Целью выпускной квалификационной работы является разработка нового потенциометрического подхода к исследованию антирадикальных свойств соединений с учетом кинетических особенностей взаимодействия антиоксидантов с пероксильными радикалами. В работе рассмотрены причины возникновения окислительного стресса, система антиоксидантной защиты и существующие методы исследования антиоксидантных/антирадикальных свойств соединений. Разработан новый потенциометрический подход к исследованию антирадикальных свойств соединений, учитывающий кинетические особенности реакции антиоксидантов с генерируемыми пероксильными радикалами. Предложенным способом оценена константа взаимодействия с пероксильными радикалами (k3) растворов индивидуальных антиоксидантов «быстрого» и «медленного» действия. Предложен новый потенциометрический способ исследования антирадикальных свойств соединений, заключающийся в расчете площади над кривой кинетической зависимости Exp(∆E). Предложенным способом рассчитаны площади SАРЕ для «быстрых» и «медленных» антиоксидантов, в том числе с особенностью кинетики превращения. / The aim of the final qualifying work is to develop a new potentiometric approach to the study of the antiradical properties of compounds, taking into account the kinetic features of the interaction of antioxidants with peroxyl radicals. The paper considers the causes of oxidative stress, the system of antioxidant protection and existing methods for studying the antioxidant/antiradical properties of compounds. A new potentiometric approach to the study of the antiradical properties of compounds has been developed, taking into account the kinetic features of the reaction of antioxidants with generated peroxyl radicals. The proposed method estimates the constant of interaction with peroxyl radicals (k3) of solutions of individual antioxidants of "fast" and "slow" action. A new potentiometric method for studying the antiradical properties of compounds is proposed, which consists in calculating the area above the kinetic dependence curve Exp(∆E). By the proposed method, the SARE areas for "fast" and "slow" antioxidants are calculated, including those with a feature of the kinetics of transformation.

Объектами исследования являются полифенольные антиоксиданты. Целью выпускнoй квалификационной работы является исследование антиоксидантных свойств полифенольных соединений с позиции механизмов их действия. В работе рассмотрены причины возникновения окислительного стресса, система антиоксидантной защиты и существующие методы исследования антиоксидантных свойств соединений. В процессе работы предложенными методами оценена хелатирующая способность полифенолов по отношению к ионам железа (II) и (III), исследована зависимость антиоксидантных свойств от рН, определены значения условных констант устойчивости и их зависимость от рН. / The objects of research are polyphenolic antioxidants. The purpose of the final qualifying work is to study the antioxidant properties of polyphenolic compounds from the perspective of their mechanisms of action. The paper considers the causes of oxidative stress, the system of antioxidant protection and existing methods for studying the antioxidant properties of compounds. In the process of work, the proposed methods evaluated the chelating ability of polyphenols with respect to iron (II) and (III) ions, investigated the dependence of antioxidant properties on pH, determined the values of conditional stability constants and their dependence on pH.

Diabetic ketoacidosis (DKA) is a life-threatening condition that can appear in patients with diabetes. High ketones in the blood lead to acidity of the blood. For DKA diagnosis and management, ketones such as hydroxybutyrate (HB) can be used to quantify the severity of the disease. The fabrication of electrochemical biosensors for the detection of HB is attractive since their capability to deliver fast response, high sensitivity, good selectivity and potential for miniaturisation. In this thesis, an integrated electrode system was prepared for the detection of HB. Laser-induced graphene (LIG) with a 3D porous structure was used as the flexible platform. Poly (toluidine blue O) (PTB) was electro-deposited on LIG (PTB/LIG) under the optimised conduction (pH of 9.7 and from 0.4 to an upper cyclic potential of 0.8 V). The single PTB/LIG working electrode demonstrated excellent performance towards the detection of NADH with a linear range of 6.7 M to 3 mM using chronoamperometry, high sensitivity of detecting NADH and excellent anti-fouling ability (94 % response current retained after 1500 s). Further integration of the 3-electrode system realised the static amperometric detection of NADH over the range of 78 M to 10 mM. Based on the excellent performance of PTB/LIG to NADH sensing, hydroxybutyrate dehydrogenase was immobilised via encapsulation with chitosan and polyvinyl butyral (PVB) which was used for HB biosensing over the linear range of 0.5 M to 1 mM with NAD+ dissolved in solution. In addition, the co-immobilisation of NAD+ and HBD on PTB/LIG was conducted by optimisation of enzyme and NAD+ amount per electrode, which shows excellent reproducibility and satisfactory HB biosensing performance. Further experiments to improve the long-term stability of the enzyme electrode is expected in the future. The proposed integrated electrode system also possesses the potential to extend to a multichannel sensor array for the detection of multiple biomarkers (e.g. pH and glucose) for diagnosis and management of DKA.

