Duisburg, Universiẗat, Diss., 2002.

Seit der Strukturaufklärung der grünen Blattpigmente Chlorophyll a und Chlorophyll b sowie des roten Blutfarbstoffes Häm durch Richard Willstätter und Hans Fischer zu Beginn des 20. Jahrhunderts stehen tetrapyrrolische Naturstoffe weltweit im Fokus unzähliger biologischer, medizinischer, physikalischer und chemischer Forschungsarbeiten. Heute spielen insbesondere Porphyrine – die prominentesten Vertreter der synthetischen Tetrapyrrol-Makrocyclen – eine bedeutende Rolle in der modernen angewandten Chemie, etwa als metallorganische Katalysatoren, als Photosensibilisatoren in der photodynamischen Krebstherapie oder auf dem Gebiet der Materialwissenschaften. Neben monomeren Porphyrinen sind dabei v.a. Multiporphyrine mit maßgeschneiderten photophysikalischen Eigenschaften und definierter dreidimensionaler Struktur höchst attraktive Syntheseziele. Im Gegensatz zum immensen Forschungsinteresse an achiralen Porphyrin-Systemen wurde der Darstellung und stereochemischen Charakterisierung chiraler Porphyrinoide bislang vergleichsweise wenig Beachtung geschenkt. Insbesondere optisch aktive Vertreter mit stereo-genen Porphyrin-Aryl-Achsen und intrinsisch axial-chirale Oligoporphyrine wurden bislang kaum untersucht. Aufgrund eines Mangels an geeignet funktionalisierten tetrapyrrolischen Vorläufern sind hierbei Strukturmotive mit β-Verknüpfung besonders unterrepräsentiert. Die generell spärliche Beschreibung axial-chiraler Porphyrin-Systeme und ihrer chiroptischen Eigenschaften liegt hauptsächlich in der oft extrem schweren Zugänglichkeit entsprechender Verbindungen – insbesondere in optisch reiner Form – begründet. Aufgrund der derzeit rapide ansteigenden Bedeutung chiraler Porphyrinoide sind die Synthese und stereochemische Analyse sowie eine Erweiterung des bis dato mehr als begrenzten methodischen Repertoires zur stereoselektiven Darstellung von chiralen Porphyrin-Derivaten von größtem Interesse. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Etablierung effizienter und vielseitig ein-setzbarer Verfahren zum Aufbau komplexer axial-chiraler Mono- und Multiporphyrine mit maßgeschneiderten chemischen, physikalischen und chiroptischen Eigenschaften sowie unter-schiedlicher räumlicher Anordnung der Chromophore. Desweiteren sollten erstmals verschiedene Konzepte zur stereoselektiven Synthese axial-chiraler Porphyrin-Systeme entwickelt und vergleichend erprobt werden. Bei allen bearbeiteten Fragestellungen standen ein tieferes Verständnis stereochemischer Aspekte sowie die eingehende Untersuchung der chiroptischen Eigenschaften (z.B. unter Anwendung moderner HPLC-Kopplungstechniken) der neuartigen synthetisierten Verbindungen im Vordergrund. / Since the structural elucidation of the green leaf pigments chlorophyll a and chlorophyll b and the red blood dye heme by Richard Willstätter and Hans Fischer in the early 20th century, the broad area of tetrapyrrole research has become one of the most exciting, stimulating, and rewarding for scientists from most diverse disciplines like biology, medicince, and chemistry. Today in particular porphyrins – the most prominent representatives amongst synthetic tetrapyrroles – play a crucial role in modern applied chemistry, e.g., as metalorganic catalysts, as photosensitizers in photodynamic cancer therapy or in the field of material science. Besides monomeric porphyrins predominantly multiporphyrin arrays with tailor-made photophysical properties and well-defined three-dimensional structure display highly attractive synthetic targets. In contrast to the tremendous research interests in achiral porphyrin systems comparatively little attention has been paid to the synthesis and stereochemical characterization of chiral porphyrinoids. Especially optically active representatives with stereogenic porphyrin-aryl axes and intrinsically axially chiral oligoporphyrins have hardly been investigated so far. Due to a lack of suitably functionalized tetrapyrrolic precursors, structural motifs based on β-coupled subunits are particularly underrepresented. The fact that axially chiral porphyrins and their chiroptical properties have in general attracted only low attention can be ascribed to the extremely difficult accessibility of such compounds – especially in optically pure form. Be-cause of the nowadays rapidly increasing importance of chiral porphyrinoids, their synthesis and stereochemical analysis as well as an expansion of the – so far greatly limited – methodological repertoire for the stereoselective construction of chiral porphyrin derivatives is of highest interest. Thus, the aim of the present work was to establish efficient and widely applicable procedures for the construction of structurally complex axially chiral mono- and multiporphyrins with taylor-made chemical, physical, and chiroptical properties and well-defined spatial arrangement of the chromophores. In addition, different concepts for the stereoselective synthesis of axially chiral porphyrin systems were to be developed and comparatively evaluated for the first time. For all investigations the main focus concentrated on gaining detailed knowledge of stereochemical aspects and on closely studying the chiroptical behavior (e.g., by using modern HPLC hyphenation techniques) of the newly synthesized compounds.

