Die vorliegende Dissertation befasst sich mit den Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von sternförmigen, formtreuen Hybridmesogenen. In früheren Studien wurde bereits gezeigt, dass die Selbstorganisation von semiflexiblem Mesogenen in Mesophasen aufgrund ihrer Faltung nicht kontrollierbar ist. In anschließenden Arbeiten konnte diese Herausforderung durch ein Moleküldesign von C3-symmetrischen hexasubstituierten Benzolkernen überwunden werden. Die formtreue Struktur besteht aus alternierenden Oligo(phenylenvinylen)- oder Oligo(thienyl)-Armen und kleineren funktionalisierten Arylsubstituenten um den Benzolkern. Dabei ist hervorzuheben, dass zwischen den konjugierten Armen intrinsische Freiräume (Kavitäten) entstehen, welche die Einführung von Gästen ermöglichen (Endorezeptoren). Die Struktur und Eigenschaften der Mesophasen variieren als Funktion der Art und Länge der konjugierten Armen, Größe und Art der Gäste, sowie der Natur der Bindung zwischen Wirt und Gast. Die Bindungsart variiert zwischen Donor-Akzeptor-Wechselwirkungen, Wasserstoffbrücken- oder kovalenten Bindungen. Im letzteren Fall können die Gäste den Kavitäten im Wirt selbst bei höheren Temperaturen nicht entkommen, weshalb hierfür die Bezeichnung Pseudogast verwendet wird. In dieser Arbeit wird neben der Ausweitung der Strukturvielfalt durch Inkorporation von paramagnetischen Blatter-Radikalen und Akzeptorgästen auch die Strukturkontrolle mittels kleiner Peptidsequenzen studiert. Für die thiophenhaltigen Sternmesogene (TS1-3) wurden die Kerneinheit und die Oligo(thienyl)-Armen separat dargestellt. Letztere wurden durch sukzessive Suzuki-Reaktionen aufgebaut und anschließend in einer Wittig-Horner-Reaktion konvergent an den Kern geknüpft. Die Synthese der Oligo(phenylenvinylen)-Sternmesogene erfolgte in Anlehnung an die Arbeit vom Herrn Dr. Phillipp Maier mittels einer divergenten Synthesestrategie. Dabei wurden zunächst nur die inneren aromatischen Segmente der Oligo(phenylenvinylen)-Arme mittels einer Wittig-Horner-Reaktion am Kern angebracht und anschließend die Arylsubstituenten durch Suzuki-Reaktionen eingeführt. In der nachfolgenden Wittig-Horner-Reaktion wurden die Oligo(phenylenvinylen)-Arme vervollständigt und im abschließenden Schritt wurden die jeweiligen Pseudogäste mittels Steglich-Veresterungen am formtreuen Gerüst angebracht. Hier reduziert sich durch eine Optimierung der Schutzgruppenstrategie und die Verwendung von THP-Schutzgruppen der Zeitaufwand für die Synthese erheblich und die erzielten Ausbeuten konnten gesteigert werden. In Abhängigkeit von der Reaktivität der eingeführten Pseudogäste betrugen die Ausbeuten für die Hybridsternmesogene aus konjugierten und Peptidarmen 43 93 %. Die formtreuen Sternmesogene mit konjugierten Oligo(thienyl)-Armen (TS1-3) weisen flüssigkristalline Eigenschaften mit hexagonal kolumnarer Struktur auf. Die mit der Größe wachsenden intrinsischen Freiräume dieser Mesogene werden durch helikale Anordnung der Moleküle entlang der Kolumnenstapel kompensiert. Diese Freiräume können auch mit 2,4,7-Trinitrofluorenon (TNF)-Akzeptoren gefüllt werden. Studien in Lösung (CD2Cl2) zeigen zunächst, dass die Mesogene 7b, TS1 und TS2 schwache CT-Komplexe mit TNF ausbilden, wobei die Wechselwirkungen bevorzugt mit dem planaren Kernbereich stattfinden. Obwohl dies bedeuten würde, dass sich TNF in der Mixtur in sandwichartige Aggregate zwischen den Kernen anordnet, sind solche Strukturen in der LC-Phase nicht vorhanden. Alle untersuchten Mischungen (7bM1-3, TS1M1-3, TS2M1-3) erzeugen unterschiedliche kolumnare weichkristalline Materialien mit hexagonal kolumnaren Phasen bei höheren Temperaturen. Tatsächlich sind die TNF-Moleküle in den intrinsischen Freiräumen der Wirt-Mesogene inkorporiert, ohne dass eine makroskopische Separation stattfindet. Im Vergleich zu den reinen Substanzen führt die Zugabe von TNF zu einer Stabilisierung der flüssigkristallinen Phase von mehr als 100 °C und gleichzeitig nimmt sowohl die inter- als auch die intrakolumnare Ordnung zu. Dabei besitzen die 1 : 3-Komplexe die höchste Ordnung in der LC-Phase. Diese Ergebnisse wurden mit Hilfe von