 94 2261-2267

[166] I Jelesarov H R Bosshard J Mol Recognit 1999 12 3-18

[167] G A Holdgate BioTechniques 2001 30 164-184

[168] T Wiseman S Williston J F Brandts L-N Lin Anal Biochem 1989 179 131-

137

[169] J E Ladbury B Z Chowdhry Chem Biol 1996 3 791-801

[170] VP-ITC MicroCalorimeter Users Manual Microcal LLC Northampton MA USA

[171] J Fokkens Dissertation Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2005

[172] W B Turnbull A H Daranas J Am Chem Soc 2003 125 14859-11486

[173] M J Blandamer P M Cullis P T Gleeson Chem Soc Rev 2003 32 264-267

[174] F Dullweber M T Stubbs ETH Musil J Stuumlrzebecher G Klebe J Mol Biol 2001

313 593-614

[175] J P Gallivan D A Dougherty J Am Chem Soc 2000 122 870-874

5 Literatur 173

[176] T L James K Sandanayake S Shinkai Angew Chem 1996 108 2038-2050

[177] K Dalziel in The Enzymes Vol XI (Ed P D Boyer) Academic Press New York

1975

[178] S P Vincent J-M Lehn J Lazarte C Nicolau Bioorg Med Chem 2002 10 2825-

2834

[179] L S Lerman J Mol Biol 1961 3 18-30

[180] K E Erkkila D T Odom J K Barton Chem Rev 1999 99 2777-2795

[181] A Takaki K Utsumi T Kajiki T Kuroi T Nabeshima Y Yano Chem Lett 1997

75-76

[182] V Gramlich Helv Chim Acta 1999 82 1066-1095

[183] H G O Becker W Berger G Domschke E Fanghaumlnel J Faust M Fischer F

Gentz K Gewald R Gluch R Mayer K Muumlller D Pavel H Schmidt K

Schollberg K Schwetlick E Seiler G Zeppenfeld Organikum J A Barth Verlag

Heidelberg 1996

[184] D D Perrin W L F Armarego Purification of Laboratory Chemicals Pergamon

Press New York 1988

[185] W C Still M Kahn A Mitra J Org Chem 1978 43 2923-2925

[186] H E Gottlieb V Kotyar A Nudelman J Org Chem 1997 62 7512-7515

[187] M Hesse H Meier B Zeeh Spektroskopische Methoden in der Organischen

Chemie Thieme Stuttgart 1995

[188] T G Ruardy J M Schakenraad H C van der Mei H J Busscher Surface Science

Reports 1997 29 1-30

[189] W C Still A Tempczyk R C Hawley T Hendrickson J Am Chem Soc 1990

112 6127-6129

[190] A R Leach Molecular Modelling Pearson Education Limited Harlow 2001

[191] Tripos Sybyl Force Field Manual Version 66 St Louis Missouri 1999

[192] W L DeLano Pymol 097 DeLano Scientific LLC San Carlo California 2004

httpwwwpymolorg

[193] P Job Compt Rend 1925 180 928-930

[194] P Job Compt Rend 1927 185 113-135

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

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveEPSInfo true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName (httpwwwcolororg) PDFXTrapped Unknown Description ltlt FRA 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 ENU (Use these settings to create PDF documents with higher image resolution for improved printing quality The PDF documents can be opened with Acrobat and Reader 50 and later) JPN ltFEFF3053306e8a2d5b9a306f30019ad889e350cf5ea6753b50cf3092542b308000200050004400460020658766f830924f5c62103059308b3068304d306b4f7f75283057307e30593002537052376642306e753b8cea3092670059279650306b4fdd306430533068304c3067304d307e305930023053306e8a2d5b9a30674f5c62103057305f00200050004400460020658766f8306f0020004100630072006f0062006100740020304a30883073002000520065006100640065007200200035002e003000204ee5964d30678868793a3067304d307e30593002gt DEU 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 PTB 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 DAN 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 NLD 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 ESP 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 SUO ltFEFF004e00e4006900640065006e002000610073006500740075007300740065006e0020006100760075006c006c006100200076006f0069006400610061006e0020006c0075006f006400610020005000440046002d0061007300690061006b00690072006a006f006a0061002c0020006a006f006900640065006e002000740075006c006f0073007400750073006c00610061007400750020006f006e0020006b006f0072006b006500610020006a00610020006b007500760061006e0020007400610072006b006b007500750073002000730075007500720069002e0020005000440046002d0061007300690061006b00690072006a0061007400200076006f0069006400610061006e0020006100760061007400610020004100630072006f006200610074002d0020006a00610020004100630072006f006200610074002000520065006100640065007200200035002e00300020002d006f0068006a0065006c006d0061006c006c0061002000740061006900200075007500640065006d006d0061006c006c0061002000760065007200730069006f006c006c0061002egt ITA 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 NOR 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 SVE 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 KOR ltFEFFd5a5c0c1b41c0020c778c1c40020d488c9c8c7440020c5bbae300020c704d5740020ace0d574c0c1b3c4c7580020c774bbf8c9c0b97c0020c0acc6a9d558c5ec00200050004400460020bb38c11cb97c0020b9ccb4e4b824ba740020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c2edc2dcc624002e0020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b9ccb4e000200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe7f6e521b5efa76840020005000440046002065876863ff0c5c065305542b66f49ad8768456fe50cf52068fa87387ff0c4ee563d09ad8625353708d2891cf30028be5002000500044004600206587686353ef4ee54f7f752800200020004100630072006f00620061007400204e0e002000520065006100640065007200200035002e00300020548c66f49ad87248672c62535f003002gt CHT ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d5b9a5efa7acb76840020005000440046002065874ef65305542b8f039ad876845f7150cf89e367905ea6ff0c4fbf65bc63d066075217537054c18cea3002005000440046002065874ef653ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000520065006100640065007200200035002e0030002053ca66f465b07248672c4f86958b555f3002gt gtgtgtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 6: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung

