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Through space NMR shieldings of aromatic (benzene, mono-substituted and annelated benzenes, ferrocene, [14]- and [18]-annulenes, phenylenes and tetra- to heptahelicene) and anti-aromatic molecules (cyclobutadiene and pentalene) were assessed by ab initio molecular-orbital calculations. Employing the nucleus-independent chemical shifts (NICS) concept, these through space NMR shieldings were visualized as iso-chemical-shielding surfaces (ICSSs) and can be applied quantitatively to determine the stereochemistry of proximal nuclei. In addition, the distances in Å at ICSS values of ±0.1 ppm in-plane and perpendicular-to-center of the aromatic ring system were employed as a simple means to compare and estimate qualitatively the aromaticity of the systems at hand.
Zur selektiven Entfernung von Schwermetallen aus industriellen Abwässern und Prozesslösungen der metallverarbeitenden Industrie werden synthetische metallkomplexierende funktionelle Polymere – mit Iminodiessigsäure (IDE) als aktive Spezies – seit Jahren erfolgreich zur Eliminierung störender Kationen eingesetzt. Ständig steigende Anforderungen an die Qualität der aufzubereitenden Wässer verlangen nach leistungsfähigen Selektivaustauschern, die den Erhalt der Eigenschaften von Prozesslösungen (z. B. pH-Wert, Salzgehalt) ermöglichen. Ziel der Untersuchungen war es, die strukturellen Matrixeinflüsse auf Beladung, Kapazität, Selektivität und Kinetik durch Variation der Matrix und der experimentellen Bedingungen näher zu untersuchen. Auf Basis einer monodispersen Erstsubstitution eines Styren-Divinylbenzen-Copolymerisates wurde durch gezielten Einbau funktioneller Gruppen – Synthese mit differenziertem Substitutionsgrad (TK/N 1-2) – versucht, systematisch den Einfluss des Substitutionsgrades der Matrix auf die Eigenschaften der Ionenaustauscher zu analysieren. Methodisch geordnet wurden zunächst die Versuche nach dem Batch- und anschließend nach dem Säulenverfahren durchgeführt und parallel dazu die Matrix charakterisiert. Das Verhalten der funktionellen Ankergruppen in Abhängigkeit vom pH-Wert der Lösung (pH-Bereich 2 - 5) wurde untersucht, der optimale Anreicherungs-pH-Wert, die maximale Beladung (Kapazität) und Selektivität der unterschiedlich substituierten Proben für die Schwermetall-Ionen Cu, Zn, Ni, Cd, Pb und Co ermittelt. Den statischen Versuchen folgten dynamische Untersuchungen im Säulenverfahren. Ziel war die Ermittlung des Durchbruchverhaltens und der Durchbruchkapazität bei optimalem pH-Wert in Abhängigkeit vom Substitutionsgrad gegenüber den Einzelmetallionen (Cu, Ni, Zn) und ausgewählten Paaren (Cu/Ni, Cu/Zn, Ni/Zn). Alle Ionenaustauscher wurden ausschließlich in der Ca-Form eingesetzt.
The trithiocarbonate 2-(benzylsulfanylthiocarbonylsulfanyl) propanoic acid is formed as minor by-product in the synthesis of the dithioester 2-((2-phenylthioacetyl)sulfanyl) propanoic acid via the Grignard route. The mechanism for this side reaction is not clear. The isolated trithiocarbonate may act as unsymmetrical but bifunctional RAFT agent in the aqueous polymerization of N,N-dimethyl acrylamide. Therefore, it is important to separate it completely from the dithioester before engaging the latter in controlled free radical polymerization to guarantee a maximum control.