Röntgenstreuexperimenten und Festkörper-NMR Studien belegt und heben die Eigenschaft der formtreuen Sternmesogene als Endorezeptoren hervor. Dieser Aspekt der Sternmesogene wurde mit Hilfe von Blatter-Radikal Gästen weiter untersucht. Die Einbindung in die Kavitäten ist sowohl mittels H-Brücken (10aM1-3, 10bM1-3) als auch durch kovalenten Bindungen (RS1, RS2) möglich. Letztere zeichnen sich mit einer besonderen Stabilität bis zu 250 °C aus, wobei weder eine Zersetzung noch unerwünschte Reaktionen zwischen den Radikalsegmenten und dem konjugierten Gerüst zu beobachten sind. Der Einsatz von Blatter-Radikal-Derivaten mit verzweigten aliphatischen Ketten und niedrigem Schmelzpunkt ermöglicht die Entwicklung von Supermesogenen (10aM1-3, 10bM1-3), welche in enantiotropen kolumnaren Phasen selbst-assemblieren und tiefere Klärtemperaturen im Vergleich zu den kovalent gebundenen Analoga aufweisen. FT-IR-Mikroskopieuntersuchungen unter Polarisation bestätigen, dass alle Kavitäten der Wirtsmoleküle mit Radikal-Gästen besetzt werden können und die Wasserstoffbrückenbindungen orthogonal zur Kolumne ausgerichtet sind. Dabei spielt die Größe der Kavität eine ausschlaggebende Rolle für die Selbstorganisation in der LC-Phase. Im Fall des kleineren Supermesogen (10aM13) entsteht eine geordnetere Phase als bei dem größeren Supermesogen (10bM13), bei welchem aufgrund der größeren Kavität eine weniger geordnete Struktur vorliegt. DSC- und POM- Untersuchungen zeigen, dass je nach Größe der intrinsischen Freiräume des Wirtes die maximale Stabilität der Mesophase bei unterschiedlichen Mischungsverhältnissen erreicht wird – für 10a bei der 1 : 3-Mischung und für 10b bei der 1 : 2-Mischung. Dies ist auf die verschiedenen Packungsstrukturen zurückzuführen. Dabei ändert sich je nach Temperatur die Anzahl der ungepaarten und der antiferromagnetisch gekoppelten Spins. EPR-Untersuchungen der LC-Phasen zeigen, dass die magnetische Eigenschaften dieser Materialien sowohl von der Größe der Kavität als auch vom Bindungsmodus (kovalent oder supramolekular) abhängen. Im Fall der kovalenten Substanz RS1 ändert sich die Anzahl an ungepaarten Spins mit den Phasenübergängen. In der weichkristallinen Phase findet eine Separation der Radikalzentren statt, wodurch die Anzahl an ungepaarten Spins höher ist als in der flüssigkristallinen Phase. Dahingegen sind die Änderungen der magnetischen Eigenschaften bei den supramolekularen Systemen (10aM13, 10bM13) unabhängig von den Phasenübergängen. Der Grund hierfür liegt in der erhöhten Mobilität der Radikalgäste in den intrinsischen Freiräumen der Wirt-Mesogene. Die Kombination aus niedrigen Klärtemperaturen und paramagnetischen Blatter-Radikalen stellen eine versprechende Möglichkeit für die Entwicklung von paramagnetischen Materialien mit kontrollierbaren magnetischen Eigenschaften dar. Der Hauptteil dieser Arbeit fokussiert sich auf die Strukturkontrolle von Sternmesogenen durch die Einführung von Pseudogästen mit unterschiedlichen Aminosäuresequenzen (PS). Hier sind die Peptidgäste durch kovalente Bindungen am Gerüst des Sternmesogens angebracht. Dies ermöglicht eine zusätzliche Stabilisierung der Mesophase durch ausschließlich intrakolumnare H-Brücken. Die Art (Colh, Colx) und die Stabilität der jeweiligen Mesophasen hängen von der Länge der Peptidsequenz (PSA, PSAA, PSAAA), der Stereozentren der Peptidsequenz (PSAA, PSDADA), der Anzahl lateraler Ketten im Peptidgast (PSAA2K, PSAA1K, PSAA0K) sowie der Art der Aminosäuren (PSII, PSAI, PSIA) ab. Dabei zeigt sich, dass bei einer Sequenz aus zwei Aminosäuren das optimale Verhältnis zwischen Kavität- und Peptidpseudogast-Größe erreicht ist und die stabilsten Mesophasen ausgebildet werden. Durch die Variation der Anzahl aliphatischer Ketten im Pseudogast lässt sich die Klärtemperatur der Mesophase steuern. Temperaturabhängige FT-IR-Untersuchungen zeigen einen Zusammenhang zwischen der Stärke der H-Brücken innerhalb der Mesophase und dem jeweiligen Phasenübergang. Gleichzeitig bestätigen polarisierte FT-IR-Experimente die Ausbildung von H-Brücken entlang der kolumnaren Stapel und deuten auf die Anwesenheit von -Faltblättern bei