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

5 Literatur 166

5 Literatur

[1] A D Robertson Trends in Biochem Sci 2002 27 521-526

[2] H Dugas Bioorganic Chemistry Springer Verlag New York 1996

[3] J-M Lehn Angew Chem 1988 100 91-116

[4] R Breslow J Chem Educ 1998 75 705-718

[5] H Waldmann Bioorg Med Chem 2003 11 3045-3051

[6] S C Zimmerman A D Hamilton Curr Opin Chem Biol 1999 3 711-713

[7] H-J Schneider Angew Chem 1991 103 1419-1439

[8] R Breslow Isr J Chem 1979 18 187-191

[9] H-J Boumlhm G Klebe H Kubinyi Wirkstoffdesign Spektrum Akademischer Verlag

Heidelberg 1996

[10] E A Meyer R K Castellano F Diederich Angew Chem 2003 115 1244-1287

[11] M Maue T Schrader Angew Chem 2005 117 2305-2310

[12] E Fischer Chem Ber 1894 27 2985-2993

[13] K L Wolf H Frahm H Harms Z Phys Chem (B) 1937 36 237-287

[14] J-M Lehn Pure amp Appl Chem 1979 50 871-892

[15] D J Cram J M Cram Science 1974 183 803-809

[16] E P Kyba R C Helgeson K Madan G W Gokel T L Tarnowski S S Moore

D J Cram J Am Chem Soc 1977 99 2564-2571

[17] D J Cram M deGrandpre C B Knobler K N Trueblood J Am Chem Soc 1984

106 3286-3292

[18] F Diederich B Felber Proc Natl Acad Sci 2002 99 4778-4781

[19] A V Davis R M Yeh K N Raymond Proc Natl Acad Sci 2002 99 4793-4796

[20] J Sherman Chem Commun 2003 1617-1623

[21] A Mulder J Huskens D N Reinhoudt Org Biomol Chem 2004 2 3409-3424

[22] C-W Chen H W Whitlock J Am Chem Soc 1978 100 4921-4922

[23] S C Zimmerman Top Curr Chem 1993 165 71-102

[24] J C Adrian C S Wilcox J Am Chem Soc 1989 111 8055-8057

[25] D Mink G Deslongschamps Tetrahedron Lett 1996 37 7035-7038

[26] L J DSouza U Maitra J Org Chem 1996 61 9494-9502

[27] P Magnus J C Morris V Lynch Synthesis 1997 506-508

[28] T Haino M Yanase Y Fukazawa Angew Chem 1998 110 1044-1046

[29] F C Krebs M Joslashrgensen J Org Chem 2001 66 6169-6173

5 Literatur 167

[30] O Molt D Ruumlbeling T Schrader J Am Chem Soc 2003 125 12086-12087

[31] H M Colquhoun Z Zhu Angew Chem 2004 116 5150-5155

[32] J Rebek Angew Chem 1990 102 261-272

[33] R P Sijbesma R J M Nolte Top Curr Chem 1995 175 26-56

[34] A E Rowan J A A W Elemans R J M Nolte Acc Chem Res 1999 32 995-

1006

[35] J A A W Elemans A E Rowan R J M Nolte Ind Eng Chem Res 2000 39

3419-3428

[36] J N H Reek J A A W Elemans R de Gelder P T Beurskens A E Rowan R J

M Nolte Tetrahedron 2003 59 175-185

[37] J N H Reek A H Priem H Engelkamp A E Rowan J A A W Elemans R J

M Nolte J Am Chem Soc 1997 119 9956-9964

[38] M Harmata T Murray J Org Chem 1989 54 3761-3763

[39] M Harmata C L Barnes J Am Chem Soc 1990 112 5655-5657

[40] M Harmata Acc Chem Res 2004 37 862-873

[41] H Kurebayashi T Haino S Usui Y Fukazawa Tetrahedron 2001 57 8667-8674

[42] C A Hunter K R Lawson J Perkins C J Urch J Chem Soc Perkin Trans 2

2001 651-669

[43] L Sharma J Incl Phen Macrocycl Chem 1998 31 161-167

[44] H Nemoto T Kawano N Ueji N Sakamoto T Araki N Miyoshi I Suzuki M

Shibuya Tetrahedron Lett 2005 46 551-553

[45] F-G Klaumlrner J Benkhoff R Boese U Burkert M Kamieth U Naatz Angew

Chem 1996 108 1195-1198

[46] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner A E Wigger Tetrahedron Lett 1994 35 73-

76

[47] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner Liebigs AnnRecueil 1997 501-516

[48] F-G Klaumlrner J Panitzky D Blaumlser R Boese Tetrahedron 2001 57 3673-3697

[49] F-G Klaumlrner B Kahlert R Boese D Blaumlser A Juris F Marchioni Chem Eur J

2005 11 3363-3374

[50] F-G Klaumlrner B Kahlert Acc Chem Res 2003 36 919-932

[51] X-Z Zhu C-F Chen J Org Chem 2005 70 917-924

[52] M Kamieth F-G Klaumlrner J Prakt Chem 1999 34 245-251

[53] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Benet-Buchholz Chem Eur J

1999 5 1700-1707

5 Literatur 168

[54] M Kamieth F-G Klaumlrner F Diederich Angew Chem 1998 110 3497-3500

[55] F Marchioni A Juris M Lobert U P Seelbach B Kahlert F-G Klaumlrner New J

Chem 2005 29 780-784

[56] F-G Klaumlrner J Panitzky D Preda L T Scott J Mol Model 2000 6 318-327

[57] F-G Klaumlrner J Polkowska J Panitzky U P Seelbach U Burkert M Kamieth M

Baumann A E Wigger R Boese D Blaumlser Eur J Org Chem 2004 1405-1423

[58] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Phys Org Chem 2000 13 604-

611

[59] S P Brown T Schaller U P Seelbach F Koziol C Ochsenfeld F-G Klaumlrner W

H Spiess Angew Chem 2001 113 740-743

[60] C Ochsenfeld F Koziol S P Brown T Schaller U P Seelbach F-G Klaumlrner

Solid State Nucl Magn Reson 2002 22 128-153

[61] C Ochsenfeld J Kussmann F Koziol Angew Chem 2004 116 4585-4589

[62] R Ruloff U P Seelbach A E Merbach F-G Klaumlrner J Phys Org Chem 2002

15 189-196

[63] M Kamieth U Burkert P S Corbin S J Dell S C Zimmerman F-G Klaumlrner

Eur J Org Chem 1999 2741-2749

[64] C Jasper Diplomarbeit Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2001

[65] C Jasper T Schrader J Panitzky F-G Klaumlrner Angew Chem 2002 114 1411-

1415

[66] T Schrader Angew Chem 1996 108 2816-2818

[67] T Schrader J Am Chem Soc 1998 120 11816-11817

[68] M Herm T Schrader Chem Eur J 2000 6 47-53

[69] T Schrader Chem Eur J 1997 3 1537-1541

[70] T Schrader Tetrahedron Lett 1998 39 517-520

[71] J C Ma D A Dougherty Chem Rev 1997 97 1303-1324

[72] Die elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale wurden von Prof F-G Klaumlrner

(Universitaumlt Duisburg-Essen Essen) berechnet

[73] M Kamieth Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 1998

[74] J Panitzky Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 2001

[75] M Fokkens C Jasper T Schrader F Koziol C Ochsenfeld J Polkowska M

Lobert B Kahlert F-G Klaumlrner Chem Eur J 2005 11 477-494

[76] D N Butler R A Snow Can J Chem 1975 53 256-262

[77] B Atasoy F Bayramoglu T Houmlkelek Tetrahedron 1994 50 5753-5764

5 Literatur 169

[78] C Verhaelen Essen 2002 Persoumlnliche Mitteilung

[79] L Fielding Tetrahedron 2000 56 6151-6170

[80] J A A W Elemans M B Claase P P M Aarts A E Rowan A Schenning R J

M Nolte J Org Chem 1999 64 7009-7016

[81] C T Lauhon J W Szostak J Am Chem Soc 1995 117 1246-1257

[82] D Voet J G Voet Biochemie VCH Weinheim 1994

[83] A Ferscht Enzyme Structure and Mechanism W H Freeman and Company New

York 1985

[84] L Gorton E Domiacutenguez in Bioelectrochemistry (Eds A J Bard M Stratmann G

