Refine
Document Type
- Article (10)
- Doctoral Thesis (3)
Is part of the Bibliography
- yes (13)
Keywords
- NMR (13) (remove)
Institute
The synthesis of new phenanthr[9,10-e][1,3]oxazines was achieved by the direct coupling of 9-phenanthrol with cyclic imines in the modified aza-Friedel-Crafts reaction followed by the ring closure of the resulting bifunctional aminophenanthrols with formaldehyde. Aminophenanthrol-type Mannich bases were synthesised and transformed to phenanthr[9,10-e][1,3]oxazines via [4 + 2] cycloaddition. Detailed NMR structural analyses of the new polyheterocycles as well as conformational studies including Density Functional Theory (DFT) modelling were performed. The relative stability of ortho-quinone methides (o-QMs) was calculated, the geometries obtained were compared with the experimentally determined NMR structures, and thereby, the regioselectivity of the reactions has been assigned.
As part of a project studying the secondary metabolites extracted from the Chilean flora, we report herein three new beta-agarofuran sesquiterpenes, namely (1S,4S,5S,6R,7R,8R,9R,10S)-6-acetoxy-4,9-dihydroxy-2,2,5a,9-tetramethyloctahydro-2H-3,9a-methanobenzo[b] oxepine-5,10-diylbis(furan-3-carboxylate), C27H32O11, (II), (1S,4S,5S,6R,7R,9S,10S)-6-acetoxy-9-hydroxy-2,2,5a, 9-tetramethyloctahydro-2H-3,9a-methanobenzo[ b] oxepine-5,10-diyl bis(furan-3-carboxylate), C27H32O10, (III), and (1S,4S,5S,6R,7R,9S,10S)-6-acetoxy-10-(benzoyloxy)-9-hydroxy-2,2,5a,9-tetramethyloctahydro-2H-3,9a-methanobenzo[b]oxepin-5-yl furan-3-carboxylate, C29H34O9, (IV), obtained from the seeds of Maytenus boaria and closely associated with a recently published relative [Paz et al. (2017). Acta Cryst. C73, 451-457]. In the (isomorphic) structures of (II) and (III), the central decalin system is esterified with an acetate group at site 1 and furoate groups at sites 6 and 9, and differ at site 8, with an OH group in (II) and no substituent in (III). This position is also unsubstituted in (IV), with site 6 being occupied by a benzoate group. The chirality of the skeletons is described as 1S, 4S, 5S, 6R, 7R, 8R, 9R, 10S in (II) and 1S, 4S, 5S, 6R, 7R, 9S, 10S in (III) and (IV), matching the chirality suggested by NMR studies. This difference in the chirality sequence among the title structures (in spite of the fact that the three skeletons are absolutely isostructural) is due to the differences in the environment of site 8, i.e. OH in (II) and H in (III) and (IV). This diversity in substitution, in turn, is responsible for the differences in the hydrogen-bonding schemes, which is discussed.
Ciprofloxacin is a widely used fluoroquinolone antibiotic. In this work, a comprehensive evaluation of MP2 and DFT with different functionals and basis sets was carried out to select the most suitable level of theory for the study of the NMR properties of ciprofloxacin. Their relative predictive capabilities were evaluated comparing the theoretically predicted and experimental spectral data. Our computational results indicated that in contrast to the solid state, the molecule of ciprofloxacin does not exist as a zwitterion in gaseous state. The results of the calculations of the chemical shifts most close to the experimental were obtained with B3LYP/aug-cc-pVDZ. The F-C coupling constants were calculated systematically with different DFT methods and several basis sets. In general, the calculations of the coupling constants with the BHandH computational method including the applied in this work 6-311++G**, EPRII, and EPRIII basis sets showed a good reproducibility of the experimental values of the coupling constants.