<p>Kao &scaron;to je poznato, RS-2-(4-hlor-o-toliloksi)propionska kiselina (MCPP),&nbsp;(4-hlor-2-metilfenoksi)sirćetna kiselina (MCPA) i 3,6-dihlorpiridin-2-karboksilna kiselina &nbsp;(klopiralid) su herbicidi sa veoma &scaron;irokim spektrom dejstva, a pored toga su rastvorljivi u&nbsp;vodi, te&scaron;ko biorazgradljivi i prema literaturnim podacima su, nažalost, veoma često prisutni&nbsp;herbicidi u pijaćoj vodi. Proces heterogene fotokatalize uz primenu TiO₂i UV zračenja se&nbsp;pokazao kao veoma pogodan način za njihovo uklanjanje iz vode. Međutim, zbog velikog&nbsp;energetskog procepa od 3,2 eV (anataze-oblik), odnosno, 3,0 eV (rutil-oblik), veoma mali&nbsp;udeo bliskih UV zraka iz sunčeve svetlosti (oko 3&minus;4%) biva iskori&scaron;ćen u toku&nbsp;fotokatalitičkog procesa, &scaron;to ukazuje na to da je TiO_2&nbsp;praktično neaktivan u prisustvu&nbsp;sunčeve svetlosti. Na osnovu literaturnih podataka je zapaženo da postoji mogućnost&nbsp;fotorazgradnje pojedinih supstrata u prisustvu TiO_2&nbsp;primenom vidljive svetlosti. Na&nbsp;primeru MCPP je ispitana aktivnost TiO_2&nbsp;Degussa P25 kao fotokatalizatora u prisustvu&nbsp;vidljive svetlosti. Na osnovu refleksionih spektara je utvrđeno da MCPP adsorbovan na&nbsp;TiO_2&nbsp;Degussa P25 apsorbuje vidljivi deo spektra (&lambda; &ge;400 nm). Nastali prelazni kompleks&nbsp;je potvrđen FTIR merenjima. Efikasnost TiO2Degussa P25 primenom vidljive svetlosti je&nbsp;upoređena sa sunčevim i UV zračenjem, kao i direktnom fotolizom u prisustvu pomenutih&nbsp;izvora zračenja. Brzina fotokatalitičke razgradnje MCPP primenom vidljive svetlosti iznosi&nbsp;0,86 &mu;mol dm^&minus;3min^&minus;1, &scaron;to je oko 4 puta brže u poređenju sa direktnom fotolizom. Nadalje&nbsp;je ustanovljena optimalna masena koncentracija katalizatora od oko 8 mg cm^&minus;3, koja je&nbsp;znatno vi&scaron;a u poređenju sa primenom UV zračenja. Razlog je najverovatnije različit&nbsp;mehanizam fotorazgradnje koji se odvija primenom vidljivog i UV zračenja. Naime,&nbsp;prisustvo 2-metil-2-propanola (poznatog hvatača&nbsp;^&bull;OH-radikala) praktično ne utiče na&nbsp;brzinu fotokatalitičke razgradnje MCPP p rimenom vidljive svetlosti, &scaron;to ukazuje da se&nbsp;mehanizam razgradnje MCPP primenom &nbsp;vidljive svetlosti ne odvija posredstvom&nbsp;^&bull;OH-radikala, za razliku od onog uz primenu UV zračenja.</p><p>S obzirom da se katalizator TiO_2&nbsp;Degussa P25 uz primenu vidljive svetlosti nije&nbsp;<br />pokazao kao naročito efikasan kada je u pitanju razgradnja sva tri herbicida i imajući u&nbsp;vidu da se u poslednje vreme iz razloga praktične primene sve vi&scaron;e pribegava procesu dopovanja TiO_2&nbsp;različitim tipovima metala (alkalnih, zemnoalkalnih, prelaznih i dr.) i nemetala (halogenida, halkogenida i dr.), u okviru ove doktorske disertacije je ispitana aktivnost N-TiO₂(sintetisanih mokrim i suvim putem) i TiO_2&nbsp;(rutil) dopovanog sa različitim količinama Fe³⁺-jona (0,13&minus;1,48 at.%) pri razgradnji herbicida MCPP i MCPA primenom vidljive svetlosti. Pored toga je ispitana efikasnost TiO_2&nbsp;(anataze) takođe dopovanog sa različitim količinama Fe³⁺-jona (0,71&minus;1,80 at.%) na primeru MCPP.&nbsp;</p><p>Poredeći N-TiO_2&nbsp;(sintetisan mokrim putem) i N-TiO_2&nbsp;(sintetisani suvim putem), primećeno&nbsp;je da je u drugom slučaju efikasnost katalizatora veća oko 2 puta. Isto tako je zapažena u&nbsp;slučaju MCPP ne&scaron;to veća fotokatalitička aktivnost N-TiO_2&nbsp;(sintetisani suvim putem) u&nbsp;poređenju sa TiO_2&nbsp;(anataze). Kada je u pitanju MCPA aktivnost sva tri katalizatora je&nbsp;veoma slična. Pored toga je zapažena veća efikasnost N-TiO_2&nbsp;(sintetisan mokrim putem) u&nbsp;poređenju sa TiO_2&nbsp;Degussa P25 (oko 1,5 puta) i oko 5 puta u odnosu na direktnu fotolizu,&nbsp;dok su N-TiO_2&nbsp;(sintetisani suvim putem) oko 3 puta efikasniji u poređenju sa TiO_2&nbsp;Degussa P25 i oko 10 puta u &nbsp;poređenju sa direktnom fotolizom. Brzina solarne razgradnje&nbsp;je preko 100 puta manja nego primenom vidljivog i UV zračenja, &scaron;to je posledica različitih&nbsp;intenziteta pomenutih izvora ozračivanja i različitih uslova pri kojima je vr&scaron;ena razgradnja. &nbsp;Ustanovljena je optimalna masena koncentracija N-TiO_2&nbsp;(sintetisan mokrim putem) od&nbsp;4 mg cm^&minus;3.</p><p>Prilikom razgradnje MCPP i MCPA je nađeno da je brzina veća kada se kao&nbsp;katalizator &nbsp;koristi TiO_2&nbsp;(rutil) u poređenju sa Fe-TiO_2&nbsp;i da sa povećanjem količine Fe³⁺-jona fotokatalitička aktivnost uglavnom opada. Kada je kao fotokatalizator kori&scaron;ćen TiO_{2 &nbsp;}<br />(anataze) dopovan različitim količinama Fe³⁺-jona (od 0,71 do 1,80 at.%), razgradnja&nbsp;<br />MCPP je u svim slučajevima znatno sporija u odnosu na TiO_2&nbsp;(anataze).