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Funktionsanalyse des murinen Replikationsfaktors ORC2 / FUNCTIONAL ANALYSIS OF THE MURINE REPLICATIONFACTOR ORC2

Höhn, Karsten P. January 2007 (has links) (PDF)
Für Studien an murinen Initiationsfaktoren wurden in dieser Arbeit die Gene mcm2, orc3, cdc6, cdc7, dbf4 sowie das Gen ttf1 in ihrem chromosomalen Kontext mit Hilfe einer genomischen Bibliothek identifiziert und isoliert. Diese Gene sollen als Ausgang für Zielvektoren von transgenen Mäusen dienen oder für chromosomale Lokalisationsstudien verwendet werden. Weiterhin wurde in dieser Arbeit ein Zielvektor für eine orc2-„knock out“-Maus konstruiert. Für den „knock out“ wurde eine konditionale Strategie mit dem Cre/loxP-System gewählt, wobei Exon 2-5 von loxP-Stellen flankiert sein sollten. Als Ausgangsmaterial stand ein BAC-Vektor mit einem ca. 200 kb großen genomischen Insert, der das orc2-Gen enthält, zur Verfügung. Die erforderlichen Subklonierungen wurden durch die Größe des Inserts bzw. der daraus gewonnenen orc2-Subfragmente und durch die unbekannten Intronsequenzen negativ beeinträchtigt, da sich dadurch die Anzahl an verwendbaren Schnittstellen erheblich reduzierte. Nachdem es letztendlich nicht möglich war den vorletzten Schritt der Klonierung abzuschließen, wurde das Projekt aus Zeitgründen eingestellt. Ein weiterer Teil diese Arbeit beschäftigte sich mit der Lokalisation des murinen Orc2-Proteins am Centrosom. Bei Studien mit EGFP-gekoppelten murinen Replikationsproteinen zeigten Mcm4p-7p und Orc2p-5p eine Lokalisation am Centrosom. Für endogenes Orc2p sollte diese ebenfalls überprüft werden. Über Immunfluoreszenz-Doppelfärbungen mit Antikörpern sowohl gegen Orc2p als auch gegen das centrosomale Protein γ-Tubulin konnte in NIH/3T3-Zellen eine centrosomale Orc2p-Lokalisation bestätigt werden. Diese trat sowohl in Interphase- als auch in Mitose-Zellen auf. Darüber hinaus wurde von anti-Orc2-Antikörpern in Telophase-Zellen eine punktförmige Struktur in der äquatorialen Ringfurche angefärbt. Diese Region entspricht vermutlich der des „midbodys“. Zusätzlich zu den Immunfluoreszenz-Analysen wurden Immunpräzipitationen durchgeführt. Durch diese konnte gezeigt werden, dass Orc2p durch γ-Tubulin präzipitierbar ist. Solch eine Lokalisation und Interaktion von Orc2p am Centrosom legt eine von der Replikation unabhängige Funktion nahe, wie sie bereits für andere Initiationsfaktoren beschrieben wurde. Um die Funktion von Orc2p genauer untersuchen zu können, wurden in einem weiteren Teil dieser Arbeit die Auswirkungen eines Orc2p-“knock downs“ auf NIH/3T3-Zellen untersucht. Das dabei verwendete RNAi-System basiert auf einem induzierbaren Expressionssystem, wobei die Orc2-siRNA aus der exprimierten „small hairpin RNA“ prozessiert wird. Um eine zeitliche Regulation zu ermöglichen, wurde das Tet-on-System verwendet. Auf Basis dieser beiden Systeme wurde eine stabile NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA-Zelllinie hergestellt. Zur Vereinfachung zukünftiger Arbeiten mit regulierbaren Expressionssystemen, wurde parallel dazu eine NIH/3T3-Tet-on-Zelllinie, mit Neomycin als Selektionsmarker, hergestellt, in die nur noch der gewünschte shRNA-Expressionsvektor transfiziert werden muss. Durch Zugabe von Doxycyclin zum Nährmedium wird in den NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA-Zellen die Expression der Orc2-shRNA induziert. Dies löst anschließend den RNAi-Mechanismus aus. Es konnte bei diesen Zellen unter Einfluss von Doxycyclin eine deutliche Abnahme der Orc2-Proteinmenge festgestellt werden. Eine Analyse der Proliferationsrate von Zellen unter Doxycyclin-Einfluss ergab schon nach zwei Tagen eine deutliche Verlangsamung der Wachstumsrate. In Dox-behandelten Zellen führte die Orc2-shRNA-Expression zu einer veränderten Verteilung der Zellen auf die Zellzyklus-Phasen. Es konnte nach sieben Tagen eine Akkumulation der Zellen in der G2/M-Phase, nach 14 Tagen aber in der G1-Phase gezeigt werden. Diese Auswirkungen des Orc2p“knock downs“ stehen im Einklang mit dessen Funktion als Initiationsprotein. Weiterhin konnten während der Doxycyclin-Behandlung von NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA-Zellen auffällig viele multinukleäre Zellen, bzw. Zellen die über Zytoplasmabrücken verbunden waren, beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass bei Zellen mit einer reduzierten Orc2-Proteinmenge die Cytokinese beeinträchtigt ist. Des weiteren zeigten sich auch Zellen mit einer ungeraden Anzahl von Kernen sowie Kerne verschiedener Größe. Eine Färbung dieser Zellen mit Propidiumiodid ergab, dass alle Tochterkerne Nukleinsäuren enthalten. Dies deutet darauf hin, dass nicht in allen Zellen die DNA in gleichen Teilen auf die Tochterkerne verteilt wird. Eine ungerade Anzahl an Kernen weist darauf hin, dass diese sich in unterschiedlichen Zellzyklus-Phasen befinden können. Da vielkernige Zellen auch bei Beeinträchtigung des Spindelfaserapparates auftreten können, wurden bei Doxycyclin-behandelten NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA-Zellen Immunfluoreszenzfärbungen mit anti-β-Tubulin-Antikörpern durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass Zellen, die Orc2-siRNA exprimieren, diffus verteilte, unregelmäßig organisierte Mikrotubuli aufweisen. Dies spricht dafür, dass Orc2p neben seiner Funktion als Replikationsprotein noch weitere Aufgaben in der Mitose bzw. Cytokinese besitzt. / To study the function of murine initiation factors of DNA replication one part of this work was dedicated to the identification and isolation of genes in their chromosomal context. A genomic mouse library was screened for the mcm2, orc3, cdc6, cdc7, dbf4 and ttf1 genes. Genes in their exon-intron structure can serve as an origin of targeting vectors for transgene mice or chromosomal localisation experiments, respectively. A further part of this work was the construction of a targeting vector for an orc2 knock out mouse. A conditional strategy based on the cre/loxP system was chosen for this purpose. In the targeting vector exons 2-5 of the orc2 gene should be flanked by loxP sites. The source for the orc2 gene was a BAC vector with an approximately 200 kb genomic insert. The size of this insert and the resulting orc2 fragments, respectively, limited considerably the number of useful restriction sites. As the steps of the cloning strategy were greatly time consuming and the penultimate step could not be finished, it was decided to discontinue this project. Furthermore, the function of Orc2p was examined via localisation analyses and knock down strategies. Studies with EGFP tagged components of the pre-replicative complex showed that Mcm4p-7p and Orc2p-5p were localised at the centrosome. Therefore, the centrosomal localisation of the endogenous murine Orc2 protein was examined. By immunofluorescence staining of NIH/3T3 cells against Orc2p and the well known centrosomal protein γ-tubulin, respectively, a co-localisation at the centrosome of both proteins was shown. This co-localisation could be shown in interphase as well as mitotic cells. Additionally, between separating cells a dot-shaped struc-ture was also stained by Orc2p antibodies, which likely represents the midbody region. Furthermore, the association of Orc2p with γ-tubulin was demonstrated by immunoprecipitation. The localisation at the centrosome and the interaction with γ-tubulin suggests that Orc2p is involved in functions beyound the initiation of DNA replication. A further aspect of this work was an approach to knock down Orc2p in NIH/3T3 cells. The knock down was induced by the expression of small hairpin RNA directed against Orc2. A temporal regulation of the shRNA expression was achieved by the use of the Tet-on system. Both systems were combined in a stable NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA cell line. To facilitate further work with Tet-on regulated expression systems, a stable NIH/3T3 cell line with a Tet-on system was created. This cell line only has to be transfected with the desired shRNA expression vector. In NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA cells the Orc2 shRNA expression was induced by application doxycycline to the media. This resulted in a down regulation of Orc2 protein via a RNAi mechanism. Also the proliferation rate of NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA cells decreased upon doxycycline treatment. Analysis of the cell cycle distribution of Orc2 shRNA-expressing cells by FACS analysis showed an accumulation in G2/M after seven days but in G1 after 14 days. These effects of the Orc2p knock down correspond with its function in the initiation process. Interestingly, the doxycycline treatment also resulted in cells with more than one nuclus as well as cells connected by cytoplasma bridges. This suggests that a reduced Orc2p level can lead to an impaired cytokinesis. Furthermore, several cells showed an odd number of nuclei and nuclei of different sizes, all containing DNA, which was sown by propidium iodide staining. This indicates that in cells with a reduced Orc2p level the distribution of the chromosomes is impaired. An odd number of nuclei suggests that not all nuclei are in the same cell cycle phase. Multinucleated cells also arise from defects in the spindle apparatus. Thus, microtubuli of doxycycline treated NIH/3T3-TetOn-Orc2siRNA cells were analysed. Immunofluorescence staining against β-tubulin showed insufficiently organized microtubuli which are deficiently bound to the cell periphery. These results indicate the possibility that Orc2p is also involved in functions in mitosis and cytokinesis, respectively.