S Wilson) Wiley-VCH GmbH Weinheim 2002

[85] A Wilkinson J Day R Bowater Mol Microbiol 2001 40 1241-1248

[86] J Y Lee C Chang H K Song J Moon J K Yang H-K Kim S-T Kwon S W

Suh EMBO J 2000 19 1119-1129

[87] M G Rossmann D Moras K W Olsen Nature 1974 250 194-199

[88] A M Lesk Curr Opin Struct Biol 1995 5 775-783

[89] C A Bottoms P E Smith J J Tanner Protein Sci 2002 11 2125-2137

[90] S Ramaswamy M ElAhmad O Danielsson H Joumlrnvall H Eklund Protein Sci

1996 5 663-671

[91] F P Schmidtchen Chem Ber 1981 114 597-607

[92] H Fenniri M W Hosseini J-M Lehn Helv Chim Acta 1997 80 786-803

[93] A Domeacutenech E Garciacutea-Espantildea J A Ramiacuterez B Celda M C Martiacutenez D

Monleoacuten R Tejero A Bencini A Bianchi J Chem Soc Perkin Trans 2 1999 23-

32

[94] F-G Klaumlrner Essen 2005 Persoumlnliche Mitteilung

[95] S Ben-Shabat C A Parish M Hashimoto J Liu K Nakanishi J R Sparrow

Bioorg Med Chem Lett 2001 11 1533-1540

[96] G Wolf Nutrition Rev 2003 61 342-346

[97] C N Keilhauer B H F Weber BIOspektrum 2003 Heft 1 1-4

[98] H Shaban C Borraacutes J Vintildea C Richter Exp Eye Res 2002 75 99-108

[99] J R Sparrow A S Miller J Zhou J Cataract Refract Surg 2004 30 873-878

[100] C A Parish M Hashimoto K Nakanishi J Dillon J R Sparrow Proc Natl Acad

Sci 1998 95 14609-14613

[101] M Suter C Remeacute C Grimm A Wenzel M Jaumlaumlttela P Esser N Kociok M Leist

C Richter J Biol Chem 2000 275 39625-39630

5 Literatur 170

[102] S De T Sakmar J Gen Physiol 2002 120 147-157

[103] S Ben-Shabat Y Itagaki S Jockusch J R Sparrow N J Turro K Nakanishi

Angew Chem 2002 114 842-845

[104] J R Sparrow N Fishkin J Zhou B Cai Y P Jang S Krane Y Itagaki K

Nakanishi Vision Res 2003 43 2983-2990

[105] Das A2E wurde uns freundlicherweise von Dr Christoph Richter (ETH Zuumlrich) zur

Verfuumlgung gestellt

[106] K Ariga T Kunitake Acc Chem Res 1998 31 371-378

[107] P W Atkins Physical Chemistry Oxford University Press Oxford 1994

[108] H Rehage B Achenbach F-G Klaumlrner Langmuir 2002 18 7115-7119

[109] S Sivakova S J Rowan Chem Soc Rev 2005 34 9-21

[110] A D Hamilton N Pant A Muehldorf Pure amp Appl Chem 1988 60 533-538

[111] B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones K Parris K Williams J

Rebek J Am Chem Soc 1989 111 1082-1090

[112] K Williams B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones J Rebek J Am

Chem Soc 1989 111 1090-1094

[113] S C Zimmerman W Wu Z Zeng J Am Chem Soc 1991 113 196-201

[114] A V Eliseev H-J Schneider J Am Chem Soc 1994 116 6081-6088

[115] O F Schall G W Gokel J Am Chem Soc 1994 116 6089-6100

[116] V Kraacutel A Cattani A Sinica F P Schmidtchen Tetrahedron 1999 55 7829-7834

[117] M Takase M Inouye J Org Chem 2003 68 1134-1137

[118] M C Rotger J F Gonzaacutelez P Ballester P M Deyagrave A Costa J Org Chem 1994

59 4501-4505

[119] Y Kato M M Conn J Rebek Proc Natl Acad Sci 1995 92 1208-1212

[120] R Luo M K Gilson J Am Chem Soc 2000 122 2934-2927

[121] P Cudic M Žinic V Tomišic V Simeon J-P Vigneron J-M Lehn J Chem Soc

Chem Commun 1995 1073-1075

[122] J Balzarini P Herdewijn E De Clercq J Biol Chem 1989 264 6127-6133

[123] D Wu J G Clement W M Pardridge Brain Res 1998 791 313-316

[124] P Ballester M A Barceloacute A Costa P M Deyagrave J Morey M Orell C A Hunter

Tetrahedron Lett 2000 41 3849-3853

[125] S R Waldvogel R Froumlhlich C A Schalley Angew Chem 2000 112 2580-2583

[126] S Goswami A K Mahapatra R Mukherjee J Chem Soc Perkin Trans 1 2001

2717-2726

5 Literatur 171

[127] R Fiammengo M Crego-Calama P Timmerman D N Reinhoudt Chem Eur J

2003 9 784-792

[128] F Jordan Nat Prod Rep 2003 20 184-201

[129] C K Singleton P R Martin Curr Mol Med 2001 1 197-207

[130] A Schellenberger Biochim Biophys Acta 1998 1385 177-186

[131] L Reed Acc Chem Res 1974 7 40-46

[132] M Pohl B Lingen M Muumlller Chem Eur J 2002 8 5288-5295

[133] F Guo D Zhang A Kahyaoglu R S Farid F Jordan Biochemistry 1998 37

13379-13391

[134] S Koumlnig A Schellenberger H Neef G Schneider J Biol Chem 1994 269 10879-

10882

[135] V Sklenar M Piotto R Leppik V Saudek J Magn Res (A) 1993 102 241-245

[136] O Molt D Ruumlbeling G Schaumlfer T Schrader Chem Eur J 2004 10 4225-4232

[137] T Schrader J Org Chem 1998 63 264-272

[138] T Schrader J Incl Phen Macrocycl Chem 1999 34 117-129

[139] A M Burger A K Seth Eur J Cancer 2004 40 2217-2229

[140] R N Dutnall S T Tafrov R Sternglanz V Ramakrishnan Cell 1998 94 427-438

[141] J W Cuozzo G G Sahagian J Biol Chem 1994 269 14490-14496

[142] J-S Yang S Y Lee M Gao S Bourgoin P A Randazzo R T Premont V W

Hsu J Cell Biol 2002 159 69-78

[143] D H Williams B Bardsley Angew Chem 1999 111 1264-1286

[144] C Guttman Dermatology Times 1 September 2002

[145] L O Tjernberg C Lilliehoumloumlk D J E Callaway J Naumlslund S Hahne J Thyberg L

Tereius C Nordstedt J Biol Chem 1997 272 12601-12605

[146] G Varani Acc Chem Res 1997 30 189-195

[147] R O Hynes Cell 1992 69 11-25

[148] A E Aplin A Howe S K Alahari R L Juliano Pharmacol Rev 1998 50 197-

263

[149] E Eiriacuteksdoacutettir H Myrberg M Hansen Uuml Langel Drug Design Rev - Online 2004