</p><p>S obzirom da su prema literaturnim podacima kinetika i mehanizam fotokatalitičke&nbsp;<br />razgradnje klopiralida nepoznati, ispitana je njegova stabilnost pri različitim&nbsp;eksperimentalnim uslovima. Tokom ispitivanja uticaja pH kako u prisustvu, tako i u&nbsp;odsustvu dnevne svetlosti u intervalu pH od 1,0&minus;9,0, nađeno je da ni u jednom slučaju ne&nbsp;dolazi do razgradnje supstrata u periodu od sedam meseci koliko je proces praćen. Takođe&nbsp;je ispitana kinetika fotokatalitičke razgradnje klopiralida primenom UV i vidljivog&nbsp;zračenja u prisustvu TiO_2&nbsp;Degussa P25, kao i direktna fotoliza primenom oba izvora&nbsp;zračenja. Nađeno je da je brzina fotokatalitičke razgradnje primenom UV zračenja veća&nbsp;oko 5 puta u odnosu na direktnu fotolizu. Za praćenje toka fotokatalitičke razgradnje&nbsp;klopiralida je izabrana pH-vrednost od 3,2. Nadalje je zapaženo da se u ispitivanom opsegu početnih koncentracija supstrata (0,5&ndash;3,0 mmol dm^&minus;3) kinetika fotokatalitičke razgradnje klopiralida može opisati pseudo-prvim redom. Pri ispitivanju uticaja masene koncentracije katalizatora (0,5&ndash;8 mg cm^&minus;3) na brzinu razgradnje klopiralida, ustanovljena je optimalna masena koncentracija primenjenog fotokatalizatora od oko 4 mg cm^&minus;3. Izračunata ukupna &nbsp;prividna energija aktivacije iznosi 7,74 kJ mol^&minus;1. Pored toga, prisustvo kiseonika ubrzava reakciju 2 puta, dok dodatak elektron-akceptora kao &scaron;to su (NH₄)₂S₂O₈, H₂O_2&nbsp;i KBrO_3&nbsp;pokazuje značajan i različit efekat na kinetiku fotokatalitičke razgradnje klopiralida. Pri ispitivanju uticaja etanola, kao hvatača slobodnih radikala, nađeno je da se heterogena fotokataliza odvija uglavnom preko ^&bull;OH-radikala.</p><p>Na osnovu LC&ndash;MS/MS (ESI+) merenja ustanovljeno je prisustvo nekoliko&nbsp;intermedijera: 3,6-dihlor-piridin-2-ol, 3,6-dihlor hidroksipiridin-2-karboksilna kiselina i&nbsp;3,3&#39;,6,6&#39;-tetrahlor-2,4&#39;-bipiridin-2&#39;-karboksilna kiselina. Na osnovu identifikovanih&nbsp;intermedijera, kao i kinetičkih rezultata, predložen je mogućput mehanizma fotokatalitičke&nbsp;razgradnje klopiralida.</p><p>Prilikom ispitivanja uticaja strukture molekula na brzinu razgradnje, konstatovano&nbsp;<br />je da u slučaju klopiralida praktično ne dolazi do fotokatalitičke razgradnje u prisustvu&nbsp;TiO_2&nbsp;(anataze) i N-TiO_2&nbsp;(sintetisani suvim putem) uz primenu vidljive svetlosti, kao i u&nbsp;slučaju TiO_2&nbsp;Degussa P25. Pored toga, primenom TiO_2&nbsp;(rutil) i Fe-TiO_2&nbsp;kao&nbsp;fotokatalizatora, sa povećanjem količine Fe³⁺-jona od 0,13 do 1,27 at.% raste brzina&nbsp;razgradnje klopiralida, ukazujući da strukturne osobine supstrata utiču na brzinu njihove&nbsp;razgradnje.</p> / <p>It is well known that RS-2-(4-chloro-o-tolyloxy)propionic acid (MCPP), (4-chloro-2- methyl-phenoxy)acetic acid (MCPA) and 3,6-dichloropyridine-2-carboxylic &nbsp;acid&nbsp;(clopyralid) are herbicides of wide activity spectrum. They are soluble in water, hardly&nbsp;biodegradable and, unfortunately, often present in drinking water.</p><p>Heterogeneous photocatalysis by application of TiO_2&nbsp;and UV radiation proved to&nbsp;be very suitable for their removal from water. However, due toits large energy gap, i.e.&nbsp;3.2 &nbsp;eV (anatase-form) and 3.0 eV (rutile-form), a very small fraction of sunlight in the near&nbsp;UV range (about 3&ndash;4%) is used during photocatalytic process, which is an indication of&nbsp;TiO_2&nbsp;inactivity in the presence of this light source. Some literature data report on the&nbsp;possibility of photodegradation of certain substrates by visible light in the presence of&nbsp;TiO₂. MCPP served as substrate for testing TiO_2&nbsp;Degussa P25 &nbsp;photocatalytic activity in the&nbsp;presence of visible light. On the basis of reflection spectra it was established that MCPP&nbsp;adsorbed on TiO_2&nbsp;Degussa P25 was absorbing visible spectrum radiation (&lambda; &ge;400 nm).&nbsp;The existence of thus formed &nbsp;charge-transfer complex was confirmed with FTIR analysis.&nbsp;The efficiency of &nbsp;TiO_2&nbsp;Degussa P25 with application of visible light was compared to&nbsp;sunlight and UV radiation, as well to directphotolysis in the presence of these light&nbsp;sources. The rate of MCPP photocatalytic degradation by means of visible light is&nbsp;0.86 &mu;mol dm^{&minus;3&nbsp;}min^&minus;1, which is about 4 times faster than direct photolysis. In addition, the&nbsp;optimal &nbsp;catalyst concentration of about 8 mg cm^&minus;3, much higher than using UV radiation,&nbsp;<br />was established. The reason is, probably, a different mechanism of &nbsp;hotodegradation &nbsp;in the&nbsp;presence of visible and UV irradiation. Namely, the presence of 2-methyl-2-propanol&nbsp;(well-known&nbsp;^&bull;OH radical scavenger) has practicallyno effect on the rate of &nbsp;MCPP&nbsp;photocatalytic degradation using visible light, which points that this degradation&nbsp;mechanism does not involve&nbsp;^&bull;OH radicals, in contrast to that established &nbsp;for UV radiation.