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Synthesen mit Benzolvalenzisomeren: Neue Reaktionen von Benzvalenfolgeprodukten und Azidadditionen an Hexamethyl-Dewar-Benzol / Syntheses with benzene valence isomers: New reactions of consecutive products of benzvalene and azide additions to hexamethyl-Dewar-benzene

Lesch, Steffen January 2007 (has links) (PDF)
Ausgehend von Benzvalen wurden zwei an der Doppelbindung difunktionalisierte Bicyclo[2.1.1]hex-2-ene synthetisiert, die in Anlehnung an Literaturmethoden jeweils zu einem Benzolderivat trimerisiert werden sollten. Durch dreifachen Ringschluss in den Anellanden unter Ausbildung von Bicyclobutansystemen sollte daraus dann ein Octahydro-trimetheno-trinden hervorgehen, von dem aufgrund der Spannungsenergie in den anellierten Systemen eine signifikante Bindungslängenalternanz im Benzolring erwartet wurde. Zur Untersuchung der Natur der zentralen Bindung in [1.1.1]Propellanen wurde aus Benzvalen und Adamantanon in Anlehnung an die Literatur ein neues [1.1.1]Propellan dargestellt. Weiterhin wurden verschiedene aromatische Azide in einer 1,3-dipolaren Cycloaddition an Hexamethyl-Dewar-Benzol (HMDB) addiert. Unter Thermolysebedingungen lagerten die resultierenden Produkte in Abhängigkeit vom aromatischen Rest zu unterschiedlichen Verbindungen um. / Starting from benzvalene two bicyclo[2.1.1]hex-2-enes have been prepared that were difunctionalized at the double bond. According to literature these compounds were supposed to be trimerized to a benzene derivative. Afterwards threefold ringclosure to yield bicyclobutane systems should lead to an octahydro-trimetheno-trindene derivative, which was expected to exhibit a significant bondlength alternation in the benzene ring, due to the high strain in the anellated systems. According to the preparation of a related compound in the literature a new [1.1.1]propellane was prepared from benzvalene and adamantanone to examine the nature of the central bond of the [1.1.1]propellane moiety. Furthermore different aromatic azides have been reacted with hexamethyl-Dewar-benzene in a 1,3-dipolar cycloaddition. On conditions of thermolysis the resulting adducts rearranged to various structures, depending on the nature of the aromatic moiety.
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Pharmacological target proteins of alpha2-agonists in alpha2ABC-deficient mice / Pharmakologische Zielproteine von alpha2-Agonisten bei alpha2ABC-Rezeptor-defizienten Mäusen

Knaus, Anne Elizabeth January 2007 (has links) (PDF)
Clonidine is an agonist at alpha2-adrenergic receptors that mediate a wide variety of the physiological responses to epinephrine and norepinephrine, such as inhibition of neurotransmitter release as well as sedation and analgesia. As with other therapeutically used alpha2-agonists such as moxonidine and rilmenidine, clonidine possesses an imidazoline structure and is believed to lower blood pressure not only via central and peripheral alpha2-receptors, but perhaps even more so by acting on central “imidazoline I1 receptors” in the brain stem. The molecular structure of these hypothetical “imidazoline I1 receptors” has not yet been identified. In order to test whether ligands with an imidazoline structure elicit pharmacological effects via alpha2-adrenergic receptors or via “imidazoline receptors”, mice were generated with a targeted deletion of all three alpha2-adrenergic receptor subtypes (alpha2ABC-KO). These alpha2ABC-KO mice were an ideal model in which to examine the pharmacological effects of the centrally acting antihypertensives clonidine, moxonidine and rilmenidine in the absence of alpha2-adrenergic receptors. As expected, sedative and analgesic actions of clonidine were completely absent in alpha2ABC-KO mice, confirming the sole role of alpha2-receptors in these properties of clonidine. Clonidine significantly lowered heart rate in anesthetized alpha2ABC-KO and wild-type mice by up to 150 beats/min. A similar bradycardic effect of clonidine was observed in isolated spontaneously beating right atria from alpha2ABC-KO mice. After treatment with the specific If inhibitor ZD 7288, clonidine was no longer able to lower spontaneous beating frequency, suggesting a common site of action. Furthermore, in HEK293 cells stably transfected with HCN2 and HCN4, it could be shown that clonidine inhibits the If current via blockade of pacemaker channels with similar affinity as in isolated alpha2ABC-KO and wild-type atria. This inhibition was demonstrated again in isolated sinoatrial node (SAN) cells from alpha2ABC-KO mice and was identical in potency and efficacy to clonidine inhibition observed in isolated wild-type SAN cells, confirming that inhibition of atrial HCN channels constitutes the alpha2-independent bradycardic action of clonidine. Direct inhibition of cardiac HCN pacemaker channels contributes to the bradycardic effects of clonidine in gene-targeted mice. Thus clonidine-like drugs represent novel structures for future HCN channel inhibitors. / alpha2-adrenerge Rezeptoren vermitteln die vielfältigen Wirkungen der endogenen Catecholamine Noradrenalin und Adrenalin, darunter auch eine Hemmung der Noradrenalin-Freisetzung sowie Sedierung und Analgesie. Clonidin und die ebenfalls therapeutisch eingesetzten alpha2-Agonisten Moxonidin und Rilmenidin besitzen eine Imidazolin-Teilstrukur. Es wird zur Zeit diskutiert, ob die hypotensive Wirkung dieser Arzneimittel nicht nur auf zentrale und periphere alpha2-Rezeptoren zurückzuführen ist, sondern auch auf sogenannte “I1 Imidazolin-Rezeptoren” in der ventrolateralen Medulla. Bis heute ist die molekulare Struktur dieser hypothetischen Rezeptoren nicht bekannt. Um diese Imidazolin-Hypothese zu überprüfen wurden Mäuse mit einer gezielten Deletion in allen drei alpha2-Rezeptor Genen generiert (alpha2ABC-KO). Dieses Mausmodell eignete sich hervorragend, um die pharmakologische Wirkung von den zentral-wirksamen Antihypertensiva Clonidin, Moxonidin und Rilmenidin in der völligen Abwesenheit von alpha2-Rezeptoren zu untersuchen. Wie erwartet fehlten die sedativen und analgetischen Wirkungen des Clonidins bei alpha2ABC-KO Mäusen, wodurch die alleinige Beteiligung von alpha2-Rezeptoren an diesen Eigenschaften des Clonidins bestätigt wurde. Bei anästhesierten alpha2ABCKO und Wildtyp-Mäusen zeigte Clonidin eine signifikante Senkung der basalen Herzfrequenz in beiden Genotypen von bis zu 150 Schlägen/min. In ähnlicher Weise setzte Clonidin in isolierten, spontan schlagenden rechten Vorhöfen von alpha2ABC-KO die Schlagfrequenz herab. Nach Vorbehandlung der Vorhöfe mit dem spezifischen If Inhibitor ZD 7288 fand keine weitere Senkung der Schlagfrequenz durch Clonidin mehr statt, was auf einen gemeinsamen Wirkort der beiden Substanzen hindeutete. In stabil transfizierten HEK293 Zellen zeigte Clonidin eine Inhibition des If Stromes durch Blockade von HCN2- und HCN4-Kanälen mit ähnlicher Potenz wie in den isolierten Vorhöfen. Ebenfalls in isolierten Sinusknoten (SAN) Zellen von alpha2ABC-KO und Wildtyp-Mäusen inhibierte Clonidin den If Strom mit gleicher Potenz. Diese Befunde bestätigen, dass die Blockade von atrialen HCN-Kanälen den Mechanismus der alpha2-unabhängigen, Clonidin-induzierten Bradykardie darstellt. Die direkte Hemmung von kardialen HCN-Schrittmacher-Kanälen trägt wesentlich zur bradykarden Wirkung von Clonidin bei transgenen Mäusen bei. Clonidin-Derivate bilden somit die Basis für die Entwicklung neuer HCN-Kanal-Inhibitoren.