Raumtemperatur hin. Die Organisation in solcher Strukturen wird durch temperaturabhängige NMR-Messungen in Lösung bekräftigt, wobei die 1H-Verschiebungen der ersten Ala-Einheit von PSAA und PSDADA im Toleranzbereich der chemischen Verschiebung für ein -Faltblatt auftreten. Die Aggregation wurde auch mittels CD-Spektroskopie in Lösung und in dünnen Filmen studiert. Dabei zeigen die enantiomeren Verbindungen (PSAA, PSDADA) einen nahezu spiegelsymmetrischen Cotton-Effekt treten im Wellenlängenbereich der exzitonischen Kopplung zwischen den Distyrylbenzolsegmenten. Dies deutet auf eine getwistete, helixartige kolumnare Struktur hin, bei der über das -Faltblatt eine doppelte Nanosegregation der hybriden Sternmesogene in Peptid- und Oligo(phenylenvinylen)-reiche Bereiche erreicht wird. Das Zusammenspiel aus der formtreuen Struktur der Sternmesogene mit deren Eigenschaften als Endorezeptoren und der Inkorporation von Peptidpseudogäste ermöglicht das maßgeschneiderte Design von Supermesogenen mit proteinähnlichen Strukturen. Solche Moleküle können auch als wasserlösliche Mesogene maßgeschneidert und deren Interaktion mit biologischen Systemen untersucht werden. Zukünftige Forschungsarbeiten werden die Bedeutung solcher LC-Materialien als Molekülspeicher für unterschiedliche Zwecke weiterhin aufklären. Es ist von großer Bedeutung zu verstehen, wie verschiedene Gäste die Struktur und die Eigenschaften der LC-Phase beeinflussen. In dieser Hinsicht ist das Einführen von DNA-Basenderivaten als Pseudogäste denkbar. Dies wird eine präzise Möglichkeit zur Kontrolle der Struktur und der Materialeigenschaften von formtreuen Sternmesogenen durch die Verwendung von funktionalisierten komplementären DNA-Basen ermöglichen. / The present dissertation highlights the structure-property relationships of shape-persistent, star-shaped hybrid mesogens. Previous studies have shown that the self-organisation of semiflexible mesogens in mesophases is not fully controllable due to their folding. In subsequent work, this challenge was overcome by a molecular design of C3-symmetric hexasubstituted benzene cores. The shape-persistent motif consists of alternating oligo(phenylenevinylene) or oligo(thiophene) arms and small functionalized aryl substituents around the benzene core. It should be emphasized that intrinsic free spaces (cavities) arise between the conjugated arms, which allows the incorporation of guests with desired functionalities (endoreceptors). The properties of the mesophases are tuned depending on the type and length of the conjugated arms, the functionality of the guests and the binding mode between host and guest. The binding mode varies between donor-acceptor interactions, hydrogen bonding or covalent bonds. In the latter case, guests cannot escape from the cavities of the host even at high temperatures, which is why in this case the term pseudo-guest is used. In this work, the structural diversity of this design is extended by incorporation of paramagnetic Blatter radicals and strong acceptor guests and in addition, the structural control is increased by means of small peptide sequences. For the oligo(thiophene) star mesogens (TS1-3), the core unit and oligo(thienyl) arms were synthetized separately. The latter were prepared by successive Suzuki reactions and then converged to the core in a Wittig-Horner reaction. The synthesis of the oligo(phenylenevinylen) star mesogens was based on the work of Dr. Phillipp Maier by means of a divergent synthetics strategy. Initially, only the inner aromatic segments of the oligo(phenylenevinylene) arms were attached to the core via a Wittig-Horner reaction and subsequently the aryl substituents were introduced by Suzuki reactions. In the subsequent Wittig-Horner reaction, the oligo(phenylenevinylene) arms were completed and in the final step the respective pseudo-guests were attached to the shape-persistent scaffold via Steglich esterifications. By optimizing the protective group strategy by using THP groups, the time required for synthesis is significantly reduced and the achieved yields were increased. Depending on the reactivity of the introduced pseudo-guests, the