The title compound, bis(5-methylthio-1,2-dithiole-3-thione)-disulfide, was yielded for the first time as by- product of the reaction of nickel(II) and cobalt(II) ions with 5-methylthio-1,2-dithiole-3-thione-4-thiolate. The compound can be obtained directly by oxidation of the ammonium salt of the ligand. C8H6S10 forms three polymorphs: (I), which crystallizes in the orthorhombic space group P212121, (II) and (III), which crystallize in the monoclinic space groups P21/c and P21/n, respectively. The crystal and molecular structures are presented here. The determination of the absolute configuration of (I) indicated the P-helical enantiomer. In contrast to this, the crystals of (II) und (III) are racemic, containing P- and M-helical enantiomers. The polymorphs differ in the kind of skewing around the disulfide bond and of the positions of the both dithiole rings to the S-S-moiety
Multinuclear dynamic NMR spectroscopy of 3,5-bis(trifluoromethylsulfonyl)-1,3,5-oxadiazinane (3) revealed the existence of two conformers with differently oriented CF3 groups with respect to the ring, and two dynamic processes: ring inversion and restricted rotation about the N-S bond. Two transition states connecting the two conformers and corresponding to clockwise and counterclockwise rotations about the N-S bond were found; the calculated activation barriers of about 12 kcal/mol are in excellent agreement with those measured experimentally for the related molecule 1,3,5-tris(trifluoromethylsulfonyl)-1,3,5-triazinane (1). X-ray analysis proved the existence of the symmetric isomer of 3, which is the minor isomer in solutions but the only one in the crystal due to packing effects. The normal Perlin effect (JCHax < JCHeq)observed for 2(6)-CH2 in 3, whereas the reversed Perlin effect was found for the 4-CH2 group in 3 as well as for all CH2 groups in 1 both experimentally and theoretically. The latter effect in compounds 1, 3, and 1- (methylsulfonyl)-3,5-bis(trifluoromethylsulfonyl)-1,3,5-triazinane (2) can be considered as a genuine reverse Perlin effect since larger values of 1JCH are observed for longer C-H bonds.
Mono- and trans-1,4-dialkoxy substituted cyclohexanes (alkyl=Me, Et, i-Pr, t-Bu) were prepared using the solvomercuration-demercuration (SM-DM) procedure. The axialaxial and axial,axialequatorial, equatorial conformational equilibria of the products were studied by low temperature 1H and 13C NMR spectroscopy in CD2Cl2. The structures and relative energies of the participating conformers were calculated at both the B3LYP (6-311G*//6-311+G*) and MP2 (6-311+G*//6-311G*) levels of theory. In the case of DFT, good correlations of ;Gocalcd versus ;Goexptl were obtained. Both the structures and the energy differences of the conformers have been discussed with respect to established models of conformational analysis, viz. steric and hyperconjugative interactions. In addition, 1JH,C coupling constants were considered with respect to the hyperconjugation present.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese monodisperser, multifunktionaler Poly(amidoamine) (PAAs). Die Klasse der PAAs ist besonders interessant für eine Anwendung im Bereich der Biomedizin, da sie meist nicht toxisch ist, eine sehr geringe Immunogenizität zeigt und eine erhöhte Zellmembranpermeabilität besitzt. Allerdings ist der Einsatz linearer PAAs bisher limitiert, da ihre Synthese nur den Zugang von hoch-polydispersen Systemen mit einer streng alternierenden oder statistischen Verteilung von Funktionalitäten erlaubt. Es ist daher von großem Interesse diese Polymerklasse durch die Möglichkeit eines sequenzdefinierten Aufbaus und der Integration von neuen Funktionalitäten zu verbessern. Um dies zu ermöglichen, wurden, vergleichbar mit der etablierten Festphasensynthese von Peptiden, schrittweise funktionale Disäure- und Diamin-Bausteine an ein polymeres Träger-Harz addiert. Der sequenzielle Aufbau ermöglicht die Synthese monodisperser PAAs und die Kontrolle über die Monomersequenz. Die Wahl der Monomer-Bausteine und ihrer Funktionalitäten kann dabei für jede Addition neu getroffen werden und entscheidet so über die Sequenz der Funktionalitäten im Polymerrückgrat. Die verwendete Chemie entspricht dabei der Standardpeptidchemie, so dass mit Hilfe eines