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Über den stereochemischen Ablauf der Freisetzung und des Abfangs einiger Kleinringallene / On the Stereochemical Course of the Generation and Interception of some small cyclic allenes

Fischer, Hartmut January 2007 (has links) (PDF)
Aus dem Bromfluorcarben-Addukt des Indens wurden durch HPLC an Chiralcel OD die reinen Enantiomere erhalten. Damit stand erstmals eine enantiomerenreine Vorstufe für die Freisetzung eines Sechsringallens im Sinne der Doering-Moore-Skattebol Reaktion zur Verfügung. Die Behandlung dieser Vorstufen, die in 2,5-Dimethyl, 2-tert-Butyl-5-methyl- or 2,5-Di-tert-butylfuran gelöst waren, mit Methyllithium lieferte die [4+2]-Cycloaddukte des Isonaphthalins an die Furane. Durch HPLC an Chiralcel OD wurde gezeigt, dass die Produkt-Enantiomerenpaare mit ca. 40% ee anfielen und dass dieser Wert praktisch unabhängig von der Art des Furans und seiner Konzentration, sowie von der Raktionstemperatur war. Die absoluten Konfigurationen der Vorstufe sowie der [4+2]-Cycloaddukte wurden durch Vergleich der gemessenen und berechneten CD-Spektren ermittelt, was in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. B. Engels erfolgte. Erzeugt durch Methyllithium aus dem Dibromcarben-Addukt des Indens wurde das Isonaphthalin erstmals durch Inden abgefangen. Die Konstitution diese [2+2]-Cycloaddukts wurde durch Röntgenstrukturanalyse bestimmt. Erstmals wurde das Bromfluorcarben-Addukt des 1-Phenylcyclopentens hergestellt und erfolgreich daraufhin geprüft, ob es als Vorstufe für 1-Phenylcyclohexa-1,2-dien geeignet ist. Mit Hilfe von HPLC an Chiralcel OJ-H wurden die reinen Enantiomere erhalten. Die Umsetzung eines solchen reinen Enantiomers mit Methyllithium in Gegenwart von 2,5-Dimethylfuran erbrachte das [4+2]-Cycloaddukt als reines Enantiomer. Die Umsetzung einer reinen Vorstufe mit Methyllithium in Gegenwart von Inden erbrachte das [2+2]-Cycloaddukt mit einem Enantiomerenverhältnis von 95:5. Überraschend wurden auch relativ hohe Enantioselektivitäten beim Abfang dieser Vorstufe mit Styrol beobachtet. Bei der Umsetzung des reinen Enantiomers mit Methyllithium und Styrol ergab sich ein Gemisch der zwei endo- und exo-Enantiomere des [2+2]-Cycloaddukts von 50:3:40:7, was ee-Werten von 89 bzw. 79% entspricht. Geht man von einem zweistuifigen Mechanismus der Reaktion von 1-Phenylcyclohexa-1,2-dien mit Styrol aus, dann spielt die achirale Konformation des intermediären Diradikals, wenn überhaupt, keine große Rolle. Die Reduktion des bekannten 1,6-Dibrom-2-phenylcyclohex-1-ens mit Lithiumaluminiumhydrid erbrachte mit 78% Ausbeute die Monobromide 1-Brom-2-phenylcyclohexen and 1-Brom-6-phenylcyclohexen, die bei der Behandlung mit Kalium-tert-butoxid ebenfalls das Cycloallen 1-Phenylcyclohexa-1,2-dien liefern. Dies zeigte die Ausführung dieser Reaktion in Gegenwart von Furan und 2,5-Dimethylfuran. / From the bromofluorocarbene adduct of indene the pure enantiomers were obtained by HPLC on Chiralcel OD. Whith that, an enantiomerically pure precursor for the generation of a six-membered cyclic allene according to the Doering-Moore-Skattebol-Reaktion was available for the first time. The treatment of this pure precursors, dissolved in 2,5-dimethyl, 2-tert-butyl-5-methyl- or 2,5-bis-(tert)-butylfuran, with methyllithium gave rise to the [4+2]-cycloadducts of the Isonaphthalin to the furans. It was shown by means of HPLC on Chiralcel OD that the formation of the product enantiomers proceeded with about 40% ee and that this value was virtually independent of the type of the furan and its concentration as well as the reaction temperature. The absolute configurations of the precursor as well as those of the [4+2]-cycloadducts were determined by comparison of the experimental with the calculated CD spectra, which was done in co-operation with the group of Prof. Dr. B. Engels. Generated with methyllithium from the dibromocarbene adduct of indene the Isonaphthalin was trapped by indene for the first time. The constitution of this [2+2]-cycloadduct was determined by X-ray crystal structure analysis. For the first time, the bromofluorocarbene adduct of 1-phenylcyclopentene was prepared and tested successfully for the use as a precursor of 1-phenylcyclohexa-1,2-diene. By means of HPLC on Chiralcel OJ-H, the pure enantiomers were obtained. The reaction of such a pure enantiomer with methyllithium in the presence of 2,5-dimethylfuran furnished the [4+2]-cycloadduct as a pure enantiomer. The reaction of a pure precursor with methyllithium in the presence of indene leads to the [2+2]-cycloadducts in a 95:5 enantiomeric ratio. Surprisingly high enantioselektivities were also found in the case of the interception of this precursor by styrene. By using a pure enantiomer for the reaction with methyllithium and styrene a mixture of the two endo- and exo-enantiomers of the [2+2]-cycloadduct in the ratio 50:3:40:7 resulted, corresponding to ee-values of 89 and 79%, respectively. On assuming a two step mechanism for the reaction of 1-phenylcyclohexa-1,2-diene with styrene, the achiral conformation of the intermediate diradical cannot be of great importance. The reduction of the known 1,6-dibromo-2-phenylcyclohex-1-en with lithiumaluminiumhydride furnished the monobromids 1-bromo-2-phenylcyclohexen and 1-bromo-6-phenylcyclohexen with 78% yield, which give also rise to the cycloallene 1-phenylcyclohexa-1,2-dien on treatment with potassium-tert-butoxide. This was shown by conducting this reaction in the presence of furan and 2,5-dimethylfuran.
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Cytoskeleton assembly at endothelial cell-cell contacts is regulated by Alpha-II-spectrin/vasp complexes / Das Aktin Zytoskelett an endothelialen Zell-Zell-Kontakten wird durch αII-Spektrin/VASP Komplexe reguliert

Benz, Peter Michael January 2007 (has links) (PDF)
Directed cortical actin assembly is the driving force for intercellular adhesion. Vasodilator-stimulated phosphoprotein (VASP) participates in actin-fiber formation and VASP activity is regulated by phosphorylations. We screened for endothelial cell proteins, which bind to VASP dependent on its phosphorylation status. Differential proteomics identified αII-spectrin as novel VASP-interacting protein. αII-spectrin binds to the triple GP5-motif in VASP via its SH3 domain. cAMP-dependent protein kinase-mediated VASP phosphorylation at Ser157 inhibits αII-spectrin/VASP complex formation. VASP becomes dephosphorylated upon formation of cell-cell contacts and in confluent but not in sparse endothelial cells αII-spectrin colocalizes with non-phosphorylated VASP at cell-cell junctions. Ectopic expression of the αII-spectrin SH3 domain fused to claudin-5 translocates VASP to cell-cell contacts and is sufficient to initiate the formation of cortical actin cytoskeletons. αII-spectrin SH3 domain overexpression stabilizes cell-cell contacts and decreases endothelial permeability. Conversely, permeability of VASP-deficient endothelial cells is elevated. In a skin edema model, microvascular leakage is increased in VASP-deficient over wild-type mice. We propose that αII-spectrin/VASP complexes regulate cortical actin cytoskeleton assembly with implications for formation of endothelial cell-cell contacts and regulation of vascular permeability. / Der zielgerichtete Aufbau eines kortikalen Aktin-Zytoskeletts ist die treibende Kraft für die interzelluläre Adhäsion. Vasodilator-stimulated phosphoprotein (VASP) ist maßgeblich an der Bildung von Aktin-Fasern beteiligt und die VASP Aktivität wird durch seine Phosphorylierung geregelt. Wir haben in einem systematischen Ansatz nach endothelialen Proteinen gesucht, die an VASP, abhängig von seinem Phosphorylierungszustand, binden. Mit Hilfe differenzieller Massenspektrometrie konnte αII-Spektrin als neuer VASP Interaktionspartner identifiziert werden. Dabei bindet die αII-Spektrin SH3 Domäne an die drei GP5-Motive in VASP. Die Phosphorylierung von VASP durch die cAMP-abhängige Protein Kinase hemmt die αII-Spektrin/VASP Komplexbildung. Bei der Bildung von Zell-Zell Kontakten wird VASP dephosphoryliert und in konfluenten - nicht aber in vereinzelten Endothelzellen - kolokalisieren αII-Spektrin und nicht-phosphoryliertes VASP an Zell-Zell Kontakten. Die ektopische Expression der αII-Spektrin SH3 Domäne als Fusionsprotein mit Claudin-5 führt zu einer Translokation von VASP an Zell-Zell Kontakte und ist hinreichend um die Bildung von kortikalen Aktin-Fasern einzuleiten. Funktionell stabilisiert die Überexpression der αII-Spektrin SH3 Domäne Zell-Zell Kontakte und führt zu einer Abnahme der Endothelzellpermeabilität. Dementsprechend ist die Permeabilität von VASP-defizienten Zellen erhöht. In einem Hautödem-Modell zeigt sich nach Bradykinin-Stimulation eine Erhöhung der mikrovaskuläre Permeabilität von VASP-defizienten Mäusen gegenüber wild-typ Tieren. Unsere Forschungsergebnisse legen nahe, dass αII-Spektrin/VASP Komplexe den Aufbau des kortikalen Aktin-Zytoskeletts regulieren und damit für die Bildung von endothelialen Zell-Zell Kontakten und die Regulation der vaskulären Permeabilität eine Rolle spielen.