yields for the hybrid star mesogens consisting of conjugated and peptide arms were between 43 to 93%. The shape-persistent star mesogens with conjugated oligo(thiophene) arms (TS1-3) exhibit liquid crystalline properties with hexagonal columnar structures. The intrinsic free spaces of these mesogens, which vary in size, are compensated by the helical arrangement of the molecules along the column stacks. These free spaces can also be filled with 2,4,7-trinitrofluorenone (TNF) -acceptors. Studies in solution (CD2Cl2) show that the mesogens 7b, TS1 and TS2 form weak charge-transfer (CT) complexes with TNF, whereby the interactions preferentially take place with the planar aromatic core. Although, this would imply that TNF in the mixture would self-assemble into sandwich-like aggregates between the cores, such structures are not present in the LC phase. All the studied mixtures (7bM1-3, TS1M1-3, TS2M1 3) produce different columnar soft crystalline materials and hexagonal columnar phases at higher temperatures. Indeed, TNF molecules are incorporated in the intrinsic free spaces of host mesogens without macroscopic separation. Compared to the pure compounds, the addition of TNF leads to a stabilization of the liquid crystalline phase of more than 100 °C and simultaneously, both the inter- and intracolumnar order increases. The 1 : 3 complexes exhibit the highest order in the LC phase. These results were supported by X-ray scattering experiments and solid-state NMR studies and highlight the properties of shape-persistent star mesogens as endoreceptors. These aspects of the shape-persistent star mesogens were further elaborated by introducing Blatter-radical guests (cooperation with P. Kaszynski, University of Lodz, Poland). The incorporation into the intrinsic free space is possible by means of hydrogen bonding (10aM1-3, 10bM1-3) as well as by covalent bonds (RS1, RS2). The latter stand out by their phase stability up to 250 °C, with neither decomposition nor undesired reactions between the radical segments and the conjugated framework. The use of Blatter-radical derivatives with branched aliphatic chains possessing a low melting point allows the development of supermesogens (10aM1-3, 10bM1-3) that self-assemble in enantiotropic columnar phases and exhibit lower clearing temperatures compared to the covalently bonded analogues. Polarized FT-IR microscopy studies confirm that all cavities of the host compounds are occupied with radical guests and that the hydrogen bonds are in average orthogonally aligned with respect to the to the columnar axis. The size of the cavity plays a decisive role for the self-assembly of the guests in the LC phase. The smaller supermesogen (10aM1-3) produces a more ordered phase than the larger supermesogen (10bM1-3), which has a less ordered structure of host and guest owing to their larger intrinsic free space. DSC and POM studies show that, depending on the size of the intrinsic free spaces of the host, maximum stability of the mesophase is achieved at different mixing ratios – for 10a with the 1 : 3 mixture and for 10b with the 1 : 2 mixture. This originates from different packing structures. Depending on the temperature, the number of unpaired and antiferromagnetically coupled spins changes. EPR studies of LC phases show that the magnetic properties of these materials depend on the size of the cavity, the binding mode (covalent or supramolecular) and the mesophase structure. In the case of the covalent substance (RS1), the number of unpaired spins changes with the phase transitions. In the soft crystalline phase, separation of the radical segments occurs, resulting in a higher number of unpaired spins than in the liquid crystalline phase. In contrast, the changes in the magnetic properties of the supramolecular systems (10aM1-3, 10bM1-3) are independent of the phase transitions. The reason for this is the increased mobility of the radical guests in the intrinsic free spaces of the host mesogens. The combination of low clearing temperatures and paramagnetic Blatter radicals represents a promising opportunity for the development of paramagnetic