</p><p>Since the catalyst TiO_2&nbsp;Degussa P25 with application of visible light was not very&nbsp;<br />efficient in degradation of all three herbicidesand in view that nowadays is very &nbsp;popular&nbsp;doping process of TiO₂ with different types of metals (alkali, alkaline-earth, transition, etc.)&nbsp;and non-metals (halogen, chalcogen, etc.), in the scope of this Ph.D. &nbsp;thesis activities of N-TiO_2&nbsp;(synthesized by wet and dry procedure) and TiO_2&nbsp;(rutile) doped with various amounts&nbsp;of Fe^3+&nbsp;(0.13&ndash;1.48 at.%) in degradation processes of &nbsp;herbicides MCPP and MCPA using&nbsp;visible light were studied. In addition, the efficiency of TiO_2&nbsp;(anatase) doped with various&nbsp;amounts of Fe^3+&nbsp;(0.71&ndash;1.80 at.%) was also tested for MCPP degradation. When comparing&nbsp;N-TiO_2&nbsp;(synthesized by wet procedure) and N-TiO₂ (dry procedure), it was observed that&nbsp;in the latter case the catalyst efficiency was about two times higher. In this case for MCPP&nbsp;was also observed somewhat higher photocatalytic activity of N-TiO₂ (synthesized by dry&nbsp;procedure) in comparison with TiO₂. When activities of all three catalysts towards MCPA&nbsp;are compared, the results are very alike. In addition, higher efficiency of N-TiO_{2 &nbsp;}(wet&nbsp;procedure) comparing to TiO_2&nbsp;Degussa P25 (about 1.5 times) and about 5 times in&nbsp;comparison to direct photolysis were recorded, while N-TiO₂ (dry procedure) was about 3&nbsp;times more efficient than TiO_2&nbsp;Degussa P25 and about 10 times in comparison with direct&nbsp;photolysis. The rate of solar degradation is about 100 times lower than by application of&nbsp;UV and visible radiation, as a consequence of various intensities of the mentioned light&nbsp;sources and different conditions of photodegradation. An optimal concentration of N-TiO₂&nbsp;(wet procedure) of 4 mg cm^&minus;3<br />&nbsp;was established.</p><p>During degradation of MCPP and MCPA it was observed that the rate is higher if&nbsp;TiO₂(rutile) was applied comparing to Fe-TiO_2&nbsp;and with increasing amount of Fe^3+&nbsp;photocatalytic activity mostly decreases. When TiO₂ (anatase) doped with various amounts&nbsp;of Fe^3+&nbsp;(0.71 to 1.80 at.%) was applied for MCPP degradation, the process was much&nbsp;slower than with undoped catalyst.</p><p>Since we have not found relevant literature data on kinetics and mechanism of&nbsp;photocatalytic degradation of clopyralid, its stability in different experimental conditions&nbsp;was tested. In investigating of influences of pH (1.0&ndash;9.0) both in presence and in absence&nbsp;of daylight, in no cases decomposition was observed during seven months experiments.&nbsp;Also, the kinetics of photocatalytic degradation of clopyralid using UV and visible&nbsp;irradiation in the presence of TiO_2&nbsp;Degussa P25 and in direct photolysis by application of&nbsp;both irradiation sources was studied. It was found that the &nbsp;rate of photocatalytic&nbsp;decomposition using UV radiation was 5 times higher comparing to direct photolysis. For&nbsp;clopyralid photocatalytic monitoring a pH value of &nbsp;3.2 was chosen. In addition, in the investigated concentration range (0.5&ndash;3.0 mmol &nbsp;dm^&minus;3) the photocatalytic degradation kinetics of clopyralid in the first stage of the reaction follows approximately a pseudo-first kinetic order. In investigation of influence of catalyst concentration (0.5&ndash;8 mg cm^&minus;3) on the rate of clopyralid degradation the highest reaction rate was observed at 4 mg cm^{&minus;3&nbsp;}of catalyst concentration The apparent activation energy of the reaction being 7.74 kJ mol^&minus;1. The absence of molecular oxygen resulted in a significant decrease (about 2 times) in the rate of clopyralid photodegradation. The effect of the presence of (NH₄)₂S₂O₈, H₂O_2&nbsp;and KBrO₃, acting as electron acceptors along with molecular oxygen affects clopyralid photocatalytic degradation considerably and indifferent ways. By studying the effect of ethanol as a hydroxyl radical scavenger it was shown that the heterogeneous catalysis takes place mainly via ^&bull;OH radicals.</p><p>LC&minus;MS/MS (ESI+) monitoring of the process showed that several pyridine-containing intermediates are formed: 3,6-dichloropyridin-2-ol, 3,6-dichloro&nbsp;hydroxypyridine-2-carboxylic acid and 3,3&#39;,6,6&#39;-tetrachloro-2,4&#39;-bipyridine-2-carboxylic&nbsp;acid. Based on the identified intermediates and overall kinetic results, a probable&nbsp;photocatalytic degradation mechanism was proposed.&nbsp;</p><p>Finally, in the case of clopyralid it was established that practically no degradation&nbsp;<br />occurs in the presence of TiO_2&nbsp;(anatase) and N-TiO₂ (dry procedure) with visible light &nbsp;and&nbsp;also with TiO_2&nbsp;Degussa P25. Besides of that, by using TiO_2&nbsp;(rutile) and Fe-TiO_2&nbsp;as&nbsp;photocatalysts it was noted that increasing the concentration of Fe^3+&nbsp;from 0.13 to 1.27 at.%&nbsp;comes to increasing photodegradation rate of clopyralid. Results indicate that differences&nbsp;in molecular structure of chosen compound, influence obtained photocatalytic activity to a&nbsp;great extent.</p>