1 164-173

[150] K Fuji K Tsubaki K Tanaka N Hayashi T Otsubo T Kinoshita J Am Chem

Soc 1999 121 3807-3808

[151] C P Mandl B Koumlnig J Org Chem 2005 70 670-674

5 Literatur 172

[152] N Douteau-Gueacutevel F Perret A W Coleman J-P Morel N Morel-Desrosiers J

Chem Soc Perkin Trans 2 2002 524-532

[153] G Cafeo G Gattuso F H Kohnke A Notti S Occhipinti S Pappalardo M F

Parisi Angew Chem 2002 114 2226-2230

[154] S E Thompson D B Smithrud J Am Chem Soc 2002 124 442-449

[155] S M Ngola P C Kearney S Mecozzi K Russell D A Dougherty J Am Chem

Soc 1999 121 1192-1201

[156] T W Bell A B Khasanov M G B Drew A Filikov T L James Angew Chem

1999 111 2705-2709

[157] T W Bell A B Khasanov M G B Drew J Am Chem Soc 2002 124 14092-

14103

[158] K A Schug W Lindner Chem Rev 2005 105 67-113

[159] S Rensing M Arendt A Springer T Grawe T Schrader J Org Chem 2001 66

5814-5821

[160] S Rensing T Schrader Org Lett 2002 4 2161-2164

[161] M Famulok J Am Chem Soc 1994 116 1698-1706

[162] F-G Klaumlrner C Verhaelen C A Schalley U Hahn F Voumlgtle Angew Chem 2005

117 481-485

[163] C A Burnett D Witt J C Fettinger L Isaacs J Org Chem 2003 68 6184-6191

[164] M L Doyle Curr Opin Biotechn 1997 8 31-35

[165] M J Blandamer P M Cullis J B F N Engberts J Chem Soc Faraday Trans

1998 94 2261-2267

[166] I Jelesarov H R Bosshard J Mol Recognit 1999 12 3-18

[167] G A Holdgate BioTechniques 2001 30 164-184

[168] T Wiseman S Williston J F Brandts L-N Lin Anal Biochem 1989 179 131-

137

[169] J E Ladbury B Z Chowdhry Chem Biol 1996 3 791-801

[170] VP-ITC MicroCalorimeter Users Manual Microcal LLC Northampton MA USA

[171] J Fokkens Dissertation Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2005

[172] W B Turnbull A H Daranas J Am Chem Soc 2003 125 14859-11486

[173] M J Blandamer P M Cullis P T Gleeson Chem Soc Rev 2003 32 264-267

[174] F Dullweber M T Stubbs ETH Musil J Stuumlrzebecher G Klebe J Mol Biol 2001

313 593-614

[175] J P Gallivan D A Dougherty J Am Chem Soc 2000 122 870-874

5 Literatur 173

[176] T L James K Sandanayake S Shinkai Angew Chem 1996 108 2038-2050

[177] K Dalziel in The Enzymes Vol XI (Ed P D Boyer) Academic Press New York

1975

[178] S P Vincent J-M Lehn J Lazarte C Nicolau Bioorg Med Chem 2002 10 2825-

2834

[179] L S Lerman J Mol Biol 1961 3 18-30

[180] K E Erkkila D T Odom J K Barton Chem Rev 1999 99 2777-2795

[181] A Takaki K Utsumi T Kajiki T Kuroi T Nabeshima Y Yano Chem Lett 1997

75-76

[182] V Gramlich Helv Chim Acta 1999 82 1066-1095

[183] H G O Becker W Berger G Domschke E Fanghaumlnel J Faust M Fischer F

Gentz K Gewald R Gluch R Mayer K Muumlller D Pavel H Schmidt K

Schollberg K Schwetlick E Seiler G Zeppenfeld Organikum J A Barth Verlag

Heidelberg 1996

[184] D D Perrin W L F Armarego Purification of Laboratory Chemicals Pergamon

Press New York 1988

[185] W C Still M Kahn A Mitra J Org Chem 1978 43 2923-2925

[186] H E Gottlieb V Kotyar A Nudelman J Org Chem 1997 62 7512-7515

[187] M Hesse H Meier B Zeeh Spektroskopische Methoden in der Organischen

Chemie Thieme Stuttgart 1995

[188] T G Ruardy J M Schakenraad H C van der Mei H J Busscher Surface Science

Reports 1997 29 1-30

[189] W C Still A Tempczyk R C Hawley T Hendrickson J Am Chem Soc 1990

112 6127-6129

[190] A R Leach Molecular Modelling Pearson Education Limited Harlow 2001

[191] Tripos Sybyl Force Field Manual Version 66 St Louis Missouri 1999

[192] W L DeLano Pymol 097 DeLano Scientific LLC San Carlo California 2004

httpwwwpymolorg

[193] P Job Compt Rend 1925 180 928-930

[194] P Job Compt Rend 1927 185 113-135

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

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveEPSInfo true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName (httpwwwcolororg) PDFXTrapped Unknown Description ltlt FRA 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 ENU (Use these settings to create PDF documents with higher image resolution for improved printing quality The PDF documents can be opened with Acrobat and Reader 50 and later) JPN ltFEFF3053306e8a2d5b9a306f30019ad889e350cf5ea6753b50cf3092542b308000200050004400460020658766f830924f5c62103059308b3068304d306b4f7f75283057307e30593002537052376642306e753b8cea3092670059279650306b4fdd306430533068304c3067304d307e305930023053306e8a2d5b9a30674f5c62103057305f00200050004400460020658766f8306f0020004100630072006f0062006100740020304a30883073002000520065006100640065007200200035002e003000204ee5964d30678868793a3067304d307e30593002gt DEU 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 PTB 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 DAN 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 NLD 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 ESP ltFEFF0055007300650020006500730074006100730020006f007000630069006f006e006500730020007000610072006100200063007200650061007200200064006f00630075006d0065006e0074006f0073002000500044004600200063006f006e0020006d00610079006f00720020007200650073006f006c00750063006900f3006e00200064006500200069006d006100670065006e00200070006100720061002000610075006d0065006e0074006100720020006c0061002000630061006c006900640061006400200061006c00200069006d007000720069006d00690072002e0020004c006f007300200064006f00630075006d0065006e0074006f00730020005000440046002000730065002000700075006500640065006e00200061006200720069007200200063006f006e0020004100630072006f00620061007400200079002000520065006100640065007200200035002e003000200079002000760065007200730069006f006e0065007300200070006f00730074006500720069006f007200650073002egt SUO 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 ITA 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 NOR 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 SVE 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 KOR ltFEFFd5a5c0c1b41c0020c778c1c40020d488c9c8c7440020c5bbae300020c704d5740020ace0d574c0c1b3c4c7580020c774bbf8c9c0b97c0020c0acc6a9d558c5ec00200050004400460020bb38c11cb97c0020b9ccb4e4b824ba740020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c2edc2dcc624002e0020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b9ccb4e000200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe7f6e521b5efa76840020005000440046002065876863ff0c5c065305542b66f49ad8768456fe50cf52068fa87387ff0c4ee563d09ad8625353708d2891cf30028be5002000500044004600206587686353ef4ee54f7f752800200020004100630072006f00620061007400204e0e002000520065006100640065007200200035002e00300020548c66f49ad87248672c62535f003002gt CHT ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d5b9a5efa7acb76840020005000440046002065874ef65305542b8f039ad876845f7150cf89e367905ea6ff0c4fbf65bc63d066075217537054c18cea3002005000440046002065874ef653ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000520065006100640065007200200035002e0030002053ca66f465b07248672c4f86958b555f3002gt gtgtgtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 7: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung

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

5 Literatur 166

5 Literatur

[1] A D Robertson Trends in Biochem Sci 2002 27 521-526

[2] H Dugas Bioorganic Chemistry Springer Verlag New York 1996

[3] J-M Lehn Angew Chem 1988 100 91-116

[4] R Breslow J Chem Educ 1998 75 705-718

[5] H Waldmann Bioorg Med Chem 2003 11 3045-3051

[6] S C Zimmerman A D Hamilton Curr Opin Chem Biol 1999 3 711-713

[7] H-J Schneider Angew Chem 1991 103 1419-1439

[8] R Breslow Isr J Chem 1979 18 187-191

[9] H-J Boumlhm G Klebe H Kubinyi Wirkstoffdesign Spektrum Akademischer Verlag

Heidelberg 1996

[10] E A Meyer R K Castellano F Diederich Angew Chem 2003 115 1244-1287

[11] M Maue T Schrader Angew Chem 2005 117 2305-2310

[12] E Fischer Chem Ber 1894 27 2985-2993

[13] K L Wolf H Frahm H Harms Z Phys Chem (B) 1937 36 237-287

[14] J-M Lehn Pure amp Appl Chem 1979 50 871-892

[15] D J Cram J M Cram Science 1974 183 803-809

[16] E P Kyba R C Helgeson K Madan G W Gokel T L Tarnowski S S Moore

D J Cram J Am Chem Soc 1977 99 2564-2571

[17] D J Cram M deGrandpre C B Knobler K N Trueblood J Am Chem Soc 1984

106 3286-3292

[18] F Diederich B Felber Proc Natl Acad Sci 2002 99 4778-4781

[19] A V Davis R M Yeh K N Raymond Proc Natl Acad Sci 2002 99 4793-4796

[20] J Sherman Chem Commun 2003 1617-1623

[21] A Mulder J Huskens D N Reinhoudt Org Biomol Chem 2004 2 3409-3424

[22] C-W Chen H W Whitlock J Am Chem Soc 1978 100 4921-4922

[23] S C Zimmerman Top Curr Chem 1993 165 71-102

[24] J C Adrian C S Wilcox J Am Chem Soc 1989 111 8055-8057

[25] D Mink G Deslongschamps Tetrahedron Lett 1996 37 7035-7038

[26] L J DSouza U Maitra J Org Chem 1996 61 9494-9502

[27] P Magnus J C Morris V Lynch Synthesis 1997 506-508

[28] T Haino M Yanase Y Fukazawa Angew Chem 1998 110 1044-1046

[29] F C Krebs M Joslashrgensen J Org Chem 2001 66 6169-6173

5 Literatur 167

[30] O Molt D Ruumlbeling T Schrader J Am Chem Soc 2003 125 12086-12087

[31] H M Colquhoun Z Zhu Angew Chem 2004 116 5150-5155

[32] J Rebek Angew Chem 1990 102 261-272

[33] R P Sijbesma R J M Nolte Top Curr Chem 1995 175 26-56

[34] A E Rowan J A A W Elemans R J M Nolte Acc Chem Res 1999 32 995-

1006

[35] J A A W Elemans A E Rowan R J M Nolte Ind Eng Chem Res 2000 39

3419-3428

[36] J N H Reek J A A W Elemans R de Gelder P T Beurskens A E Rowan R J

M Nolte Tetrahedron 2003 59 175-185

[37] J N H Reek A H Priem H Engelkamp A E Rowan J A A W Elemans R J

M Nolte J Am Chem Soc 1997 119 9956-9964

[38] M Harmata T Murray J Org Chem 1989 54 3761-3763

[39] M Harmata C L Barnes J Am Chem Soc 1990 112 5655-5657

[40] M Harmata Acc Chem Res 2004 37 862-873

[41] H Kurebayashi T Haino S Usui Y Fukazawa Tetrahedron 2001 57 8667-8674

[42] C A Hunter K R Lawson J Perkins C J Urch J Chem Soc Perkin Trans 2

2001 651-669

[43] L Sharma J Incl Phen Macrocycl Chem 1998 31 161-167

[44] H Nemoto T Kawano N Ueji N Sakamoto T Araki N Miyoshi I Suzuki M

Shibuya Tetrahedron Lett 2005 46 551-553

[45] F-G Klaumlrner J Benkhoff R Boese U Burkert M Kamieth U Naatz Angew

Chem 1996 108 1195-1198

[46] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner A E Wigger Tetrahedron Lett 1994 35 73-

76

[47] J Benkhoff R Boese F-G Klaumlrner Liebigs AnnRecueil 1997 501-516

[48] F-G Klaumlrner J Panitzky D Blaumlser R Boese Tetrahedron 2001 57 3673-3697

[49] F-G Klaumlrner B Kahlert R Boese D Blaumlser A Juris F Marchioni Chem Eur J

2005 11 3363-3374

[50] F-G Klaumlrner B Kahlert Acc Chem Res 2003 36 919-932

[51] X-Z Zhu C-F Chen J Org Chem 2005 70 917-924

[52] M Kamieth F-G Klaumlrner J Prakt Chem 1999 34 245-251

[53] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Benet-Buchholz Chem Eur J

1999 5 1700-1707

5 Literatur 168

[54] M Kamieth F-G Klaumlrner F Diederich Angew Chem 1998 110 3497-3500

[55] F Marchioni A Juris M Lobert U P Seelbach B Kahlert F-G Klaumlrner New J

Chem 2005 29 780-784

[56] F-G Klaumlrner J Panitzky D Preda L T Scott J Mol Model 2000 6 318-327

[57] F-G Klaumlrner J Polkowska J Panitzky U P Seelbach U Burkert M Kamieth M

Baumann A E Wigger R Boese D Blaumlser Eur J Org Chem 2004 1405-1423

[58] F-G Klaumlrner U Burkert M Kamieth R Boese J Phys Org Chem 2000 13 604-

611

[59] S P Brown T Schaller U P Seelbach F Koziol C Ochsenfeld F-G Klaumlrner W

H Spiess Angew Chem 2001 113 740-743

[60] C Ochsenfeld F Koziol S P Brown T Schaller U P Seelbach F-G Klaumlrner

Solid State Nucl Magn Reson 2002 22 128-153

[61] C Ochsenfeld J Kussmann F Koziol Angew Chem 2004 116 4585-4589

[62] R Ruloff U P Seelbach A E Merbach F-G Klaumlrner J Phys Org Chem 2002

15 189-196

[63] M Kamieth U Burkert P S Corbin S J Dell S C Zimmerman F-G Klaumlrner

Eur J Org Chem 1999 2741-2749

[64] C Jasper Diplomarbeit Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2001