materials with controllable magnetic properties. The main part of this work focuses on the structural control of star mesogens by introducing pseudo-guests with different amino acid sequences (PS). Here, the peptide guests are attached to the framework of the star mesogen by covalent bonds. This allows additional stabilization of the mesophase by exclusively intracolumnar hydrogen bonding. The type (Colh, Colx) and stability of the respective mesophases depend on the length of the peptide sequence (PSA, PSAA, PSAAA), the stereocenters of the peptide sequence (PSAA, PSDADA), the number of chains at the peripheral aromatic unit of the peptide guest (PSAA2K, PSAA1K, PSAA0K), and the type of amino acids (PSII, PSAI, PSIA). The optimal ratio between cavity size and peptide pseudo-guest size is achieved with dipeptides forming most stable mesophases. By varying the number of aliphatic chains at the pseudo-guest, the clearing temperature of the mesophase can be controlled. Temperature-dependent FT-IR studies reveal a correlation between the strength of the hydrogen bonding within the mesophase and the respective phase transitions. Simultaneously, polarized FT-IR experiments confirm the formation of hydrogen bonding along the columnar stacks and indicate the presence of -sheets at room temperature. This is confirmed by temperature-dependent NMR measurements in solution, where the 1H shifts of the first Ala unit of PSAA and PSDADA occur within the tolerance range of the chemical shift for -sheets. The enantiomeric compounds (PSAA, PSDADA) exhibit an almost mirror Cotton-effect in the wavelength range of the excitonic coupling between the distyrylbenzene segments. This indicates a twisted, helix-like columnar structure in which a -sheeted double nanosegregation of hybrid star mesogens in peptide and oligo(phenylenevinylene)-moieties is achieved. The interplay of the shape-persistent structure of star mesogens with their properties as endoreceptors and the incorporation of peptide pseudo-guests enables the tailored design of supermesogens with protein-like structures. Such molecules can also be tailored as water-soluble mesogens for interaction with biological systems. Future research will continue to reveal the importance of such LC materials as supramolecular carriers for various functionalities. It is very important to understand how different guests influence the structure and the functions of the LC phase. In this regard, the introduction of DNA base derivatives as pseudo-guests is an attractive task. This will provide a precise way to control the structure and material properties of shape-persistent star mesogens through the use of functionalized complementary DNA bases.

In Deutschland starben im Jahr 2016 knapp 6 000 Menschen an den Folgen des Multiplen Myeloms. Die Zahl der Todesopfer dieser Krebsart ist in den letzten 16 Jahren um ca. 20% gestiegen. Da das Multiple Myelom mit einem Durchschnittsalter von 73 Jahren bei Erstdiagnose zu den Erkrankungen des höheren Lebensalters zählt, ist der Anstieg der Inzidenz und Todesfälle am ehesten auf eine höhere Lebenserwartung der Menschen durch umfassende medizinische Versorgung zurückzuführen. Auch die Behandlungsmöglichkeiten des Multiplen Myeloms wurden in den letzten zwei Jahrzehnten kontinuierlich verbessert und bieten in Form von medikamentösen Therapien für alle Erkrankten und Knochenmarktransplantationen speziell für Patienten unter 70 Jahren die Chance auf eine Verlängerung der beschwerdefreien Krankheitsphase. Nach wie vor verläuft das Multiple Myelom jedoch tödlich, sodass die Erforschung und Entwicklung neuer potenter Wirkstoffe zur Verbesserung der Prognose oder zur vollständigen Heilung essentiell ist. Ziel der vorliegenden Arbeit war daher die Biotinylierung von Dioncochinon B, einem natürlich vorkommenden Naphthochinon, erstmals isoliert aus Kallus-Kulturen von T. peltatum, das eine gute Aktivität (IC50 = 11 µM) gegen Zellen des Multiplen Myeloms aufweist. Der Affinitätsmarker Biotin sollte dabei über einen kurzen Linker an die 7- oder 8-Position des Naturstoffs angebracht werden. Nach der Etablierung einer geeigneten Syntheseroute