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Theoretical Characterization and Optimization of Photochemical Alkoxyl Radical Precursors / Theoretische Charakterisierung und Optimierung photochemischer Alkoxylradikalvorläufer

Arnone, Mario January 2007 (has links) (PDF)
Oxygen-centered radicals are important intermediates in photobiological, mechanistic and synthetic studies. The majority of precursors of reactive oxyl radicals are labile and thus delicate to handle. Therefore N-(alkoxy)-pyridinethiones and N-(Alkoxy)-thiazolethiones have attracted attention as "mild'' photochemical source of alkoxyl radicals, in the last few years. A disadvantage of the pyridine compounds, is their sensibility to daylight. Despite of their similarities, both molecules behave surprisingly different, if photolyzed in the absence of trapping reagents. The pyridinethione compounds undergo highly efficient radical chain reactions under such conditions while the corresponding thiazolethiones react surprisingly sluggish and give rise to several unwanted side products. The properties of both compounds should be understood and optimized in the frame of this work. Additionally new compounds should be suggested that can also be applied in the photochemical alkoxyl radical generation. Some background information about the generation and application of alkoxyl radicals is provided in chapter 2. Electronic excitations and UV/vis spectroscopy together with a description of quantum chemical approaches that are able to calculate such phenomena are outlined in chapter 3. Chapter 4 deals with the description of the vertical excitation spectra. During the validation CASSCF, CASPT2, TD-DFT and RI-CC2 were tested with respect to their ability to describe the vertical excitations in both compounds. The CASPT2 approach gives accurate descriptions of the electronic excitation spectra of all compounds. The time-dependent DFT results are very sensitive on the choice of the functional and a validation of the results should be always done. On the basis of these computations the spectroscopic visible absorption bands of both compounds were assigned to a pi-->pi* transition in the thiohydroxamic acid functionality. In chapter 5 the mechanism of the thermally and the photochemically induced N,O homolysis in both compounds is unveiled. The near UV-induced N,O homolysis will start from the S2 state. The expected relaxation from the S2- to the S1-state and the dissociation process is expected to be very fast in the case of the thiazolethione compound. The potential surfaces of the pyridine compound in contrast point to a slower N,O bond dissociation. Due to the resulting faster dissociation process the excess energy which results from the photochemical activation is quenched only to small amounts. The maximal possible excess energy of the fragments is lower and a quenching is much more likely in the case of the pyridinethione compounds. This explaines the different reactivities of both compounds. For the also already successfully applied precursor system N-(alkoxy)-pyridineones the computed dissociation paths show courses that clearly predict a slow bond dissociation process. Chapter 6 deals with the tuning of the initial excitation wave length of the known pyridinethiones und thiazolethiones. In the first part the effects of substituents on the thiazolethione heterocycle was examined. The UV/vis spectra of 4 and 5 substituted thiazolethiones can be interpreted like the spectrum of the parent compound. The second part of chapter 6 deals with the identification of a substitution pattern on the pyridine heterocycle which induces a blue shift of the photo active band. The computations showed that electron rich and electron poor substituents result the same effects on the electronic excitation spectra. These substituent effects are additive, but the steric orientation of the substituents has to be taken into account. Chapter 7 describes a computer aided design of new alkoxyl radical precursors. Combining the advantages of both compounds the radical formation should be initiated by an irradiation with light at about 350 nm, and the amount of side products during the radical formation process should be small. To achieve this 18 test candidates were obtained by a systematic variation of the parent compound of the thiazolethione precursor. To identify the promising new precursor systems a screening of the lower electronic excitations of all resulting 18 systems was performed with TD-DFT. For promising systems the N,O or P,O dissociation paths, respectively, were analyzed according to the developed model. N-(methoxy)-azaphospholethione and N-(methoxy)-pyrrolethione seem to be the most promising candidates. The computations predict a strong absorption at about 350 nm respectively 320 nm. Due to the amounts of maximal excess energy and the shapes of the potential surfaces of the N,O bond dissociation paths their reactivity should resemble more the behavior of the pyridinethiones. / Sauerstoff zentrierte Radikale sind wichtige organisch chemische Zwischenstufen. Die Mehrzahl der Vorläufer zur Erzeugung von Sauerstoffradikalen sind allerdings instabil und schwer zu handhaben. Deshalb haben N-(Alkoxy)-Pyridinthione und N-(Alkoxy)-Thiazolthione in den letzten Jahren als milde Quelle von Alkoxylradikalen verstärkt Aufmerksamkeit erhalten. Ein Nachteil der Pyridinverbindungen ist ihre Tageslichtempfindlichkeit. Außerdem verhalten sich beide Moleküle sehr unterschiedlich, wenn sie in ohne die Anwesenheit effektiver Radikalfänger photolysiert werden. Die Pyridinthione reagieren unter diesen Bedingungen in sauberen und effizienten Radikalkettenreaktionen, wogegen die entsprechenden Thiazolthione unkontrollierbar mit unerwünschten Nebenreaktionen reagieren. Im Rahmen dieser Arbeit sollen die Eigenschaften beider Verbindungen verstanden und verbessert werden. Außerdem sollen neue Verbindungen vorgeschlagen werden die ebenfalls in der photochemischen Alkoxylradikalchemie eingesetzt werden können. Kapitel 2 behandelt die theoretischen Hintergründe der Erzeugung und Anwendung von Alkoxylradikalen. Elektronische Anregungen, die UV/vis Spektroskopie sowie quantenchemischer Ansätze, die in der Lage sind diese Phänomene zu berechnen, werden in Kapitel 3 dieser Arbeit beschrieben. Kapitel 4 befasst sich mit der Beschreibung der senkrechten elektronischen Anregungsspektren. Im Validierungsschritt wurden CASSCF, CASPT2, TD-DFT sowie RI-CC2 getestet wie gut sie die senkrechten elektronischen Übergänge in beiden Vorläufersystemen beschreiben. Der CASPT2 Ansatz berechnet die gemessenen elektronischen Anregungen aller Verbindungen sehr genau. Die Ergebnisse der TD-DFT Berechnungen sind sehr empfindlich bezüglich der Wahl des Funktionales und eine Validierung sollte deshalb immer durchgeführt werden. Auf der Grundlage der Berechnungen wurden die spektroskopisch aktiven Banden einem pi-->pi* Übergang in der Thiohydroxamsäure-Gruppe zugeordnet. In Kapitel 5 wird der Mechanismus der thermisch oder photochemisch induzierten N,O-Homolyse in beiden Verbindungen aufgeklärt. Die durch UV-Licht induzierte N,O-Homolyse beginnt im S2-Zustand. Die zu erwarteten Relaxation vom S2- in den S1-Zustand und die anschließende Dissoziation wird im Fall der Thiazolthion Verbindung sehr rasch verlaufen. Die Potentialflächen der Pyrridinverbindung weisen hingegen auf einen langsameren N,O Bindungsbruch hin. Wegen des schnelleren Dissoziationsprozess wird die Überschussenergie, die von der photochemischen Aktivierung der Moleküle herrührt nur zu einem kleinen Teil abgebaut. Für die Pyridinthione ist die maximal mögliche Überschussenergie der Fragmente deutlich geringer und ein Energieabbau wesentlich wahrscheinlicher. Dies erklärt die unterschiedliche gefundene Reaktivität beider Verbindungen. Für die ebenfalls erfolgreich im Experiment eingesetzten Alkoxylradikalvorläufer N-(Alkoxy)-Pyridinon weisen die berechneten Dissoziationspfade Verläufe auf, die klar auf einen relativ langsamen Bindungsbruch hindeuten. Kapitel 6 dieser Arbeit behandelt das Anpassen der Anregungswellenlänge der bekannten Pyridinthione und Thiazolthione. Im ersten Teil wurde der Effekt von Substituenten am Thiazolthion Heterocyclus erforscht. Die UV/vis Spektren von 4 und 5 substituierten Thiazolthionen können wie das Spektrum des Grundkörpers interpretiert werden. Der zweite Teil von Kapitel 6 beschreibt die Identifikation eines Substitutionsmuster am Pyridinring, das eine Blauverschiebung der photoaktiven Bande induzieren soll. Die Berechnungen zeigen, dass elektronenarme und elektronenreiche Substituenten den gleichen Einfluss auf das elektronische Anregungsspektrum haben. Die Substituenteneffekte auf die elektronischen Anregungen sind additiv allerdings muss ihre sterische Orientierung berücksichtig werden. Kapitel 7 dieser Arbeit beschreibt ein computerunterstütztes Design neuer Alkoxylradikalvorläufer. Um die Vorteile beider bekannter Verbindungen zu kombinieren, sollte die Radikalerzeugung mit Licht der Wellenlänge von ungefähr 350 nm initiiert werden, und es sollten wenige unerwünschte Nebenreaktionen während der Radikalbildung auftreten. Hierzu wurden 18 Testsysteme durch eine systematische Modifikation des Thiazolthion-Grundkörpers erhalten. Vielversprechende Vorläufersysteme wurden durch ein Screening der ersten elektronischen Anregungen aller 18 Moleküle auf TD-DFT Niveau identifiziert. Für die erhaltenen neuen, vielversprechenden Systeme wurden die N,O oder P,O Bindungsdissoziationspfade nach dem entwickelten Modell analysiert. N-(Methoxy)-Azaphospholthion und N-(Methoxy)-Pyrrolthion scheinen die vielversprechendsten neuen Kandidaten zu sein. Die Berechnungen sagen eine intensive Absorption bei ungefähr 350 nm bzw. 320 nm voraus. Anhand der maximal möglicher Überschussenergie und der N,O Bindungsdissoziationspfade, wird eine Reaktivität erwartet, die mehr dem Verhalten der Pyridinthione entsprechen sollte.