[65] C Jasper T Schrader J Panitzky F-G Klaumlrner Angew Chem 2002 114 1411-

1415

[66] T Schrader Angew Chem 1996 108 2816-2818

[67] T Schrader J Am Chem Soc 1998 120 11816-11817

[68] M Herm T Schrader Chem Eur J 2000 6 47-53

[69] T Schrader Chem Eur J 1997 3 1537-1541

[70] T Schrader Tetrahedron Lett 1998 39 517-520

[71] J C Ma D A Dougherty Chem Rev 1997 97 1303-1324

[72] Die elektrostatischen Oberflaumlchenpotentiale wurden von Prof F-G Klaumlrner

(Universitaumlt Duisburg-Essen Essen) berechnet

[73] M Kamieth Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 1998

[74] J Panitzky Dissertation Universitaumlt Essen (Essen) 2001

[75] M Fokkens C Jasper T Schrader F Koziol C Ochsenfeld J Polkowska M

Lobert B Kahlert F-G Klaumlrner Chem Eur J 2005 11 477-494

[76] D N Butler R A Snow Can J Chem 1975 53 256-262

[77] B Atasoy F Bayramoglu T Houmlkelek Tetrahedron 1994 50 5753-5764

5 Literatur 169

[78] C Verhaelen Essen 2002 Persoumlnliche Mitteilung

[79] L Fielding Tetrahedron 2000 56 6151-6170

[80] J A A W Elemans M B Claase P P M Aarts A E Rowan A Schenning R J

M Nolte J Org Chem 1999 64 7009-7016

[81] C T Lauhon J W Szostak J Am Chem Soc 1995 117 1246-1257

[82] D Voet J G Voet Biochemie VCH Weinheim 1994

[83] A Ferscht Enzyme Structure and Mechanism W H Freeman and Company New

York 1985

[84] L Gorton E Domiacutenguez in Bioelectrochemistry (Eds A J Bard M Stratmann G

S Wilson) Wiley-VCH GmbH Weinheim 2002

[85] A Wilkinson J Day R Bowater Mol Microbiol 2001 40 1241-1248

[86] J Y Lee C Chang H K Song J Moon J K Yang H-K Kim S-T Kwon S W

Suh EMBO J 2000 19 1119-1129

[87] M G Rossmann D Moras K W Olsen Nature 1974 250 194-199

[88] A M Lesk Curr Opin Struct Biol 1995 5 775-783

[89] C A Bottoms P E Smith J J Tanner Protein Sci 2002 11 2125-2137

[90] S Ramaswamy M ElAhmad O Danielsson H Joumlrnvall H Eklund Protein Sci

1996 5 663-671

[91] F P Schmidtchen Chem Ber 1981 114 597-607

[92] H Fenniri M W Hosseini J-M Lehn Helv Chim Acta 1997 80 786-803

[93] A Domeacutenech E Garciacutea-Espantildea J A Ramiacuterez B Celda M C Martiacutenez D

Monleoacuten R Tejero A Bencini A Bianchi J Chem Soc Perkin Trans 2 1999 23-

32

[94] F-G Klaumlrner Essen 2005 Persoumlnliche Mitteilung

[95] S Ben-Shabat C A Parish M Hashimoto J Liu K Nakanishi J R Sparrow

Bioorg Med Chem Lett 2001 11 1533-1540

[96] G Wolf Nutrition Rev 2003 61 342-346

[97] C N Keilhauer B H F Weber BIOspektrum 2003 Heft 1 1-4

[98] H Shaban C Borraacutes J Vintildea C Richter Exp Eye Res 2002 75 99-108

[99] J R Sparrow A S Miller J Zhou J Cataract Refract Surg 2004 30 873-878

[100] C A Parish M Hashimoto K Nakanishi J Dillon J R Sparrow Proc Natl Acad

Sci 1998 95 14609-14613

[101] M Suter C Remeacute C Grimm A Wenzel M Jaumlaumlttela P Esser N Kociok M Leist

C Richter J Biol Chem 2000 275 39625-39630

5 Literatur 170

[102] S De T Sakmar J Gen Physiol 2002 120 147-157

[103] S Ben-Shabat Y Itagaki S Jockusch J R Sparrow N J Turro K Nakanishi

Angew Chem 2002 114 842-845

[104] J R Sparrow N Fishkin J Zhou B Cai Y P Jang S Krane Y Itagaki K

Nakanishi Vision Res 2003 43 2983-2990

[105] Das A2E wurde uns freundlicherweise von Dr Christoph Richter (ETH Zuumlrich) zur

Verfuumlgung gestellt

[106] K Ariga T Kunitake Acc Chem Res 1998 31 371-378

[107] P W Atkins Physical Chemistry Oxford University Press Oxford 1994

[108] H Rehage B Achenbach F-G Klaumlrner Langmuir 2002 18 7115-7119

[109] S Sivakova S J Rowan Chem Soc Rev 2005 34 9-21

[110] A D Hamilton N Pant A Muehldorf Pure amp Appl Chem 1988 60 533-538

[111] B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones K Parris K Williams J

Rebek J Am Chem Soc 1989 111 1082-1090

[112] K Williams B Askew P Ballester C Buhr K S Jeong S Jones J Rebek J Am

Chem Soc 1989 111 1090-1094

[113] S C Zimmerman W Wu Z Zeng J Am Chem Soc 1991 113 196-201

[114] A V Eliseev H-J Schneider J Am Chem Soc 1994 116 6081-6088

[115] O F Schall G W Gokel J Am Chem Soc 1994 116 6089-6100

[116] V Kraacutel A Cattani A Sinica F P Schmidtchen Tetrahedron 1999 55 7829-7834

[117] M Takase M Inouye J Org Chem 2003 68 1134-1137

[118] M C Rotger J F Gonzaacutelez P Ballester P M Deyagrave A Costa J Org Chem 1994

59 4501-4505

[119] Y Kato M M Conn J Rebek Proc Natl Acad Sci 1995 92 1208-1212

[120] R Luo M K Gilson J Am Chem Soc 2000 122 2934-2927

[121] P Cudic M Žinic V Tomišic V Simeon J-P Vigneron J-M Lehn J Chem Soc

Chem Commun 1995 1073-1075

[122] J Balzarini P Herdewijn E De Clercq J Biol Chem 1989 264 6127-6133

[123] D Wu J G Clement W M Pardridge Brain Res 1998 791 313-316

[124] P Ballester M A Barceloacute A Costa P M Deyagrave J Morey M Orell C A Hunter