sollten nanoLC-MS/MS-Analysen Aufschluss über mögliche Wirkstoff-Target-Interaktionen liefern. Des Weiteren wurde in dieser Arbeit die Synthese von 7,8'-gekuppelten Naphthylisochinolin-Alkaloiden im Allgemeinen und von Yaoundamin A und dessen M-Atropisomer im Speziellen untersucht. Die Naturstoffklasse der Naphthylisochinolin-Alkaloide ist neben ihrer strukturellen Vielfalt vor allem wegen ihrer Aktivitäten gegen eine Vielzahl an Erregern von Infektionskrankheiten, wie z. B. der Malaria, der Afrikanischen Schlafkrankheit oder der Leishmaniose interessant. Strukturell sind Naphthylisochinolin-Alkaloide unter anderem durch eine meist rotationsgehinderte Biaryl-Achse gekennzeichnet. Der synthetische Aufbau dieser Verbindungsachse zwischen Naphthalin- und Isochinolin-Baustein war in der Literatur bereits ausführlich behandelt worden. Da die Darstellung eines 7,8'-verknüpften Naphthyldihydroisochinolin-Alkaloids allerdings noch nie beschrieben worden war, war das Ziel dieser Arbeit die erste Totalsynthese eines Naturstoffs dieses Typs. / In Germany, nearly 6 000 people died as a result of the disease multiple myeloma in 2016. During the past 16 years, the number of deaths of this type of cancer has risen by about 20%. Since multiple myeloma, with an average age of 73 years at first diagnosis, is one of the diseases of older age, the increase in incidence and mortality is most likely due to an enhanced life expectancy of the people through comprehensive medical care. Multiple myeloma treatment options have also been improved continuously over the past two decades and offer the chance for prolonging the symptom-free disease phase in the form of drug therapies for all patients and bone marrow transplants especially for patients under the age of 70 years. However, multiple myeloma continues to be deadly, so the research and development of new potent drugs is essential for the improvement of prognosis or complete recovery. The aim of this current work was the biotinylation of dioncoquinone B, a naturally occurring naphthoquinone, first isolated from callus cultures of T. peltatum, which exhibits a good activity against cells of multiple myeloma (IC50 = 11 µM). The affinity tag biotin was planned to be attached to the 7- or 8-position of the natural product using a short linker. Following the establishment of an appropriate synthetic route, subsequent nanoLC-MS/MS-analysis should yield possible drug-target interactions. Furthermore, the synthesis of 7,8'-coupled naphthylisoquinoline alkaloids in general and of yaoundamine A and its M-atropisomer in particular was investigated. Besides its structural variety this class of natural products of naphthylisoquinoline alkaloids is especially known for its activities against a broad range of pathogens of infectious diseases, like e.g. malaria, African sleeping sickness or leishmaniosis. Among others, naphthylisoquinoline alkaloids are structurally characterized by a biaryl axis, which is often rotationally hindered. In the literature the synthetic approach to this axis between the naphthalene-portion and the isoquinoline moiety has already been dealt with extensively. However, since the synthesis of a 7,8'-coupled naphthyldihydroisoquinoline alkaloid had never been described before, the defined goal of this work was the first total synthesis of a natural product of this type.

In dieser Arbeit wurde ein geeigneter Zugang zu TBTQ-Derivaten erarbeitet, der eine paarweise Funktionalisierung der aromatischen Positionen in direkter Nachbarschaft zum Triquinacen-Kern zulässt. Hierfür wurde sowohl die doppelte Cyclodehydratisierungsroute als auch die dreifache Cyclisierungsvariante zur Darstellung von Tribenzotriquinacenen dahingehend modifiziert, dass die Einführung der „ortho“-Substituenten bereits zu Beginn der Synthese mit den Edukten erfolgte, da eine nachträgliche Funktionalisierung der gewünschten Positionen am TBTQ aufgrund sterischer Faktoren nicht möglich ist. Es wurden unter anderem die ersten literaturbekannten „ortho“-substituierten TBTQ-Derivate erhalten und vollständig charakterisiert. Zur Erweiterung des aromatischen Systems wurden