Carbonfasern haben sich in der Luft- und Raumfahrt etabliert und gewinnen in Alltagsanwendungen wie dem Automobilbereich, Windkraft- und Sportbereich durch ihre hohen Zugfestigkeiten, insbesondere ihrer hohen E-Moduli, und ihrer geringen Dichte immer mehr an Bedeutung. Auf Grund ihrer hohen Kosten, welche sich zur Hälfte aus der Precursorherstellung, inklusive seiner Synthese und seinem Verspinnprozess, dem Lösungsspinnverfahren, ergeben, erhalten zunehmend alternative und schmelzspinnbare Precursoren Interesse. Für die Carbonfaserherstellung wird fast ausschließlich Polyacrylnitril (PAN) verwendet, das vor dem Schmelzen irreversible exotherme Zyklisierungsreaktionen aufweist, welchen sich seine Zersetzung anschließt. Eine Möglichkeit der Reduzierung der Schmelztemperatur von Polymeren ist die Einbringung von Comonomeren zur Erhöhung des freien Volumens und die Reduzierung der intermolekularen Wechselwirkungen als interne Weichmacher. Wie am Fraunhofer IAP gezeigt wurde, kann mittels 2-Methoxyethylacrylat (MEA) die Schmelztemperatur zu neuartigen PAN-basierten Precursoren verringert werden. Um den PAN-co-MEA-Precursor für die nachfolgenden Prozessschritte der Carbonfaserherstellung zu verwenden, müssen die thermoplastischen Fasern in thermisch stabile Fasern ohne thermoplastisches Verhalten überführt werden. Es wurde ein neuer Prozessschritt (Prästabilisierung) eingeführt, welcher unter alkalischen Bedingungen zur Abspaltung der Comonomerseitenkette führt. Neben der Esterhydrolyse finden Reaktionen statt, welche an diesem Material noch nicht hinreichend untersucht wurden. Weiterhin stellt sich die Frage nach der Kinetik der Prästabilisierung und der Ermittlung einer geeigneten Prozessführung.
Hierzu wurde die Prästabilisierung in den Labormaßstab überführt und die möglichen Zusammensetzungen des aus DMSO und einer KOH-Lösung bestehenden Reaktionsmediums evaluiert. Weiterhin wurde die Behandlung bei verschiedenen Prästabilisierungszeiten von maximal 30 min und Temperaturen von 40, 50 und 60 °C durchgeführt, um primär mittels NMR-Spektroskopie die chemischen Strukturänderungen aufzuklären. Die Esterhydrolyse des Comonomers, welche zur Abspaltung des 2-Methoxyethanols führt, wurde mittels 1H-NMR-spektroskopischer Untersuchungen detektiert.
Es wurde ein Modell aufgestellt, das die chemisch-physikalischen Strukturänderungen während der Prästabilisierung aufzeigt. Die zuerst ablaufende Reaktion ist die Esterhydrolyse am Comonomer, welche vom Faserrand nach innen verläuft und durch die Präsenz des DMSO in Kombination mit der KOH-Lösung (Superbase) initiiert wird. Der zeitliche Reaktionsverlauf der Esterhydrolyse kann in drei Bereiche eingeteilt werden. Der erste Bereich ab dem Prästabilisierungsbeginn wird durch die Diffusion der basischen Anionen in die Faser, der zweite Bereich durch die Reaktion an der Estergruppe des Comonomers und der dritte Bereich durch letzte Reaktionen im Faserinneren und diffusiven Prozessen der Produkte und Edukte charakterisiert. Der zweite Bereich kann mit einer Reaktion pseudo 1. Ordnung abgebildet werden, da in diesem Bereich bereits eine ausreichende Diffusion der Edukte in die Faser stattgefunden hat. Bei 50 °C spielt die Diffusion im ersten Bereich im Vergleich zur Reaktion eine untergeordnete Rolle. Mit Erhöhung der Temperatur auf 60 °C kann eine im Verhältnis geringere Diffusions- als Reaktionsgeschwindigkeit beobachtet werden. Die Nebenreaktionen wurden mittels 13C-CP/MAS-NMR-spektroskopischen, elementaranlaytischen Untersuchungen sowie Doppelbrechungsmessungen charakterisiert. Während der alkalischen Esterhydrolyse beginnt die Reduzierung der Nitrilgruppen unter der Bildung von primären Carbonsäureamiden und Carbonsäuren. Zur Beschreibung dieser Umsetzung wurde eine Methode entwickelt, welche die Addition von 13C-CP/MAS-NMR-Spektren der Modellsubstanzen PAN, PAM und PAA beinhaltet. Weitere stattfindende Reaktionen sind die Bildung von konjugierten Doppelbindungen, welche insbesondere auf eine Zyklisierung der Nitrile hinweisen. Die nasschemisch initiierte Zyklisierung der Nitrilgruppen kann zu kürzeren Stabilisierungszeiten und einem besser kontrollierbaren Stabilisierungsprozess durch geringere Wärmefreisetzung und schlussendlich zu einer Kostenersparnis des gesamten Verfahrens führen. Die Umsetzung der Nitrilgruppen konnte mit einer Reaktion pseudo 1. Ordnung gut abgebildet werden. DMSO initiiert die Esterhydrolyse, wobei die KOH-Konzentration einen höheren Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit der Ester- und Nitrilhydrolyse als die DMSO-Konzentration besitzt. Beide Reaktionen zeigen eine vergleichbare Abhängigkeit von der Temperatur. Die Erhöhung der Prästabilisierungszeit und der KOH- bzw. DMSO-Konzentration führt zur Migration niedermolekularer Bestandteile des Fasermaterials an die Oberfläche und der Bildung punktueller Ablagerungen bis hin zu miteinander verbundenen Einzelfasern. Eine weitere Erhöhung der Prästabilisierungszeit bzw. der Konzentration führt zu einem steigenden Carbonsäureanteil und zur Quellung des Fasermaterials, wodurch die Ablagerungen in das Reaktionsmedium diffundieren. Die Ablagerungen enthalten Chlor, welches durch den Waschvorgang mit HCl in das Materialsystem gelangt ist und durch Parameteranpassungen reduziert wurde. Die schmelzbaren Fasern konnten durch die Prästabilisierung erfolgreich über eine Kern-Mantel-Struktur in nicht-thermoplastische Fasern überführt werden.