Zahlreiche Studien belegen, dass Maillard-Reaktionsprodukte (MRP) in vivo einen Einfluss auf den physiologischen Metallionenhaushalt haben können. Da bisher noch keine Korrelation zwischen dem Entstehen von definierten MRP und einem erhöhten Metallionenbindungsvermögen ermittelt werden konnte, war es das Ziel dieser Arbeit, die Komplexbildungseigenschaften der ausgewählten MRP Nε-Carboxymethyllysin, Isomaltol und Maltosin sowie deren Strukturanaloga Maltol, Deferipron, Mimosin und Pyridosin mit den physiologisch relevanten Metallionen Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) und Mn(II) zu untersuchen. Dazu wurden die MRP Nε-Carboxymethyllysin und Maltosin sowie die parallel untersuchten Substanzen Pyridosin, Maltosin-3-benzylether, Nα-Hippuryl- und Nα-Acetylmaltosin in ausreichender Menge und Reinheit synthetisiert. Dabei gelang es, für Maltosin und Pyridosin neue und effiziente Synthesewege zu entwickeln, bei welchen zum ersten Mal beide Substanzen gezielt aufgebaut wurden. Die Komplexbildungskonstanten der Liganden mit den Metallionen wurden pH-potentiometrisch bestimmt (I[KNO3] = 0,15 M; θ = 25 °C). Durch die Auswertung der Protonierungskonstanten der gebildeten Komplexe und das Vermessen geeigneter Derivate konnten für die untersuchten Komplexe zusätzlich die Koordinationsstellen der Liganden aufgeklärt werden. Die Untersuchungen zu den Komplexbildungseigenschaften bestätigten erstmals die Vermutung, dass MRP in der Lage sind, Metallionen zu binden. Dabei wurde weiterhin ermittelt, dass die Bindung von Cu(II) durch Nε-Carboxymethyllysin und von Fe(III), Al(III) und Cu(II) durch Maltosin durchaus von physiologischer Relevanz sind. Die Bedeutung der Ergebnisse wurde qualitativ durch Versuche mit Maltosin-derivatisiertem Rinderserumalbumin unterstrichen. Als besonderes Ergebnis der Arbeit ist herauszustellen, dass das MRP Maltosin und die Verbindung Pyridosin deutlich stabilere Komplexe mit Fe(III) bilden als das zur Fe(III)-Chelattherapie eingesetzte Medikament Deferipron. Diese festgestellte Eigenschaft bietet interessante Perspektiven für zukünftige Studien zur möglichen Anwendung von z. B. Maltosin als Pharmakon. / Several studies show that Maillard reaction products (MRP) may influence the physiological metal ion balance. But none of these studies prove a correlation between the formation of defined MRP and an enhanced metal ion binding. Therefore it was the aim of this work to investigate the complex formation characteristics of the selected MRP Nε-carboxymethyllysine, isomaltol and maltosine as well as the structural analogues maltol, deferiprone, mimosine and pyridosine with the physiological relevant metal ions Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) and Mn(II). For that purpose the MRP Nε-carboxymethyllysine and maltosine plus the parallel analysed substances pyridosine, maltosine-3-benzylether, Nα-hippuryl- and Nα-acetylmaltosine were synthesised. Thereby new and efficient syntheses for maltosine and pyridosine were developed. The stability constants of the ligands with the metal ions were determined by pH-potentiometry (I(KNO3) = 0,15 M; θ = 25 °C). Furthermore the donor atoms within the formed complexes were determined by the evaluation of the protonation constants of the formed complexes and by the analysis of adequate derivatives. The studies to the complex formation characteristics confirm for the first time the assumption, that MRP are able to form stable complexes with metal ions. Withal it was ascertained that the coordination of Cu(II) by Nε-carboxymethyllysine and of Fe(III), Al(III) and Cu(II) by maltosine may be of physiological relevance. The significance of the results was pointed out by experiments with maltosine derivatised bovine serum albumine. The fact that the MRP maltosine and the compound pyridosine form more stable complexes with Fe(III) as the medicament for the Fe(III) chelate therapy deferiprone is a particular result of this work. This property affords interesting perspectives for future studies about a possible appliance of e.g. maltosine as pharmaceutical.

No description available.