außerdem Benzodiphenanthrenotriquinacen-Vorstufen synthetisiert, die im Falle der doppelten Cyclodehydratisierungsroute Acenapthylen-Derivate lieferten. Benzodiphenanthrenotriquinacen konnte mit Hilfe der dreifachen Cyclisierungsvariante synthetisiert werden. Die Zielmoleküle sollen als Vorstufen für überbrückte aromatisch anellierte Triquinacene dienen. / In this work a suitable reaction pathway for TBTQ-derivatives with geminate functionalization of the aromatic positions adjacent to the triquinacene core was developed. Therefore, the double cyclodehydration as well as the triple cyclization strategy for the synthesis of tribenzotriquinacenes were modified, so that the introduction of the „ortho“-substituents takes place as part of generating the starting material at the beginning of the synthetic scheme. The reason for this is that subsequent functionalization at the „ortho“-positions is impeded due to steric hindrance. Among other things the first “ortho”-substituted TBTQ-derivatives known in literature were synthesized and fully characterized. Furthermore, precursors for benzodiphenanthrenotriquinacene were synthesized in order to extend the aromatic periphery. The double cyclodehydration strategy provided acenaphthylene derivatives. However, Benzodiphenanthrenotriquinacene could be generated via triple cyclization strategy. The target molecules might serve as precursors for the formation of bridged aromatically annulated triquinacenes.

Die vorliegende Arbeit behandelt die Synthese sowie die Eigenschaften einer Serie von organofunktionellen α-, β-, γ- und ζ-Silanen, mit einem Fokus auf Alkoxy(aminoalkyl)silanen. Der Großteil dieser Modellstrukturen wurde anschließend hinsichtlich ihrer Hydrolysekinetik in Abhängigkeit der Art der funktionellen Gruppe X (NMe3+, N(H)COOMe, N(Me)COOMe, NH2, N(H)Me, NMe2, Pip, Me), des Abstandes des Substituenten X zu dem Silicium-Atom (α-, β-, γ- und ζ-Position), der Alkoxy-Abgangsgruppe am Silicium-Atom (MeO, iPrO, tBuO) und des pD-Wertes der Reaktionslösung systematisch untersucht. Eine große Herausforderung dieser Studie war die Synthese von β-Amino-funktionalisierten Alkoxysilanen, deren Chemie aufgrund ihrer Labilität bisher kaum erforscht ist. Die einzigen literaturbekannten Vertreter stellten bislang das Trialkoxysilan (EtO)3Si(CH2)2NH2 (1) und sein Dialkoxy-Derivat (EtO)2SiMe(CH2)2NH2 (2) dar, welche durch Reaktion des entsprechenden 2-(Chlorethyl)silans mit Ammoniak unter hohem Druck im Autoklaven zugänglich sind. Unter Verwendung dieser Synthesemethode konnte sowohl die Synthese der Silane 1 und 2 reproduziert, als auch das Trimethoxy-Analogon (MeO)3Si(CH2)2NH2 (3) erstmals dargestellt werden. Darüber hinaus wurde eine Serie von organofunktionellen Monoalkoxysilanen des Typs RORSiMe(CH2)2X und ROSiMe2C(H)MeCH2X (4b–18b) im präparativen Maßstab analyserein dargestellt. Des Weiteren wurden die entsprechenden α-Silane 8a, 11a, 14a und 15a, die γ-Silane 6c, 8c, 11c, 13c–15c und 18c sowie die ζ-Silane 19 und 20 erstmals dargestellt. Weiterhin wurden die bereits literaturbekannten α-Silane 16a–18a und γ-Silane 7c, 16c und 17c für die Verwendung in den Hydrolyseexperimenten synthetisiert. Die Charakterisierung aller im Rahmen dieser Arbeit synthetisierten Verbindungen erfolgte mittels NMR-Spektroskopie (1H-, 13C-, 15N- und 29Si-NMR) und Elementaranalysen (C, H, N) bzw. HRMS-Experimente. Die hydrolytische Spaltung der Si–OC-Bindung in Alkoxy(aminoalkyl)silanen stellt einen technisch sehr wichtigen Schlüsselschritt in der Synthese von Amino-funktionalisierten Polysiloxanen dar. Um den Mechanismus dieser Si–OC-Bindungsspaltung besser zu verstehen, wurden die Alkoxysilane 4b, 4c, 5b, 6b, 6c, 7b, 7c, 8a–8c, 9b, 11a–11c, 12b, 14a–14c, 15a–15c, 16a–16c, 17a–17c, 18a–18c, 19 und 20 hinsichtlich ihrer Hydrolysekinetik in CD3CN/D2O unter sauren und basischen Bedingungen mittels 1H-NMR-Spektroskopie untersucht. Die Ergebnisse dieser Struktur–Reaktivitäts-Studie zeigten, dass die beobachteten unterschiedlichen Hydrolysegeschwindigkeiten das Resultat mehrerer Faktoren sind, wie beispielsweise elektronische und sterische Effekte, der große Einflusses