Universiẗat, Diss., 2005--Düsseldorf.

Seit Anfang des 20. Jahrhunderts ist die Krankheit Krebs die zweithäufigste Todesursache. Die immer besser werdende Diagnostik zur Früherkennung von Krebserkrankungen bringt zudem mit sich, dass eine steigende Anzahl an Krankheitsfällen bekannt wird; gleichzeitig hat eine sichere Erkennung im Frühstadium einen hohen Stellenwert, da nur so frühzeitig therapeutische Maßnahmen ergriffen werden können. Obwohl zur kurativen oder zur palliativen Behandlung schon lange viele ausgereifte Therapiemethoden und -konzepte erfolgreich angewendet werden, sind bis heute viele Krebserkrankungen noch immer unheilbar und es gibt bislang in vielen Fällen noch keine potenten Arzneistoffe für eine wirkungsvolle Therapie. Die Suche nach neuen Wirkstoffen ist daher ein Schwerpunkt aktueller Forschung. Auch unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit dieser Thematik und hat in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Würzburg ein neuartiges Pro-Prodrug- Konzept für antitumorale Wirkstoffe entwickelt. Daher war es ein Ziel der vorliegenden Arbeit, aufbauend auf medizinischen und biochemischen Vorarbeiten, eine Leitstruktur für antitumorale Wirkstoffe zu erarbeiten, die auf dem hier vorgestellten Pro-Prodrug-Konzept basiert, und eine entsprechende Syntheseroute zur Gewinnung erster Fluoreszenz-markierter Pro-Prodrug-Modellverbindungen zu etablieren. Eine andere interessante Substanzklasse, die nicht nur aufgrund ihrer Wirkeigenschaften als Photosensibilisatoren in der photodynamischen Therapie bereits Gegenstand intensiver Forschung ist, sondern auch in weiteren Bereichen der angewandten Chemie, wie beispielsweise in der metallorganischen Katalyse oder in den Materialwissenschaften Anwendung findet, sind die Porphyrine. Neben den achiralen Vertretern finden die chiralen Porphyrinoide Anwendung in der chiralen Erkennung oder in der asymmetrischen Synthese. Auf dem Gebiet der Porphyrine war das Ziel der vorliegenden Arbeit die gezielte Synthese N,C- und C,C-verknüpfter dimerer und trimerer Porphyrine, einhergehend mit intensiven Untersuchungen der Reaktivität der verwendeten Bausteine, des Reaktionsmechanismus und der hohen Regioselektivität. Da einige der synthetisierten Substanzen Axial- oder Helikalchiralität aufweisen, wurden diese durch HPLC-CD eingehend auf ihre chiroptischen Eigenschaften untersucht. / Since the beginning of the 20th century cancer has been the second most common cause of death. Due to the continuously improving diagnosis for the early detection of cancer the number of cases that becomes apparent, rises, but coincidently a clear identificaton in the early stage is very important to start with the adequate therapy timely. Although various well established therapy methods and concepts for the curative or the palliative treatment have been existed for a long time, many cancer deseases, are still incurable and there are no potential drugs for a therapy, so far. Hence, the identification of novel drugs and active agents is a major current research task. Our research group is also involved with this topic and in cooperation with the University Hospitel of Würzburg a novel pro-prodrug concept for antitumoral drugs was developed. Thus, one aim of the present work was, based on previous medical and biochemical work, to develop a lead structure for antitumoral drugs using the pro-prodrug concept described herein and to establish a synthetic route to first fluorescence-labelled pro-prodrug model compounds. Another interesting class of compounds that is not only a current subject of intensive research because of its properties as photosensitizers in the photodynamic therapy, but also plays a crucial role in modern applied chemistry, e.g., in metalorganic catalysis or in the field of material science, are the porphyrins. Besides the achiral representatives, the chiral porphyrinoids are used for chiral recognition or in asymmetric synthesis. In the field of porphyrins the aim of the present work was the directed synthesis of N,C- and C,C-linked dimeric und trimeric porphyrins, together with intensive investigations on the reactivity of the used building blocks, on the reaction mechanism and on the high regioselectivity. Some of the synthesized compounds are axially or helically chiral, therefore, HPLC-CD measurements were carried out to investigate their chiroptical features.