RESUME<p><p>Le travail de thèse porte sur le développement d’électrodes sélectives originales et performantes pour l’analyse de composés d’intérêt pharmaceutique. <p><p> La partie introductive traite des notions relatives à l’électrochimie mais également de notions sur les molécules médicamenteuses étudiées, en l’occurrence les principes antipaludéens et l’iode.<p><p> La partie expérimentale se subdivise en deux parties distinctes selon le type d’électrodes sélectives auxquelles font appel les techniques électrochimiques.<p><p> La première partie concerne l’élaboration, la caractérisation et l’application des électrodes potentiométriques à membrane polymérique incluant une paire d’ions et sélectives à diverses molécules organiques pharmacologiquement actives (antipaludéens). Leur application aussi bien en analyse pharmaceutique qu’en cinétique de dissolution est décrite.<p><p> La deuxième partie est consacrée à l’élaboration d’un type de senseur ampérométrique original à pâte de carbone à base d’argent micronisé ou colloïdal et à la comparaison de ses performances avec l’électrode d’argent métallique. L’intérêt analytique est mis en évidence par la détermination quantitative des iodures.<p><p> Les différents aspects susceptibles d’influencer leur comportement, dont la nature des agents précipitants (tétraphénylborate de sodium et le tétrakis (4-chlorophényl) borate de potassium) et de plastifiants ont été investigués.<p>Les bonnes performances des ces électrodes en analyse quantitative ont permis d’explorer les possibilités de leur utilisation à l’étude de la cinétique de dissolution.<p><p> L’ampérométrie à électrode à pâte de carbone modifiée à base d’argent à l’échelle micronisée (35% m/m) couplée à la chromatographie liquide ionique s’est avérée très sensible vis-à-vis des iodures en particulier et des halogénures en général. Les facteurs susceptibles d’influencer les grandeurs de séparation et la réponse de l’électrode ont été investigués et l’exploitation du signal ampérométrique permet le dosage sélectif et rapide de faibles concentrations en iodures. Les informations fournies par les mesures réalisées en voltampérométrie cyclique à l’aide des mêmes électrodes permettent une bonne compréhension mécanistique quant au mode de détection ampérométrique évitant ainsi toute confusion à ce sujet et permettant l’optimisation du processus de détection.<p>------------------------------------------------<p>ABSTRACT<p><p>This thesis describes the development of original and high performance selective electrodes for the analysis of several pharmaceutical compounds. <p><p>The introduction describes the pharmaceutical compounds of interest (antimalarial drugs and iodine) and provides an overall understanding of the electrochemical groundwork pertaining to their analysis.<p><p>The experimental aspect of the thesis is divided into two parts, each according to the type of electrode and electrochemical technique used for the analysis.<p>The first part describes the design, characterization, and application of polymer membrane based ion selective potentiometric electrodes. Selectivity was provided by including ion pairs of several antimalarial drugs into the membrane. The feasibility of use of these electrodes in pharmaceutical analysis as well as in dissolution trials is also described in this part.<p><p>The second part describes the design of an original silver-modified carbon paste amperometric sensor and compares its performances to those of a plain metallic silver electrode. The electrode has been modified by silver microparticles or by silver nanoparticles. Quantitative iodine determination serves to prove the usefulness of this new sensor in analytical chemistry.<p><p>Different aspects, such as the nature of the counter ions (sodium tetraphenylborate and potassium tetrakis (4-chlorophenyl) borate) and the plastifying agents that are likely to influence electrode behaviour have been investigated. <p><p>Since the electrodes have been shown to perform well in quantitative analysis, the possibility of use in dissolution trials was explored.<p><p>Micronized silver-modified carbon paste electrode (35% Ag m/m) coupled to anionic-exchange liquid chromatography with amperometric detection was shown to be very sensitive with regards to the assay of halogenides in general and iodide in particular. After having investigated the various factors likely to influence chromatographic separation and electrode response, it was shown that the sensor could be used to rapidly and selectively determine low iodide concentrations in complex samples. Cyclic voltammetric analysis provided information concerning the mechanisms allowing amperometric detection, thus allowing an optimisation of the detection procedures.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Zahlreiche Studien belegen, dass Maillard-Reaktionsprodukte (MRP) in vivo einen Einfluss auf den physiologischen Metallionenhaushalt haben können. Da bisher noch keine Korrelation zwischen dem Entstehen von definierten MRP und einem erhöhten Metallionenbindungsvermögen ermittelt werden konnte, war es das Ziel dieser Arbeit, die Komplexbildungseigenschaften der ausgewählten MRP Nε-Carboxymethyllysin, Isomaltol und Maltosin sowie deren Strukturanaloga Maltol, Deferipron, Mimosin und Pyridosin mit den physiologisch relevanten Metallionen Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) und Mn(II) zu untersuchen. Dazu wurden die MRP Nε-Carboxymethyllysin und Maltosin sowie die parallel untersuchten Substanzen Pyridosin, Maltosin-3-benzylether, Nα-Hippuryl- und Nα-Acetylmaltosin in ausreichender Menge und Reinheit synthetisiert. Dabei gelang es, für Maltosin und Pyridosin neue und effiziente Synthesewege zu entwickeln, bei welchen zum ersten Mal beide Substanzen gezielt aufgebaut wurden. Die Komplexbildungskonstanten der Liganden mit den Metallionen wurden pH-potentiometrisch bestimmt (I[KNO3] = 0,15 M; θ = 25 °C). Durch die Auswertung der Protonierungskonstanten der gebildeten Komplexe und das Vermessen geeigneter Derivate konnten für die untersuchten Komplexe zusätzlich die Koordinationsstellen der Liganden aufgeklärt werden. Die Untersuchungen zu den Komplexbildungseigenschaften bestätigten erstmals die Vermutung, dass MRP in der Lage sind, Metallionen zu binden. Dabei wurde weiterhin