Zur Ermittlung eines geeigneten Prozessfensters für nachfolgende thermische Beanspruchungen der prästabilisierten Fasern wurden drei Kriterien identifiziert, anhand welcher die Evaluation erfolgte. Das erste Kriterium beinhaltet die Notwendigkeit der vollständigen Aufhebung der thermoplastischen Eigenschaft der Fasern. Als zweites Kriterium diente die Fasermorphologie. Anhand von REM-Aufnahmen wurden Faserbündel mit separierten Einzelfasern ohne Ablagerungen für die nachfolgende Stabilisierung ausgewählt. Das dritte Kriterium bezieht sich auf eine möglichst geringe Umsetzung der Nitrilgruppen, um Prästabilisierungsbedingungen mit Nebenreaktionen zu vermeiden.
Aus den Untersuchungen konnte eine Prästabilisierungstemperatur von 60 °C als geeignet identifiziert werden. Weiterhin führen hoch alkalische Zusammensetzungen des Reaktionsmediums mit KOH-Konzentrationen von 1, 1,5 und 2 M, vorzugsweise 1,5 M und 50 vol% DMSO mit Reaktionszeiten von unter 10 min zu geeigneten Fasern. Ein MEA-Anteil unterhalb von 2 mol% bewirkt eine Überführung in die Unschmelzbarkeit. Thermisch stabile und für die nachfolgende Stabilisierung geeignete Fasern besitzen weiterhin 68 – 80 mol% Nitrilgruppen, 20 – 25 mol% Carbonsäuren, bis zu 15 mol% primäre Carbonsäureamide und zyklisierte Strukturen.
Hepcidin-25 (Hep-25) plays a crucial role in the control of iron homeostasis. Since the dysfunction of the hepcidin pathway leads to multiple diseases as a result of iron imbalance, hepcidin represents a potential target for the diagnosis and treatment of disorders of iron metabolism. Despite intense research in the last decade targeted at developing a selective immunoassay for iron disorder diagnosis and treatment and better understanding the ferroportin-hepcidin interaction, questions remain. The key to resolving these underlying questions is acquiring exact knowledge of the 3D structure of native Hep-25. Since it was determined that the N-terminus, which is responsible for the bioactivity of Hep-25, contains a small Cu(II)-binding site known as the ATCUN motif, it was assumed that the Hep-25-Cu(II) complex is the native, bioactive form of the hepcidin. This structure has thus far not been elucidated in detail. Owing to the lack of structural information on metal-bound Hep-25, little is known about its possible biological role in iron metabolism. Therefore, this work is focused on structurally characterizing the metal-bound Hep-25 by NMR spectroscopy and molecular dynamics simulations. For the present work, a protocol was developed to prepare and purify properly folded Hep-25 in high quantities. In order to overcome the low solubility of Hep-25 at neutral pH, we introduced the C-terminal DEDEDE solubility tag. The metal binding was investigated through a series of NMR spectroscopic experiments to identify the most affected amino acids that mediate metal coordination. Based on the obtained NMR data, a structural calculation was performed in order to generate a model structure of the Hep-25-Ni(II) complex. The DEDEDE tag was excluded from the structural calculation due to a lack of NMR restraints. The dynamic nature and fast exchange of some of the amide protons with solvent reduced the overall number of NMR restraints needed for a high-quality structure. The NMR data revealed that the 20 Cterminal Hep-25 amino acids experienced no significant conformational changes, compared to published results, as a result of a pH change from pH 3 to pH 7 and metal binding. A 3D model of the Hep-25-Ni(II) complex was constructed from NMR data recorded for the hexapeptideNi(II) complex and Hep-25-DEDEDE-Ni(II) complex in combination with the fixed conformation of 19 C-terminal amino acids. The NMR data of the Hep-25-DEDEDE-Ni(II) complex indicates that the ATCUN motif moves independently from the rest of the structure. The 3D model structure of the metal-bound Hep-25 allows for future works to elucidate hepcidin’s interaction with its receptor ferroportin and should serve as a starting point for the development of antibodies with improved selectivity.