In mehrzelligen Organismen ist der Aufbau stabiler Zell-Zell- und Zell-Matrix-Verbindungen lebensnotwendig. Hierfür werden innerhalb einer Körperzelle membranständige Adhäsionskomplexe gebildet, die eine zentrale Rolle in der Verankerung sowie Regulierung des intrazellulären Zytoskelettes spielen. Zu diesen Aktin-bindenden Proteinen gehören das ubiquitär vorkommende Vinculin sowie dessen muskelspezifische Spleißvariante Metavinculin, deren genaue Funktion bisher nicht bekannt ist. Metavinculin besitzt einen Einschub von zusätzlichen 68 Aminosäuren im Vergleich zu Vinculin, wodurch eine neue alpha-Helix H1´ im Bereich der Schwanzdomäne entsteht, die dem Protein funktionelle Unterschiede verleiht. Frühere Studien zeigten, dass eine Punktmutation innerhalb des Metavinculin-spezifischen Einschubes (Mutante R975W) mit dem Auftreten einer familiären dilatativen Kardiomyopathie assoziiert ist. In der vorliegenden Arbeit wurden biochemische und zellbiologische Versuche sowie immunhistochemische Untersuchungen durchgeführt, welche bisher unbekannte Eigenschaften des Metavinculins aufdecken und Hinweise zur physiologischen Funktion des Metavinculins in muskulären Zelladhäsionsverbindungen liefern. Es konnte in der Rindermuskulatur gezeigt werden, dass Metavinculin eine fasertypabhängige Expression aufweist, welche unabhängig vom verwendeten Muskeltyp reproduzierbar auftritt. Metavinculin wird im Gegensatz zum ubiquitär vorkommenden Vinculin in den Muskeladhäsionskomplexen vor allem schneller, glykolytischer Muskelfasertypen ausgebildet. Untersuchungen zur Proteindynamik zeigten eine deutlich verlängerte Verweildauer von Metavinculin im Vergleich zu Vinculin in den Adhäsionskomplexen von Muskelvorläuferzellen. In CD-spektroskopischen Untersuchungen konnte eine deutliche Destabilisierung der Schwanzdomäne der Metavinculin-Mutante R975W im Vergleich zum Wildtyp aufgezeigt werden. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass der zusätzliche Einbau von Metavinculin in die Adhäsionskomplexe von Muskelfasern eine spezielle Anpassung an die physiologische Funktion und mechanische Belastung der Muskelfasern ist und wahrscheinlich eine höhere mechanische Stabilität bei schnellen und glykolytischen Muskelfasertypen gewährleistet. Wird die Stabilität der Aktin-bindenden Domäne in Metavinculin durch eine Punktmutation vermindert, könnte dies zu einer weniger stabilen Verankerung des Aktinzytoskelettes führen, was zu den pathophysiologischen Veränderung des Herzmuskels im Rahmen einer dilatativen Kardiomyopathie beitragen kann.

Universiẗat, Diss., 2007--Frankfurt (Main). / Zsfassung in dt. und engl. Sprache.

Regensburg, Univ., Diss., 2007.

Regensburg, Univ., Diss., 2008 und Universität Paris XI (Frankreich), 2008.

Würzburg, Univ., Diss., 2009.

Universiẗat, Diss., 2002--Bayreuth. / Erscheinungsjahr an der Haupttitelstelle: 2002.