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Theory and applications of confocal micro-Raman spectroscopy on hybrid polymer coatings and PDMS membranes and spectroscopic studies of doped B2O3-Bi2O3 glass systems / Theorie und Anwendung der konfokalen Mikro-Raman-Spektroskopie an hybriden Polymer-Schichten und PDMS-Membranen und spektroskopische Untersuchungen an dotierten B2O3-Bi2O3 Glas-Systemen

Baia, Gheorghe Lucian January 2002 (has links) (PDF)
The thesis consists of two major parts. The first part contains a theoretical-experimental study of confocal micro-Raman spectroscopy on hybrid polymer coatings and an application of this spectroscopic method on PDMS-membranes. The theoretical-experimental study includes the application of a model that describes the influence of the refraction effect on the focus length on confocal Raman experiments, and the development of a new model that additionally takes into account the effect of diffraction on the focus dimensions. A parallel comparison between these two theoretical approaches and experimental data has been also drawn and a better agreement between theory and experiment was observed, when both refraction and diffraction effects were considered. Further, confocal resonance micro-Raman spectroscopy has been applied to characterise the diffusion processes of pharmacologically relevant molecules (b-carotene dissolved in dimethylsulfoxide) through a polydimethylsiloxane (PDMS)-membrane. The diffusion rate as a function of the measurement depth and diffusion time as well as the concentration gradient under a steady flux have been determined. The measurements shown that the confocal micro-Raman technique is a powerful tool to investigate the kinetics of diffusion processes within a membrane before the steady state has been reached. The second part of the thesis contains infrared and Raman spectroscopic studies of copper and iron doped B2O3-Bi2O3 glass systems. These studies were performed to obtain specific data regarding their local structure and the role played by dopant ions on boron and bismuthate units. The changes of B2O3 and Bi2O3 structural units due to the relaxation of the amorphous structure, which was induced in these samples by the thermal treatment, were also evidenced. / Die vorliegende Arbeit besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil beschäftigt sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchungen der konfokalen Mikro-Raman-Spektroskopie hybrider Polymer-Schichten und PDMS-Membranen. Dabei wurden besonders die Dimensionen des Fokus in den Proben untersucht, um so einen tieferen Einblick in die bei solchen Messungen auftretenden physikalischen Phänomene zu erhalten. Es wurde zur Berechnung des konfokalen Mikro-Raman-Response-Profils für verschiedene Eindringtiefen innerhalb zweier unterschiedlich beschichteter Proben eine auf Strahlverfolgung basierende Analyse durchgeführt, wobei die sphärische Aberration, die an der Luft/Beschichtungs-Grenzfläche entsteht, mit berücksichtigt wurde. Außerdem wurde ein theoretischer Ansatz entwickelt, der den Einfluss von Brechung und Beugung auf die Fokusverlängerung bei konfokalen Mikro-Raman-Experimenten beschreibt. Im Vergleich zu dem Modell, das nur den Brechungseffekt in Betracht zieht, wird eine Verkürzung der Fokuslänge erreicht, wenn Brechungs- und Beugungseffekte betrachtet werden, was die Übereinstimmung zwischen experimentellen und theoretischen Daten verbessert. Desweiteren wurden die Diffusion von ß-Carotin durch PDMS-Membranen mittels der konfokalen Resonanz-Mikro-Raman-Spektroskopie untersucht. Zunächst wurden Untersuchungen der Diffusionskinetik vor Erreichen des stationären Zustandes durchgeführt. Hierbei konnte die Diffusionsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Messtiefe und der Messzeit ermittelt werden. Es wurde zusätzlich der Konzentrationsgradient im stationären Fluss von b-Carotin in PDMS-Membranen untersucht. Die Untersuchungen mit der konfokalen Resonanz-Mikro-Raman-Spektroskopie zeigten, dass diese Methode geeignet ist, Diffusionskinetiken im nicht stationären Zustand innerhalb der Membranen zu beobachten. Derartige Untersuchungen sind extrem wichtig für die Entwicklung neuer Applikationsysteme zur kontrollierten Wirkstofffreisetzung. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden strukturelle Untersuchungen an Kupfer- und Eisen-dotierten B2O3-Bi2O3 Glas-Systemen mittels Infrarot- und Raman-Spektroskopie durchgeführt. Die lokale Struktur des Glas-Netzwerks und der Einfluss der dotierenden Ionen auf die Bismut-Borat Matrix wurden diskutiert. Desweiteren wurde der Einfluss des Bor-Netzes auf die strukturellen Einheiten des Bismuts in den wärmebehandelten Proben bewiesen. Raman- und Infrarot-Spektren der Proben nach Wärmebehandlung zeigten, dass sich die Glasstabilität verringert, wenn der Bismutgehalt zunimmt.