Restricted rotation about the N-S partial double bonds in a bis-N-triflyl substituted 3,8-diazabicyclo[3.2.1]octane derivative 1 has been frozen at low temperature (Delta G* = 11.6 kcal mol(-1)), and the existence of all four rotamers about the two N-S bonds, 3-in, 8-in, 3-in, 8-out, 3-out, 8-in, and 3-out, 8-out, respectively, proved experimentally by NMR spectroscopy and theoretically by DFT and MP2 calculations. Copyright (C) 2014 John Wiley & Sons, Ltd.
Yeast hexokinase isoenzyme ScHxk2 stability of a two-domain protein with discontinuous domains
(2011)
The hexokinase isoenzyme 2 of Saccharomyces cerevisiae (ScHxk2) represents an archetype of a two-domain protein with the active site located in a cleft between the two domains. Binding of the substrate glucose results in a rigid body movement of the two domains leading to a cleft closure of the active site. Both domains of this enzyme are composed of discontinuous peptide sequences. This structural feature is reflected in the stability and folding of the ScHxk2 protein. Structural transitions induced by urea treatment resulted in the population of a thermodynamically stable folding intermediate, which, however, does not correspond to a molecule with one domain folded and the other unfolded. As demonstrated by different spectroscopic techniques, both domains are structurally affected by the partial denaturation. The intermediate possesses only 40% of the native secondary structural content and a substantial increase in the Stokes radius as judged by circular dichroism and dynamic light scattering analyses. One-dimensional H-1 NMR data prove that all tryptophan residues are in a non-native environment in the intermediate, indicating substantial changes in the tertiary structure. Still, the intermediate possesses quite a high stability for a transition intermediate of about Delta G = -22 kJ mol(-1).
The syn and anti isomers of cis,cis-tricyclo[5.3.0.0(2.6)]dec-3-ene derivatives have been synthesized and their (1)H and (13)C NMR spectra unequivocally analyzed. Both their structures and their (1)H and (13)C NMR chemical shifts were calculated by DFT, the latter two calculations employing the GIAO perturbation method. Additionally, calculated NMR shielding values were partitioned into Lewis and non-Lewis contributions from the bonds and lone pairs involved in the molecules by accompanying NBO and NCS analyses. The differences between the syn and anti isomers were evaluated with respect to steric and spatial hyperconjugation interactions.
1-Oxo-1,3-dithiolane (4) and its cis- and trans-2-methyl (5,6), -4-methyl (7,8) and -5-methyl (9,10) derivatives were prepared by oxidizing the corresponding 1,3-dithiolanes (1-3) with NaIO(4) in water. The oxides were purified and their isomers separated using thin layer chromatography. The structural characterization was carried out with (1)H and (13)C NMR spectroscopy and molecular modelling. The sulfoxides 4-6 and 8-10 attain two S(1) type envelopes (sometimes slightly distorted) the S=O(ax) envelope greatly dominating. Cis-4-methyl-1-oxo-1,3-dithiolane is a special case exhibiting both two closely related S=O(ax) (30 and 27%) as well as S=O(eq) (21 and 22%) forms [S(1) and C(4) envelopes, respectively]. The relative energies of these conformations, the values of (1)H-(1)H coupling constants and (1)H and (13)C chemical shifts were estimated by computational methods and they support well the conclusions based on the experimental data.
A conformational study of N-acetyl glucosamine derivatives utilizing residual dipolar couplings
(2011)
The conformational analyses of six non-rigid N-acetyl glucosamine (NAG) derivatives employing residual dipolar couplings (RDCs) and NOEs together with molecular dynamics (MD) simulations are presented. Due to internal dynamics we had to consider different conformer ratios existing in solution. The good quality of the correlation between theoretically and experimentally obtained RDCs show the correctness of the calculated conformers even if the ratios derived from the MD simulations do not exactly meet the experimental data. If possible, the results were compared to former published data and commented.