Tetrahedron Lett 2000 41 3849-3853

[125] S R Waldvogel R Froumlhlich C A Schalley Angew Chem 2000 112 2580-2583

[126] S Goswami A K Mahapatra R Mukherjee J Chem Soc Perkin Trans 1 2001

2717-2726

5 Literatur 171

[127] R Fiammengo M Crego-Calama P Timmerman D N Reinhoudt Chem Eur J

2003 9 784-792

[128] F Jordan Nat Prod Rep 2003 20 184-201

[129] C K Singleton P R Martin Curr Mol Med 2001 1 197-207

[130] A Schellenberger Biochim Biophys Acta 1998 1385 177-186

[131] L Reed Acc Chem Res 1974 7 40-46

[132] M Pohl B Lingen M Muumlller Chem Eur J 2002 8 5288-5295

[133] F Guo D Zhang A Kahyaoglu R S Farid F Jordan Biochemistry 1998 37

13379-13391

[134] S Koumlnig A Schellenberger H Neef G Schneider J Biol Chem 1994 269 10879-

10882

[135] V Sklenar M Piotto R Leppik V Saudek J Magn Res (A) 1993 102 241-245

[136] O Molt D Ruumlbeling G Schaumlfer T Schrader Chem Eur J 2004 10 4225-4232

[137] T Schrader J Org Chem 1998 63 264-272

[138] T Schrader J Incl Phen Macrocycl Chem 1999 34 117-129

[139] A M Burger A K Seth Eur J Cancer 2004 40 2217-2229

[140] R N Dutnall S T Tafrov R Sternglanz V Ramakrishnan Cell 1998 94 427-438

[141] J W Cuozzo G G Sahagian J Biol Chem 1994 269 14490-14496

[142] J-S Yang S Y Lee M Gao S Bourgoin P A Randazzo R T Premont V W

Hsu J Cell Biol 2002 159 69-78

[143] D H Williams B Bardsley Angew Chem 1999 111 1264-1286

[144] C Guttman Dermatology Times 1 September 2002

[145] L O Tjernberg C Lilliehoumloumlk D J E Callaway J Naumlslund S Hahne J Thyberg L

Tereius C Nordstedt J Biol Chem 1997 272 12601-12605

[146] G Varani Acc Chem Res 1997 30 189-195

[147] R O Hynes Cell 1992 69 11-25

[148] A E Aplin A Howe S K Alahari R L Juliano Pharmacol Rev 1998 50 197-

263

[149] E Eiriacuteksdoacutettir H Myrberg M Hansen Uuml Langel Drug Design Rev - Online 2004