Peptidsynthese-Automaten die Synthese vollständig automatisiert werden konnte. Die Verwendung spezieller Trägerharze, die bereits mit einem synthetischen Polymerblock wie PEO oder auch mit einem Peptid vorbeladen waren, erlaubt die direkte Synthese von PEO- und Peptid-PAA Blockcopolymeren. Da die hier dargestellten PAAs später auf ihre Eignung als multivalente Polykationen in der Gentherapie getestet werden sollten, wurden zunächst Bausteine gewählt, die den Einbau verschiedener Aminfunktionalitäten ermöglichen. Die Bausteine müssen dabei so gewählt sein, dass sie kompatibel sind mit der Chemie des Peptidsynthesizers und eine quantitative Addition ohne Neben- oder Abbruchreaktionen garantieren. Darüber hinaus ist der Einbau von Peptidsequenzen und Disulfid-Einheiten in die PAA-Kette möglich, die z. B. für einen selektiven Abbau des Polymers im Organismus genutzt werden können. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten PAA-Systeme großes Potenzial als nicht-virale Vektoren für die Gentransfektion bieten. Sie sind nicht toxisch und zeigen Zellaufnahme-Effizienzen von bis zu 77%. Die Gentransfereffizienz ist im Vergleich zu etablierten Polymer-Vektoren zwar noch sehr gering, aber die bisherigen Versuche zeigen bereits eine mögliche Ursache, nämlich die schlechte Freisetzung des Genmaterials innerhalb der Zelle. Eine Lösung dieses Problems bietet jedoch die weitere Modifizierung der PAA-Systeme durch den Einbau von Sollbruchstellen. Diese Sollbruchstellen ermöglichen einen programmierten Abbau des Polymers innerhalb der Zelle und damit sollte die Freisetzung des Genmaterials vom Träger deutlich erleichtert werden. Mögliche Bruchstellen sind z. B. enzymatisch gezielt spaltbare Peptideinheiten oder Disulfid-Einheiten, wie sie bereits als Bausteine für die PAA-Synthese vorgestellt wurden (vergl. Kapitel 4.4). Da nur innerhalb der Zelle ein reduzierendes elektrochemisches Potential besteht, werden z. B. Disulfid-Einheiten auch nur dort gespalten und bieten außerhalb der Zelle ausreichende Stabilität zum Erhalt der Polyplexstruktur. Neben einer Anwendung in der Gentherapie bieten die hier vorgestellten PAA-Systeme den Vorteil einer systematischen Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der Polyplexe. Es wurden verschiedene Zusammenhänge zwischen der chemischen Struktur der PAA-Segmente und der Art und Stärke der DNS-Komprimierung aufgezeigt. Die Komprimierungsstärke wiederum zeigte deutlichen Einfluss auf die Internalisierungsrate und damit auch Transfektionseffizienz. Darüber hinaus zeigte sich ein drastischer Einfluss des PEO-Blocks auf die Stabilisierung der Polyplexe sowie deren intrazelluläre Freisetzung bei Zusatz von Chloroquin. Dennoch bleiben aufgrund der Komplexität der Zusammenhänge noch viele Mechanismen der Transfektion unverstanden, und es muss Aufgabe folgender Arbeiten sein, das Potential der hier eingeführten monodispersen PAA-Systeme weiter auszuloten. So wäre z. B. eine Korrelation der Kettenlänge mit den Parametern der Polyplexbildung, der Zellaufnahme und Transfektionseffizienz von großem Interesse. Darüber hinaus bietet der Einbau von Sollbruchstellen wie kurzen Peptidsequenzen oder den hier bereits eingeführten Disulfid-Einheiten neue Möglichkeiten der gezielten Freisetzung und des programmierten Abbaus, die näher untersucht werden müssen. Neben der Anwendung im Bereich der Gentransfektion sind außerdem andere Gebiete für den Einsatz von monodispersen multifunktionalen PAAs denkbar, da diese kontrollierbare und einstellbare Wechselwirkungen ermöglichen.
Both the stoichiometry and complex stability constants of crown ether complexes with metal ions have been determined by examining gradual changes in their diffusional behavior in nonaqueous solution. Diffusion coefficients, D, were evaluated by pulsed field gradient (PFG) NMR titration experiments whilst complex stability constants were determined by nonlinear curve-fitting procedures, D versus csol., which also allow the treatment of multiple complexation equilibria (1:1 to 1:2 stoichiometries). Differences in the diffusion coefficients of the various free crown ethers with respect to their metal ion complexes indicate great sensitivity to both conformational changes and changes in molecular size upon complexation.