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Untersuchungen zur stereoselektiven Synthese funktionalisierter Tetrahydrofurane durch Vanadium(V)- und Cobalt(II)-katalysierte Oxidationen substituierter Bishomoallylalkohole / Investigations of stereoselective syntheses of functionalized tetrahydrofurans by vanadium(V)- and cobalt(II)-catalyzed oxidations of substituted bishomoallylic alcohols

Drees, Simone January 2002 (has links) (PDF)
Substituierte Tetrahydrofurane sind Bausteine vieler pharmakologisch interessanter Natur- und Wirkstoffe. Deshalb ist die Entwicklung effizienter Methoden zur Darstellung dieser Verbindungsklasse von großer Bedeutung. Bei den Übergansmetall-katalysierten Verfahren erwiesen sich sowohl Vanadium(V)-, als auch Cobalt(II)-Komplexe als besonders vielversprechende Oxidationskatalysatoren. Bis dato ist allerdings kein universelles Verfahren bekannt, mit welchem nur durch Wahl der Reaktionsbedingungen ein Substrat unter vollständiger Regio- und Stereokontrolle selektiv in einen definierten cyclischen Ether umgewandelt werden kann. Ziel dieser Arbeit war daher die Ausarbeitung von Vanadium(V)- und Cobalt(II)-Komplex-katalysierten Oxidationen zur selektiven Synthese substituierter Tetrahydrofurane. Die Reaktionen wurden ausgehend von Bishomoallylalkoholen entwickelt, optimiert und mechanistisch untersucht. Für die Vanadium(V)-katalysierten Oxidationen wurden Reaktionen evaluiert, die nach dem Peroxo- (H2O2 als Primäroxidans) und solche, die nach dem Peroxy-Mechanismus (TBHP als Primäroxidans) verlaufen. Bei den Cobalt(II)-katalysierten Oxidationen wurde molekularer Sauerstoff als Primäroxidans eingesetzt. Im Zentrum des Interesses stand weiterhin die breit angelegte Synthese neuartiger Komplexe, welche auf ihre Eignung als Katalysatoren hin überprüft wurden. Die Metallionen wurden durch strukturell unterschiedliche Liganden stabilisiert, die auf Grund ihrer sterischen und elektronischen Natur Reaktivitäts- und Selektivitätseinflüsse bei den oxidativen Cyclisierungen ausüben sollten. Hierbei kamen Picolin- und Hydroxamsäure-, Diketonat-, sowie macrocyclische Diamin-Schiffbase-Liganden zum Einsatz. In Test-Oxidationen unterschiedlicher Bishomoallylalkohole zur Optimierung der Reaktionsbedingungen hinsichtlich Solvens, Primäroxidans und Reaktionstemperatur erwiesen sich für Vanadium-katalysierte Oxidationen TBHP in Dichlormethan und H2O2 in tert-Butanol bei jeweils 25°C am geeignetsten. Für Cobalt(II)-katalysierte Oxidationen konnten molekularer Sauerstoff als Primäroxidans, Isopropanol als Solvens und eine Reaktionstemperatur von 60°C als Reaktionsparameter der Wahl ermittelt werden. Im Folgenden wurden Vanadium(V)-katalysierte Oxidationen unterschiedlich substituierter bishomoallylischer Alkohole unter optimierten Reaktionsbedingungen durchgeführt. Sämtliche Oxidationen führten regioselektiv zu Tetrahydrofuranen als Hauptprodukte. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Vanadium(V)-katalysierten Darstellung substituierter Tetrahydrofurane wurden im Rahmen der Synthese eines Naturstoff-Derivats angewandt. Ziel war es dabei in einer vierstufigen Totalsynthese Derivate der natürlich vorkommenden Carboline Cyclocapitellin und Isocyclocapitellin zu synthetisieren. Die auf diese Weise erhaltenen enantiomerenreinen Indolalkaloide werden zur Zeit pharmakologischen Testungen unterzogen. In einem weiteren Projekt wurden aerobe Cobalt(II)-katalysierte Oxidationen unterschiedlich substituierter Bishomoallylalkohole durchgeführt. Wie bei den Vanadium-katalysierten Reaktionen konnten auch hier regioselektiv Tetrahydrofurane als Hauptprodukte erhalten werden. Abschließend wurden durch Oxidation prochiraler Alkenole in Gegenwart chiraler Cobalt(II)-Diketonat-Komplexe enantiomerenangereicherte Tetrahydrofurane dargestellt. Diese Oxidationen lieferten nur geringe Enantioselektivitäten, welche durch Verwendung von Propionaldehyddiethylacetal als Solvens gesteigert werden konnten. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass sich für Vanadium(V)- und Cobalt(II)-katalysierte Oxidationen, im Hinblick auf die Substituenten in unmittelbarer Nähe der Alkenol-Doppelbindung, ein komplementäres Reaktivitäts- und Selektivitätsbild ergibt. So werden bei Cobalt(II)-katalysierten Oxidationen Alkenole ohne terminale Methylgruppen in höheren Ausbeuten und Stereoselektivitäten zu Tetrahydrofuranen oxidiert, bei Vanadium(V)-Katalysen hingegen 5,5-Dimethyl-substituierte Alkenole. / Substituted tetrahydrofurans are building blocks in pharmacologically relevant natural products. Therefore the development of efficient methods for the synthesis of these compounds is becoming more and more important. In case of transition metal-catalyzed methods vanadium(V)- and cobalt(II)-complexes were found to be useful oxidation catalysts. Until today, however, there is no general method available to convert an alkenol into a defined cyclic ether with complete regio- and stereocontrol by using an appropriate combination of transition metal catalyst and primary oxidant. Therefore it is the aim of this work to develop methods for diastereoselectively oxidizing bishomoallylic alcohols into substituted tetrahydrofurans using vanadium(V)- and cobalt(II)-catalysts. For this purpose three different mechanistic routes were investigated. The inbended vanadium-catalyzed oxidations should either follow the peroxo- (H2O2 as primary oxidant) or the peroxy-mechanism (TBHP as primary oxidant). In extension to previous work, molecular oxygen was applied as primary oxidant in cobalt(II)-catalyzed reactions. A further central aspect of the present work was the synthesis of novel transition metal complexes and their evaluation as oxidation catalysts. The metal-ions were coordinativley stabilized by structurally different ligands, which should effect reactivity and selectivity of the tetrahydrofuran formation because of their steric and electronic properties. Thus, picolinic- and hydroxamic acids-, diketonate, and macrocyclic diamine Schiff base ligands were used for this purpose. In a survey of oxidations using different bishomoallylic alcohols, suitable reaction parameters such as solvent, primary oxidant and reaction temperature were optimized. Based on these results, oxidations using TBHP in dichloromethane and H2O2 in tert-butanol at 25°C proved to be the best conditions, if vanadium complexes were used as catalysts. In case of cobalt(II)-catalyzed oxidations, molecular oxygen served as primary oxidant and isopropanol as solvent. The reactions were best conducted at 60°C. Subsequently, vanadium(V)-catalyzed oxidations of bishomoallylic alcohols were carried out under optimized reaction conditions. All oxidations led to tetrahydrofurans regioselectively as main products. The attained results from vanadium(V)-catalyzed oxidations were applied in a total synthesis of natural product derivatives. It was the aim to develop a new four-step total synthesis of derivatives of “natural” carboline-derived cyclocapitelline and isocyclocapitelline. This synthesis provided enantionmerically pure carbolines, which will be subjected to a pharmacological testing in the near future. In a further project aerobic cobalt(II)-catalyzed oxidations of different substituted bishomoallylic alcohols were carried out. In these experiments, tetrahydrofurans were isolated as main products. Finally, enantioselective syntheses of tetrahydrofurans, starting from prochiral alkenols in present of cobalt(II)diketonate complexes were conducted. This oxidations, however, gave only poor enantioselectivities, which were slightly increased if propionicaldehydediethylacetylacetal was used as solvent. In conclusion this work has shown that substituents at the double bond have a marked influence on the complementary reactivity and selectivity pattern in vanadium(V)- and cobalt(II)-catalyzed oxidations. In case of cobalt(II)-catalyzed oxidations, alkenols without terminal methyl groups could be oxidized in higher yields and selectivities, whereas in case of vanadium(V)-catalyzed oxidations 5,5-dimethyl substituted alkenols are the more suitable substrates.
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Typselektivität und Diastereoselektivität in den Oxidationen von chiralen oxazolidinonsubstituierten Encarbamaten mit Singulettsauerstoff, Dimethyldioxiran und meta-Chlorperbenzoesäure / Mode Selectivity and Diastereoselectivity in the Oxidations of Chiral Oxazolidinone Substituted Enecarbamates with Singlet Oxygen, Dimethyldioxirane and Meta-Chloroperbenzoic Acid

Bosio, Sara January 2003 (has links) (PDF)