1 164-173

[150] K Fuji K Tsubaki K Tanaka N Hayashi T Otsubo T Kinoshita J Am Chem

Soc 1999 121 3807-3808

[151] C P Mandl B Koumlnig J Org Chem 2005 70 670-674

5 Literatur 172

[152] N Douteau-Gueacutevel F Perret A W Coleman J-P Morel N Morel-Desrosiers J

Chem Soc Perkin Trans 2 2002 524-532

[153] G Cafeo G Gattuso F H Kohnke A Notti S Occhipinti S Pappalardo M F

Parisi Angew Chem 2002 114 2226-2230

[154] S E Thompson D B Smithrud J Am Chem Soc 2002 124 442-449

[155] S M Ngola P C Kearney S Mecozzi K Russell D A Dougherty J Am Chem

Soc 1999 121 1192-1201

[156] T W Bell A B Khasanov M G B Drew A Filikov T L James Angew Chem

1999 111 2705-2709

[157] T W Bell A B Khasanov M G B Drew J Am Chem Soc 2002 124 14092-

14103

[158] K A Schug W Lindner Chem Rev 2005 105 67-113

[159] S Rensing M Arendt A Springer T Grawe T Schrader J Org Chem 2001 66

5814-5821

[160] S Rensing T Schrader Org Lett 2002 4 2161-2164

[161] M Famulok J Am Chem Soc 1994 116 1698-1706

[162] F-G Klaumlrner C Verhaelen C A Schalley U Hahn F Voumlgtle Angew Chem 2005

117 481-485

[163] C A Burnett D Witt J C Fettinger L Isaacs J Org Chem 2003 68 6184-6191

[164] M L Doyle Curr Opin Biotechn 1997 8 31-35

[165] M J Blandamer P M Cullis J B F N Engberts J Chem Soc Faraday Trans

1998 94 2261-2267

[166] I Jelesarov H R Bosshard J Mol Recognit 1999 12 3-18

[167] G A Holdgate BioTechniques 2001 30 164-184

[168] T Wiseman S Williston J F Brandts L-N Lin Anal Biochem 1989 179 131-

137

[169] J E Ladbury B Z Chowdhry Chem Biol 1996 3 791-801

[170] VP-ITC MicroCalorimeter Users Manual Microcal LLC Northampton MA USA

[171] J Fokkens Dissertation Philipps-Universitaumlt Marburg (Marburg) 2005

[172] W B Turnbull A H Daranas J Am Chem Soc 2003 125 14859-11486

[173] M J Blandamer P M Cullis P T Gleeson Chem Soc Rev 2003 32 264-267

[174] F Dullweber M T Stubbs ETH Musil J Stuumlrzebecher G Klebe J Mol Biol 2001

313 593-614

[175] J P Gallivan D A Dougherty J Am Chem Soc 2000 122 870-874

5 Literatur 173

[176] T L James K Sandanayake S Shinkai Angew Chem 1996 108 2038-2050

[177] K Dalziel in The Enzymes Vol XI (Ed P D Boyer) Academic Press New York

1975

[178] S P Vincent J-M Lehn J Lazarte C Nicolau Bioorg Med Chem 2002 10 2825-

2834

[179] L S Lerman J Mol Biol 1961 3 18-30

[180] K E Erkkila D T Odom J K Barton Chem Rev 1999 99 2777-2795

[181] A Takaki K Utsumi T Kajiki T Kuroi T Nabeshima Y Yano Chem Lett 1997

75-76

[182] V Gramlich Helv Chim Acta 1999 82 1066-1095

[183] H G O Becker W Berger G Domschke E Fanghaumlnel J Faust M Fischer F

Gentz K Gewald R Gluch R Mayer K Muumlller D Pavel H Schmidt K

Schollberg K Schwetlick E Seiler G Zeppenfeld Organikum J A Barth Verlag

Heidelberg 1996

[184] D D Perrin W L F Armarego Purification of Laboratory Chemicals Pergamon

Press New York 1988

[185] W C Still M Kahn A Mitra J Org Chem 1978 43 2923-2925

[186] H E Gottlieb V Kotyar A Nudelman J Org Chem 1997 62 7512-7515

[187] M Hesse H Meier B Zeeh Spektroskopische Methoden in der Organischen

Chemie Thieme Stuttgart 1995

[188] T G Ruardy J M Schakenraad H C van der Mei H J Busscher Surface Science

Reports 1997 29 1-30

[189] W C Still A Tempczyk R C Hawley T Hendrickson J Am Chem Soc 1990

112 6127-6129

[190] A R Leach Molecular Modelling Pearson Education Limited Harlow 2001

[191] Tripos Sybyl Force Field Manual Version 66 St Louis Missouri 1999

[192] W L DeLano Pymol 097 DeLano Scientific LLC San Carlo California 2004

httpwwwpymolorg

[193] P Job Compt Rend 1925 180 928-930

[194] P Job Compt Rend 1927 185 113-135

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

ltlt ASCII85EncodePages false AllowTransparency false AutoPositionEPSFiles true AutoRotatePages All Binding Left CalGrayProfile (Dot Gain 20) CalRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CalCMYKProfile (US Web Coated 050SWOP051 v2) sRGBProfile (sRGB IEC61966-21) CannotEmbedFontPolicy Warning CompatibilityLevel 14 CompressObjects Tags CompressPages true ConvertImagesToIndexed true PassThroughJPEGImages true CreateJDFFile false CreateJobTicket false DefaultRenderingIntent Default DetectBlends true ColorConversionStrategy LeaveColorUnchanged DoThumbnails false EmbedAllFonts true EmbedJobOptions true DSCReportingLevel 0 EmitDSCWarnings false EndPage -1 ImageMemory 1048576 LockDistillerParams false MaxSubsetPct 100 Optimize true OPM 1 ParseDSCComments true ParseDSCCommentsForDocInfo true PreserveCopyPage true PreserveEPSInfo true PreserveHalftoneInfo false PreserveOPIComments false PreserveOverprintSettings true StartPage 1 SubsetFonts true TransferFunctionInfo Apply UCRandBGInfo Preserve UsePrologue false ColorSettingsFile () AlwaysEmbed [ true ] NeverEmbed [ true ] AntiAliasColorImages false DownsampleColorImages true ColorImageDownsampleType Bicubic ColorImageResolution 300 ColorImageDepth -1 ColorImageDownsampleThreshold 150000 EncodeColorImages true ColorImageFilter DCTEncode AutoFilterColorImages true ColorImageAutoFilterStrategy JPEG ColorACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt ColorImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000ColorACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000ColorImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasGrayImages false DownsampleGrayImages true GrayImageDownsampleType Bicubic GrayImageResolution 300 GrayImageDepth -1 GrayImageDownsampleThreshold 150000 EncodeGrayImages true GrayImageFilter DCTEncode AutoFilterGrayImages true GrayImageAutoFilterStrategy JPEG GrayACSImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt GrayImageDict ltlt QFactor 015 HSamples [1 1 1 1] VSamples [1 1 1 1] gtgt JPEG2000GrayACSImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt JPEG2000GrayImageDict ltlt TileWidth 256 TileHeight 256 Quality 30 gtgt AntiAliasMonoImages false DownsampleMonoImages true MonoImageDownsampleType Bicubic MonoImageResolution 1200 MonoImageDepth -1 MonoImageDownsampleThreshold 150000 EncodeMonoImages true MonoImageFilter CCITTFaxEncode MonoImageDict ltlt K -1 gtgt AllowPSXObjects false PDFX1aCheck false PDFX3Check false PDFXCompliantPDFOnly false PDFXNoTrimBoxError true PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXSetBleedBoxToMediaBox true PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 000000 000000 000000 000000 ] PDFXOutputIntentProfile () PDFXOutputCondition () PDFXRegistryName (httpwwwcolororg) PDFXTrapped Unknown Description ltlt FRA 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 ENU (Use these settings to create PDF documents with higher image resolution for improved printing quality The PDF documents can be opened with Acrobat and Reader 50 and later) JPN ltFEFF3053306e8a2d5b9a306f30019ad889e350cf5ea6753b50cf3092542b308000200050004400460020658766f830924f5c62103059308b3068304d306b4f7f75283057307e30593002537052376642306e753b8cea3092670059279650306b4fdd306430533068304c3067304d307e305930023053306e8a2d5b9a30674f5c62103057305f00200050004400460020658766f8306f0020004100630072006f0062006100740020304a30883073002000520065006100640065007200200035002e003000204ee5964d30678868793a3067304d307e30593002gt DEU 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 PTB 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 DAN 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 NLD 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 ESP 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 SUO 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 ITA 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 NOR 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 SVE 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 KOR ltFEFFd5a5c0c1b41c0020c778c1c40020d488c9c8c7440020c5bbae300020c704d5740020ace0d574c0c1b3c4c7580020c774bbf8c9c0b97c0020c0acc6a9d558c5ec00200050004400460020bb38c11cb97c0020b9ccb4e4b824ba740020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c2edc2dcc624002e0020c7740020c124c815c7440020c0acc6a9d558c5ec0020b9ccb4e000200050004400460020bb38c11cb2940020004100630072006f0062006100740020bc0f002000520065006100640065007200200035002e00300020c774c0c1c5d0c11c0020c5f40020c2180020c788c2b5b2c8b2e4002egt CHS ltFEFF4f7f75288fd94e9b8bbe7f6e521b5efa76840020005000440046002065876863ff0c5c065305542b66f49ad8768456fe50cf52068fa87387ff0c4ee563d09ad8625353708d2891cf30028be5002000500044004600206587686353ef4ee54f7f752800200020004100630072006f00620061007400204e0e002000520065006100640065007200200035002e00300020548c66f49ad87248672c62535f003002gt CHT ltFEFF4f7f752890194e9b8a2d5b9a5efa7acb76840020005000440046002065874ef65305542b8f039ad876845f7150cf89e367905ea6ff0c4fbf65bc63d066075217537054c18cea3002005000440046002065874ef653ef4ee54f7f75280020004100630072006f0062006100740020548c002000520065006100640065007200200035002e0030002053ca66f465b07248672c4f86958b555f3002gt gtgtgtgt setdistillerparamsltlt HWResolution [2400 2400] PageSize [612000 792000]gtgt setpagedevice

Page 8: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 9: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 10: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 11: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 12: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 13: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 14: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 15: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 16: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 17: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 18: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 19: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 20: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 21: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 22: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 23: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 24: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 25: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 26: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 27: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 28: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 29: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 30: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 31: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 32: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 33: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 34: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 35: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 36: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 37: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 38: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 39: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 40: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 41: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 42: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 43: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 44: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 45: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 46: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 47: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 48: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 49: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 50: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 51: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 52: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 53: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 54: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 55: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 56: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 57: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 58: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 59: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 60: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 61: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 62: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 63: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 64: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 65: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 66: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 67: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 68: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 69: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 70: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 71: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 72: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 73: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 74: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 75: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 76: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 77: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 78: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 79: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 80: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 81: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 82: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 83: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 84: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 85: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 86: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 87: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 88: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 89: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 90: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 91: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 92: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 93: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 94: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 95: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 96: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 97: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 98: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 99: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 100: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 101: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 102: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 103: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 104: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 105: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 106: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 107: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 108: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 109: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 110: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 111: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 112: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 113: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 114: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 115: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 116: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 117: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 118: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 119: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 120: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 121: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 122: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 123: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 124: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 125: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 126: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 127: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 128: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 129: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 130: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 131: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 132: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 133: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 134: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 135: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 136: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 137: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 138: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 139: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 140: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 141: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 142: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 143: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 144: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 145: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 146: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 147: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 148: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 149: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 150: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 151: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 152: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 153: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 154: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 155: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 156: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 157: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 158: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 159: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 160: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 161: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 162: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 163: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 164: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 165: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 166: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 167: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 168: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 169: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 170: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 171: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 172: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 173: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 174: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 175: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 176: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 177: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 178: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 179: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 180: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 181: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 182: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 183: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 184: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 185: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung
Page 186: Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur ...Wasserlösliche molekulare Klammern und Pinzetten zur Komplexierung von biorelevanten Molekülen Dissertation zur Erlangung