ermittelt, dass die Bindung von Cu(II) durch Nε-Carboxymethyllysin und von Fe(III), Al(III) und Cu(II) durch Maltosin durchaus von physiologischer Relevanz sind. Die Bedeutung der Ergebnisse wurde qualitativ durch Versuche mit Maltosin-derivatisiertem Rinderserumalbumin unterstrichen. Als besonderes Ergebnis der Arbeit ist herauszustellen, dass das MRP Maltosin und die Verbindung Pyridosin deutlich stabilere Komplexe mit Fe(III) bilden als das zur Fe(III)-Chelattherapie eingesetzte Medikament Deferipron. Diese festgestellte Eigenschaft bietet interessante Perspektiven für zukünftige Studien zur möglichen Anwendung von z. B. Maltosin als Pharmakon. / Several studies show that Maillard reaction products (MRP) may influence the physiological metal ion balance. But none of these studies prove a correlation between the formation of defined MRP and an enhanced metal ion binding. Therefore it was the aim of this work to investigate the complex formation characteristics of the selected MRP Nε-carboxymethyllysine, isomaltol and maltosine as well as the structural analogues maltol, deferiprone, mimosine and pyridosine with the physiological relevant metal ions Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) and Mn(II). For that purpose the MRP Nε-carboxymethyllysine and maltosine plus the parallel analysed substances pyridosine, maltosine-3-benzylether, Nα-hippuryl- and Nα-acetylmaltosine were synthesised. Thereby new and efficient syntheses for maltosine and pyridosine were developed. The stability constants of the ligands with the metal ions were determined by pH-potentiometry (I(KNO3) = 0,15 M; θ = 25 °C). Furthermore the donor atoms within the formed complexes were determined by the evaluation of the protonation constants of the formed complexes and by the analysis of adequate derivatives. The studies to the complex formation characteristics confirm for the first time the assumption, that MRP are able to form stable complexes with metal ions. Withal it was ascertained that the coordination of Cu(II) by Nε-carboxymethyllysine and of Fe(III), Al(III) and Cu(II) by maltosine may be of physiological relevance. The significance of the results was pointed out by experiments with maltosine derivatised bovine serum albumine. The fact that the MRP maltosine and the compound pyridosine form more stable complexes with Fe(III) as the medicament for the Fe(III) chelate therapy deferiprone is a particular result of this work. This property affords interesting perspectives for future studies about a possible appliance of e.g. maltosine as pharmaceutical.

Ziel der Untersuchungen war die Charakterisierung der Protonierungs-, Komplexbildungs- und Verteilungseigenschaften von tripodalen Azaliganden unter Anwendung thermodynamischer und spektroskopischer Verfahren. Im Vordergrund stand dabei der Einfluß des Lösungsmittels auf die zugrundeliegenden Gleichgewichte. Ausgehend von dem Aminopodanden Tris(2-aminoethylamin) (tren) wurden für eine Reihe abgeleiteter Verbindungen mit unterschiedlichen Stickstoffdonorfunktionen und Substituenten Faktoren untersucht, welche die beteiligten Gleichgewichte beeinflussen. Das Protonierungsverhalten der Polyaminverbindungen ist im starken Maße von elektrostatischen, elektronischen und Solvenseinflüssen abhängig, welche durch den Abstand der benachbarten Aminfunktionen, die Substitution am Aminstickstoffatom und die sterischen Eigenschaften der Substituenten bestimmt werden. Faktoren, welche die Solvatation der Aminfunktionen verringern, führen zu einer Verringerung der Protonierungskonstanten. Zudem beeinflussen die Zusammensetzung der verwendeten Methanol-Wasser-Gemische sowie das verwendete Leitsalz die Protonierungskonstanten z.T. deutlich. Die Komplexbildung der untersuchten Azapodanden mit Ag+ in Methanol zeigt Unterschiede, welche hauptsächlich auf die unterschiedliche Basizität von Imin- bzw. Aminstickstoffatomen sowie Substituenteneffekte zurückzuführen sind. Von sterisch aufwendigen Substituenten an den Donorfunktionen der Podandarme können zudem destabilisiernde Effekte infolge der Beeinflussung der Koordinationsgeometrie von Ag+ ausgehen. Heteroditope Tetraazacryptanden zeigen gegenüber abgeleiteten offenkettigen Podanden erhöhte Stabilitätskonstanten, wobei auch die Verknüpfungsposition der tripodalen Einheiten am Phenylspacer und die Bindung von Wasser im Käfighohlraum eine Rolle spielen. Lösungsmittelpolarität und Gegenion haben einen deutlichen Einfluß auf die Komplexbildung mit Ag+. Der Schwerpunkt von Untersuchungen an Zweiphasensystemenen wäßrig-organisch lag auf dem Übergang von Wasser in die organische Phase unter dem Einfluß von extrahierten Spezies bei der Kationen- und Anionenextraktion. Mit der Verteilung von Liganden und Kationen- bzw. Anionenkomplexen lassen sich Änderungen des Wassersättigungsgehaltes in der niedrigpolaren organischen Phase registrieren, die mit der unterschiedlichen Hydratation der Spezies korrelieren. Qualitativ wurde die Hydratation von Azapodanden mittels IR- und 1H-NMR-Spektroskopie nachgewiesen, wobei auch Hinweise auf bestimmte, die Hydratation verringernde Faktoren, wie intramolekulare Wasserstoffbrücken, erhalten wurden. Quantitativ konnten mittels Karl-Fischer-Titration und Verteilungsmessungen Hydratationszahlen für ausgewählte Ligansysteme bestimmt werden. Extrahierte Komplexe der Verbindungen mit Ag+, Co2+, Ni2+ und Zn2+ zeigen eine gegenüber den freien Komplexbildnern veränderte Hydratation. Bei Ag+ kann in allen Fällen von einer deutlichen Verringerung der Hydratationszahlen ausgegangen werden. Für die zweifachgeladenen Kationen konnte kein klarer Nachweis erbracht werden. Es ergeben sich aber Hinweise, wonach zum Teil keine Verringerung auftritt, was auf eine zusätzliche Koordinationsstellen von Wasser am Kation hinweist. Bei der Iodidextraktion treten bei gleichzeitiger pH-Abhängigkeit mehrere Komplexspezies auf, was die Bestimmung von Hydratationszahlen erschwert. Als hilfreich erwies sich die Simulation für verschiedene mögliche Zusammensetzungen. Dabei stellte sich heraus, daß der 1:1-Komplex des untersuchten monoprotonierten Aminopodanden in Chloroform wahrscheinlich stärker hydratisiert ist als der freie Ligand, während die entsprechende 1:2-Spezies (Ligand:Iodid) eine ähnliche oder schwächere Hydratation aufweist als der Ligand.