In der vorliegenden Dissertation wurde die Selektivität der Oxidation von chiralen oxazolidinonsubstituierten Encarbamten I mit Singulettsauerstoff, Dimethyldioxiran (DMD) und meta-Chloroperbenzoesäure (mCPBA) untersucht. Durch die Variation der Encarbamatstruktur wurde die Typselektivität (En-Reaktion versus [2+2]-Cycloaddition) kontrolliert. Bei der [2+2]-Cycloaddition der Encarbamate I mit Singulettsauerstoff (1O2) und der Epoxidierung mit DMD und mCPBA wurden hohe Diastereoselektivitäten beobachtet. Die folgenden Ergebnisse wurden erzielt: 1. Die Typselektivität (En-Reaktion versus [2+2]-Cycloaddition) der Reaktion von 1O2 mit den Encarbamaten Ia-c ist in Tabelle I aufgeführt. Daraus ist ersichtlich, dass die E-Isomere vorzugsweise die En-Reaktion eingehen, während die Z-Isomere die [2+2]-Cycloaddition bevorzugen. Diese diastereomerenabhängige Typselektivität wird durch den orbitaldirigierenden Effekt des vinylischen Stickstoffatoms verständlich. Der Angriff des Singulettsauerstoffs wird durch die vorteilhafte bindende Orbitalwechselwirkung zwischen dem LUMO des Singulettsauerstoffs und dem HOMO des Encarbamates Ib auf die Seite der Stickstofffunktionalität gesteuert. Da im Encarbamat Z-I kein cis-ständiges allylisches Wasserstoffatom für den angreifenden 1O2 zur Verfügung steht, findet vorzugsweise die [2+2]-Cycloaddition mit hoher Diastereoselektivität (> 95:5) statt. Bei den Encarbamaten E-I sind die Stickstofffunktionalität und die allylische Methylgruppe auf der Seite der Doppelbindung angeordnet, die von 1O2 angegriffen wird, so dass der sich annähernde Singulettsauerstoff ein allylisches Wasserstoffatom von der Methylgruppe abstrahiert und eine hohe Typselektivität für die En-Reaktion beobachtet wird. 2. In der [2+2]-Cycloaddition der Encarbamate Id-e mit Singulettsauerstoff, dem kleinstmöglichen Enophil, wird eine vollständige Diastereoseitendifferenzierung (d.r. >95:5) durch die Oxazolidinonkonfiguration bestimmt. Der R1-Substituent des Oxazolidinonrings besetzt aufgrund konformationeller Effekte einen Halbraum der Doppelbindung (Abbildung A), so dass der bevorzugte -faciale Angriff alleine durch die sterische Abschirmung des R1-Substituenten kontrolliert wird, solange R1 ≠ H. Die Gegenwart eines weiteren stereogenen Zentrums im allylischen Substituenten der Encarbamate beeinflusst die Richtung des Singulettsauerstoffangriffs nicht: Der Angriff des Singulettsauerstoffs findet von derselben -Seite statt, unabhängig davon, ob (4R,3’S)-Ie oder (4R,3’R)-Ie als Substrat eingesetzt wird. Offensichtlich rufen (R)-konfigurierte R1-Substituenten die (S)-Konfiguration der zwei neu gebildeten stereogenen Zentren im resultierenden Dioxetan hervor. 3. Mit den chiralen Oxazolidinonauxiliaren kann nicht nur die Diastereoselektivität der [2+2]-Cycloaddition von Singulettsauerstoff gesteuert werden, sondern auch die der En-Reaktion. Die Konfiguration der Doppelbindung der Encarbamate spielt in der En-Reaktion eine entscheidende Rolle. Im Fall der Isomere Z-Ia, b hängt die Diastereoselektivität stark von der Größe des R1-Substituenten am Oxazolidinon ab. Dies ist verständlich, denn der Angriff des Singulettsauerstoffs muß auf der Seite der allylischen Methylgruppe erfolgen, um die En-Produkte zu erhalten (Abbildung B). Für kleinere R1-Substituenten, z.B. Methyl (Tabelle 1), wird diese Seite der Doppelbindung im Fall der Substrate Z-1 weniger effektiv abgeschirmt als für die räumlich anspruchsvollere Phenylgruppe. Für letztere wird das unlike En-Produkt daher in hoher Diastereoselektivität erhalten Im Fall der Substrate E-I, ist der Oxazolidinonring auf derselben Seite der Doppelbindung wie die allylische Methylgruppe. Daher treten intensivere sterische Wechselwirkungen des R1-Substituenten mit Singulettsauerstoff auf und sorgen für die höhere Diastereoselektivität als bei den Diastereomeren Z-I. 4. Bei der Epoxidierung der Encarbamate Ic, f wird ebenfalls eine hohe Diastereo-selektivität beobachtet, diese ist jedoch weniger ausgeprägt als bei der Photooxygenierung derselben Substrate. Zudem wird in diesem Fall nicht nur die Richtung, sondern auch das Ausmaß der Diastereo-selektivität durch den R1-Substituenten im Oxazolidinonring beeinflusst. Deshalb wird für den Sauerstoff-Transfer der Mechanismus in Abbildung A vorgeschlagen. Wenn X = H, sind die sterischen Wechselwirkungen für den (1’Re,2’Re)- und den (1’Si,2’Si)-Angriff vergleichbar und daher ist die Diastereoselektivität niedrig (60:40). Für X = CH3 ist die Doppelbindung vollständig abgeschirmt, wodurch der (1’Re,2’Re)-Angriff erschwert wird und die Diastereoselektivität steigt deutlich (93:7). Weiterhin ist das Ausmaß der diastereo-facialen Differenzierung nicht nur von der Größe von R1 abhängig, sondern auch von der Konfiguration der Doppelbindung. Die Epoxidierung des Z-Isomers ist wegen der besser abgeschirmten Doppelbindung der Z-Encarbamate immer selektiver als die des E-Isomers. / In the present dissertation, the selectivity of the oxidation of the chiral oxazolidinone-substituited enecarbamates I with singlet oxygen, dimethyldioxirane (DMD) and meta-chloroperbenzoic acid (mCPBA) was studied. By varying the structure of the enecarbamates I, the mode selectivity (ene reaction versus [2+2] cycloaddition) was controlled. In the [2+2] cycloaddition of the enecarbamates I by singlet oxygen (1O2) and in the epoxidation by DMD and mCPBA high diastereoselectivities were observed. The following results were received: 1. The mode selectivity (ene reaction versus [2+2] cycloaddition) for the enecarbamates Ia-c with 1O2 is given in Table I, which reveals that the E isomers react preferentially according to the ene mode, while the Z isomers undergo [2+2] cycloaddition. This diastereomer-dependent dichotomy in the reaction modes may be understood in terms of the orbital-directing effect imposed by the vinylic nitrogen functionality: In the orbital interaction (Scheme A) between the HOMO of the enecarbamate Ic and the LUMO of theincoming singlet oxygen the attack is steered onto the side that bears the nitrogen functionality due to the favorable bonding overlap. Since for the ene carbamates Z-I no allylic hydrogen atom is available for the attacking 1O2 on this side of the double bond, the [2+2] cycloaddition takes place preferably in a very high diastereoselectivity (> 95:5). In contrast, in the case of the E-I enecarbamates, the nitrogen functionality and the allylic methyl group are located on the same side of the double bond that is being attacked by 1O2; thus, the incoming singlet oxygen abstracts an allylic hydrogen atom from the methyl group and a high mode 2. Complete diastereofacial control (dr > 95:5) is achieved in the [2+2] cycloaddition of the enecarbamates Id-e with singlet oxygen, the smallest of all cyclophiles by the appropriate choice of the oxazolidinone configuration. Through conformational effects, the R1 substituent of the oxazolidinone ring is obliged to occupy one  face of the double bond. The preferred -facial attack is controlled exclusively through steric shielding by the R1 substituent, whose size is irrelevant as long as R1≠ H, a fact which illustrates the structural characteristics inherent in the enecarbamates. The presence of a stereogenic center in the allylic substituent of the encarbamate besides the one in the oxazolidinone ring plays no role in directing the singlet-oxygen approach, as is demonstrated by the experimental fact that the attack of singlet oxygen takes place from the same  face, irrespective of whether the (4R,3’S)-Ie or the (4R,3’R)-Ie substrate is employed. Thus, it is evident that (R)-configured R1 substituents induce the S configuration of the two new stereogenic centers in the resulting dioxetane. 3. With the oxazolidinone chiral auxiliary not only the diastereoselectivity of the [2+2] cycloaddition of singlet oxygen may be steered, but also that of the ene reaction, for which the double-bond configuration of the starting material plays a decisive role. In the case of the Z-1a-b isomers, the diastereoselectivity strongly depends on the size of the R1 substituent of the oxazolidinone moiety. Indeed, to obtain ene products, the attack of the singlet oxygen must occur on the side of the allylic methyl group. For the smaller methyl R1 substituent (Table I), the steric shielding is not as effective as for the larger phenyl group, which is sufficiently spacious to cover up one  face of the double bond. Consequently, the unlike ene product is obtained in high diastereoselectivity In the case of the E-1 substrates, the oxazolidinone rings on the same side of the double bond as the allylic methyl group; therefore, the more severe steric interactions of the R1 substituents of the E-1 substrates with singlet oxygen are responsible for the increased diastereoselectivity compared to the Z-1 diastereomers. 4. The epoxidation of the enecarbamates Ic, f shows also a high diastereoselectivity, although not as pronounced as in the photooxygenation. In this case not only the sense but also the extent of the diastereoselectivity is influenced by the R1 substituent in the oxazolidinone ring. To account for this fact the mechanism of the oxygen transfer in Figure A was proposed. When X=H, the steric interactions for the (1’Re,2’Re) and the (1’Si,2’Si) attacks are nearly the same and, consequently, the diastereoselectivity is low (60:40), but for X=CH3, the (1’Re,2’Re) attack is obstructed because the double bond is completely shielded and the diastereoselectivity increases substantially (93:7). Furthermore, the extent of the diastereofacial differentiation depends not only on the R1 size but also on the double-bond configuration: The epoxidation of the Z isomers is always more selective than of the E isomers, which is due to the better shielding of the double bond in the Z enecarbamates.
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Metallierte stereogene Kohlenstoff-Zentren: Beziehungen zwischen Struktur und Reaktivität spezieller Organometall-Verbindungen der Haupt- und Nebengruppen / Metalated Stereogenic Carbon Centres: Correlations Between the Structure and Reactivity of Special Main Group- and Transition Organometallic Compounds

Schildbach, Daniel January 2002 (has links) (PDF)
Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag dar zum Verstaendnis der Synthese, der Eigenschaften und der Transformationen hochgradig diastereomerenangereicherter Lithiumalkyle. Dabei spielten vier Punkte eine grosse Rolle: die Aufklaerung der Struktur im Festkoerper, die Untersuchung der Reaktivitaet, die Bestimmung von Selektivitaeten sowie die Aufklaerung des stereochemischen Verlaufs der Transformationen dieser Alkyllithium-Verbindungen. In Ergaenzung zu den experimentellen Resultaten hatte das Wechselspiel zwischen Theorie und Experiment in Form quantenchemischer Studien der untersuchten Lithium-Verbindungen einen hohen Stellenwert. Im Mittelpunkt der Untersuchungen standen dabei lithiierte (Aminomethyl)benzylsilane. Am achiralen Benzyldimethyl(piperidinomethyl)silan Me2Si(CH2Ph)(CH2C5H10) (CH2C5H10 = Piperidinomethyl) wurden Fragestellungen zur Regioselektivitaet beantwortet. Durch eine sukzessive zweifache Lithiierung von Me2Si(CH2Ph)(CH2C5H10) konnte eine interessante 1,3-Dilithium-Verbindung dargestellt werden. Durch Lithiierung von enantiomerenreinem Me2Si(CH2Ph)(CH2SMP) [CH2SMP = (S)-2-(Methoxymethyl)pyrrolidinomethyl in n-Pentan in Gegenwart von TMEDA bzw. DABCO und das Zuechten von Einkristallen der resultierenden Lithium-Verbindungen konnten zwei Festkoerperstrukturen dieser Verbindung aus polarem Solvens erhalten werden. Sowohl das TMEDA- als auch das DABCO-Addukt liegen, wie das solvensfreie Lithiumalkyl, in der (R,S)-Konfiguration vor. In Umsetzungen der aus Toluol gewonnenen solvensfreien Lithium-Verbindung Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) mit elektrophilen Verbindungen, wie Methyliodid unter Bildung von Me2Si[(S)-CHMePh](CH2SMP), wurden in Abfangreaktionen hohe Selektivitaeten mit einem d. r.-Wert zwischen 96:4 und 98:2 beobachtet. Gleiches wurde fuer Abfangreaktionen mit Chlortrimethylstannan beobachtet, die, wenn die Deprotonierung ohne Zusatz von THF ausgefuehrt wurde, ausschliesslich hohe Diastereoselektivitaeten zeigten. Durch die Ueberfuehrung des methylierten Silans Me2Si[(S)-CHMePh](CH2SMP) in ein einkristallines Ammoniumiodid konnte dessen absolute Konfiguration durch die Einkristall-Roentgenstrukturanalyse aufgeklaert werden. Durch die Silicium-Kohlenstoff-Bindungsspaltung (Tamao-Reaktion) an der Verbindung Me2Si[(S)-CHMePh](CH2SMP) konnte sehr selektiv chirales (S)-1-Phenylethanol in hoch enantiomerenangereicherter Form dargestellt werden. Der Transfer der "carbanionischen" Einheit des stereogenen metallierten Kohlenstoff-Zentrums der Lithium-Verbindung Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) auf Metallfragmente des Quecksilbers und des Palladiums mit dem Ziel, Verbindungen des Typs Me2Si(CH2SMP)[CH(Ph)MCl] (M = Hg, Pd) zu erhalten, wurde durchgefuehrt. Im Falle des Metalls Quecksilber gelang die Metathesereaktion mit verschiedenen Stereoselektivitaeten in Abhaengigkeit des gewaehlten Loesungsmittels. Die erhaltenen d. r.-Werte [(S,S):(R,S)] lagen dabei zwischen 59:41 und 90:10. Durch die Uebertragung des stereogenen Kohlenstoff-Zentrums auf das Metall Palladium konnten zwei interessante reaktive Palladiumalkyle vom Typ Me2Si(CH2SMP)[CH(Ph)PdCl] in hohen Diastereomerenverhaeltnissen isoliert werden, die ein stereogenes Kohlenstoff-Zentrum direkt benachbart zu einem reaktiven Palladium-Metallfragment tragen. Einige achirale (Aminomethyl)(chlorpalladiomethyl)silane vom Typ Ph2Si(CH2C5H10)[CH2PdCl] wurden dargestellt und im Festkoerper strukturell untersucht. Dabei konnte ebenfalls das vorherrschende Strukturprinzip des fuenfgliedrigen Palladacyclus beobachtet werden. Durch erste Untersuchungen dieser Verbindungen hinsichtlich Insertionsreaktionen von Isonitrilen in die Palladium-Kohlenstoff-Bindung wurde bereits ein interessantes Derivat erhalten. Der Quecksilber-Lithium-Austausch an definierten Diastereomerengemischen des (Aminomethyl)(chlormercuriomethyl)silans Me2Si(CH2SMP)[CH(Ph)HgCl] lieferte die Lithium-Verbindung Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) und Me2Si[(S)-CHLiPh](CH2SMP) in Diastereomerenverhaeltnissen, die sich unterschieden von denen der selektiven Deprotonierung, die ausschliesslich Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) erzeugt. Anhand von Abfangreaktionen mit verschiedenen Elektrophilen wurde unter verschiedenen Reaktionsbedingungen der Epimerisierungsprozess der Lithium-Verbindung beobachtet. Um einen Einblick in die Selektivitaet einer Deprotonierungsreaktion seitens der Alkyllithiumbase zu erhalten, wurde das hoch diastereomerenangereicherte lithiierte (Aminomethyl)benzylsilan Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) mit Methanol-d4 umgesetzt (stereochemische Sonde auf der Seite der Base). Dabei wurden in Abhaengigkeit des Loesungsmittels Diastereomerenverhaeltnisse zwischen 51:49 und 89:11 erreicht. Durch quantenchemische Studien am Lithiumalkyl Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) konnte ein Eindruck der relativen Energien der an der Bildung und der Epimerisierung beteiligten Grund- und Uebergangszustaende gewonnen werden. / This work contributes to the understanding of the synthesis, the properties and the reactivity of highly diastereomerically enriched lithium alkyls. Four crucial points played an important role: the determination of the solid state structures, the examination of the reactivity, the determination of selectivities and the clarification of the stereochemical courses of the transformations of these alkyllithium compounds. In addition to the experimental results, quantum chemical studies on the observed lithium compounds also yielded important information. Lithiated (aminomethyl)(benzyl)silanes were the focus of interest in these studies. The regiochemistry was investigated with the non-chiral benzyldimethyl(piperidinomethyl)silane Me2Si(CH2Ph)(CH2C5H10) (CH2C5H10 = piperidinomethyl). A twofold lithiation of Me2Si(CH2Ph)(CH2C5H10) yielded an interesting 1,3-dilithiated compound. By lithiation of the enantiomerically pure (aminomethyl)benzylsilane Me2Si(CH2Ph)(CH2SMP) [CH2SMP = (S)-2-(methoxymethyl)pyrrolidinomethyl] in n-pentane in the presence of TMEDA and DABCO and the growth of single-crystals of the resulting lithium compounds, two solid-state structures of the resulting lithium compound were obtained from polar solution. The TMEDA- as well as the DABCO adduct both displayed an (R) configuration at the stereogenic metalated carbon centre, just like the solvent free lithium compound. High stereoselectivities, with d. r. values between 96:4 and 98:2, were observed for the reactions of solvent free Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) (obtained from toluene) with electrophiles like iodomethane {yielding Me2Si[(S)-CHMePh](CH2SMP)}. Trapping reactions with chlorotrimethylstannane also showed high d. r. values when done without the presence of THF. The absolute configuration of methylated silane Me2Si[(S)-CHMePh](CH2SMP) was determined by protonation with anhydrous HI, converting the compound into a tertiary ammonium iodide which could be crystallised and analysed by X-ray diffraction. By way of the silicon-carbon bond cleavage reaction (the Tamao reaction), the chiral benzyl alcohol (S)-1-phenylethanol could be obtained from Me2Si[(S)-CHMePh](CH2SMP) with a high enantiomeric ratio. The transfer of the "carbanionic" moiety of the stereogenic metalated carbon centre of the lithium compound Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) onto complex fragments of mercury and palladium to give the compounds Me2Si(CH2SMP)[CH(Ph)MCl] (M = Hg, Pd) was successfully effected. In the case of mercury, the metathesis reaction could be effected with different stereoselectivities, depending on the choice of solvent. The observed d. r. values [(S,S):(R,S)] were in the range of 59:41 and 90:10. By transferring the stereogenic carbon centre onto palladium, two interesting and reactive palladium compounds of the type Me2Si(CH2SMP)[CH(Ph)PdCl] could be produced and isolated in high diastereomeric ratios. In both compounds the active metal centre is directly bonded to the stereogenic carbon centre. Various non-chiral (aminomethyl)(chloropalladiomethyl)silanes of the type Ph2Si(CH2C5H10)(CH2PdCl) were synthesised and characterised in the solid state. The five-membered palladacycle was found as a common structural feature in these systems. Initial studies of these molecules with regard to isonitrile insertion into the palladium-carbon bond have already yielded an interesting derivative of the basic palladium compound Ph2Si(CH2C5H10)(CH2PdCl). The mercury-lithium exchange of defined diastereomeric mixtures of the (aminomethyl)(chloromercuriomethyl)silane Me2Si(CH2SMP)[CH(Ph)HgCl] yielded lithium compounds Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) and Me2Si[(S)-CHLiPh](CH2SMP) in diastereomeric ratios different from those obtained by the selective deprotonation reaction, which yields entirely Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP). The equilibration of both stereoisomers was investigated by way of trapping reactions with various electrophiles. To probe the stereochemical course of the reactions of Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) as a carbanionic base, it was treated with methanol-d4. Depending on the solvent used, diastereomeric ratios in the range of 51:49 and 89:11 were achieved. Quantum chemical studies of Me2Si[(R)-CHLiPh](CH2SMP) gave insight into the relative energies of the ground and transition states of the deprotonation and epimerisation reactions.

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