Ziel der Untersuchungen war die Charakterisierung der Protonierungs-, Komplexbildungs- und Verteilungseigenschaften von tripodalen Azaliganden unter Anwendung thermodynamischer und spektroskopischer Verfahren. Im Vordergrund stand dabei der Einfluß des Lösungsmittels auf die zugrundeliegenden Gleichgewichte. Ausgehend von dem Aminopodanden Tris(2-aminoethylamin) (tren) wurden für eine Reihe abgeleiteter Verbindungen mit unterschiedlichen Stickstoffdonorfunktionen und Substituenten Faktoren untersucht, welche die beteiligten Gleichgewichte beeinflussen. Das Protonierungsverhalten der Polyaminverbindungen ist im starken Maße von elektrostatischen, elektronischen und Solvenseinflüssen abhängig, welche durch den Abstand der benachbarten Aminfunktionen, die Substitution am Aminstickstoffatom und die sterischen Eigenschaften der Substituenten bestimmt werden. Faktoren, welche die Solvatation der Aminfunktionen verringern, führen zu einer Verringerung der Protonierungskonstanten. Zudem beeinflussen die Zusammensetzung der verwendeten Methanol-Wasser-Gemische sowie das verwendete Leitsalz die Protonierungskonstanten z.T. deutlich. Die Komplexbildung der untersuchten Azapodanden mit Ag+ in Methanol zeigt Unterschiede, welche hauptsächlich auf die unterschiedliche Basizität von Imin- bzw. Aminstickstoffatomen sowie Substituenteneffekte zurückzuführen sind. Von sterisch aufwendigen Substituenten an den Donorfunktionen der Podandarme können zudem destabilisiernde Effekte infolge der Beeinflussung der Koordinationsgeometrie von Ag+ ausgehen. Heteroditope Tetraazacryptanden zeigen gegenüber abgeleiteten offenkettigen Podanden erhöhte Stabilitätskonstanten, wobei auch die Verknüpfungsposition der tripodalen Einheiten am Phenylspacer und die Bindung von Wasser im Käfighohlraum eine Rolle spielen. Lösungsmittelpolarität und Gegenion haben einen deutlichen Einfluß auf die Komplexbildung mit Ag+. Der Schwerpunkt von Untersuchungen an Zweiphasensystemenen wäßrig-organisch lag auf dem Übergang von Wasser in die organische Phase unter dem Einfluß von extrahierten Spezies bei der Kationen- und Anionenextraktion. Mit der Verteilung von Liganden und Kationen- bzw. Anionenkomplexen lassen sich Änderungen des Wassersättigungsgehaltes in der niedrigpolaren organischen Phase registrieren, die mit der unterschiedlichen Hydratation der Spezies korrelieren. Qualitativ wurde die Hydratation von Azapodanden mittels IR- und 1H-NMR-Spektroskopie nachgewiesen, wobei auch Hinweise auf bestimmte, die Hydratation verringernde Faktoren, wie intramolekulare Wasserstoffbrücken, erhalten wurden. Quantitativ konnten mittels Karl-Fischer-Titration und Verteilungsmessungen Hydratationszahlen für ausgewählte Ligansysteme bestimmt werden. Extrahierte Komplexe der Verbindungen mit Ag+, Co2+, Ni2+ und Zn2+ zeigen eine gegenüber den freien Komplexbildnern veränderte Hydratation. Bei Ag+ kann in allen Fällen von einer deutlichen Verringerung der Hydratationszahlen ausgegangen werden. Für die zweifachgeladenen Kationen konnte kein klarer Nachweis erbracht werden. Es ergeben sich aber Hinweise, wonach zum Teil keine Verringerung auftritt, was auf eine zusätzliche Koordinationsstellen von Wasser am Kation hinweist. Bei der Iodidextraktion treten bei gleichzeitiger pH-Abhängigkeit mehrere Komplexspezies auf, was die Bestimmung von Hydratationszahlen erschwert. Als hilfreich erwies sich die Simulation für verschiedene mögliche Zusammensetzungen. Dabei stellte sich heraus, daß der 1:1-Komplex des untersuchten monoprotonierten Aminopodanden in Chloroform wahrscheinlich stärker hydratisiert ist als der freie Ligand, während die entsprechende 1:2-Spezies (Ligand:Iodid) eine ähnliche oder schwächere Hydratation aufweist als der Ligand.