des pD-Wertes und auch intramolekulare N–H∙∙∙O-Wasserstoffbrückenbindungen zwischen der protonierten Amino-Gruppe und der Alkoxy-Abgangsgruppe. Da der Einfluss dieser Effekte auf die Reaktivität der untersuchten α-, β-, γ- und ζ-Silane sehr unterschiedlich ist, kann kein klarer Zusammenhang zwischen der Hydrolysereaktivität und der Positionierung der stickstoff-haltigen funktionellen Gruppe (α-, β-, γ- und ζ-Position) erkannt werden. Die jeweils beobachtete Reaktivität entspricht vielmehr einer Summe aller zuvor genannten Teileffekte. Die Erkenntnisse, die im Rahmen dieser Arbeit erhalten wurden, ermöglichen ein verbessertes grundlegendes Verständnis der Reaktivität von funktionalisierten α-, β-, γ- und ζ-Silanen, und sind für die Silicon-Industrie von großem Interesse, da sie eine gezieltere Anwendung der α-, β- und γ-Aminosilane in der Synthese von technisch wichtigen Amino-funktionalisierten Polysiloxanen erlauben. / This thesis deals with the synthesis and properties of a series of organofunctional α-, β-, γ-, and ζ-silanes, with a focus on alkoxy(aminoalky)silanes. The majority of these model compounds were systematically investigated for their hydrolysis kinetics, depending on the functional group X (NMe3+, N(H)COOMe, N(Me)COOMe, NH2, N(H)Me, NMe2, Pip, Me), the spacer between X and the silicon atom (α-, β-, γ-, and ζ-position of the functional group), the alkoxy leaving group at the silicon atom (MeO, iPrO, tBuO), and the pD value of the reaction mixture. One of the major challenges of this study was the synthesis of β-amino-functionalized alkoxysilanes, the chemistry of which was mainly due to stability issues not well established yet. Until now, the trialkoxysilane (EtO)3Si(CH2)2NH2 (1) and its dialkoxyderivative (EtO)2SiMe(CH2)2NH2 (2) were the only representatives of this type described in the literature. They were synthesized by reaction of the respective 2-(chloroethyl)silane and ammonia under high pressure in an autoclave. Using this synthetic method, the synthesis of the silanes 1 und 2 could be reproduced and the trimethoxyanalogue (MeO)3Si(CH2)2NH2 (3) could be prepared for the first time. Furthermore, a series of organofunctional monoalkoxysilanes of the formula type RORSiMe(CH2)2X and ROSiMe2C(H)MeCH2X (4b–18b) was synthesized on a preparative scale in analytically pure form. Also, the corresponding α-silanes 8a, 11a, 14a, and 15a, the γ-silanes 6c, 8c, 11c, 13c–15c, and 18c, and the ζ-silanes 19 and 20 were prepared for the first time. In addition, the well known α-silanes 16a–18a and γ-silanes 7c, 16c, and 17c were synthesized for their use in the hydrolysis experiments. All the compounds synthesized in this study were characterized by NMR spectroscopy (1H, 13C, 15N, and 29Si NMR) and elemental analysis (C, H, N) or HRMS experiments. The hydrolytic cleavage of the Si–OC bond of alkoxy(aminoalkyl)silanes represents a technically very important key step in the synthesis of amino-functionalized polysiloxanes. To get a better understanding of the mechanism of this Si–OC bond cleavage, the alkoxysilanes 4b, 4c, 5b, 6b, 6c, 7b, 7c, 8a–8c, 9b, 11a–11c, 12b, 14a–14c, 15a–15c, 16a–16c, 17a–17c, 18a–18c, 19, and 20 were studied for their hydrolysis kinetics in CD3CN/D2O under acidic and basic conditions, using 1H NMR spectroscopy as the analytical tool. The results of these structure–reactivity studies clearly demonstrate that the different hydrolysis reactivities observed are the result of a number of parameters, such as electronic and steric effects, the strong impact of the pD value, and intramolecular N–H∙∙∙O hydrogen bonds between the protonated amino group and the alkoxy leaving group. These parameters affect the hydrolysis reactivity of the α-, β-, γ-, and ζ-silanes in an unpredictable manner, so that no clear correlation between the hydrolysis reactivity and the position of the nitrogen-containing functional group (α-, β-, γ-, and ζ-position) can be found. The observed reactivity is rather a summation of all the aformentioned parameters. The insight gained from this work allows for a much clearer conceptual understanding of the reactivity of functionalized α-, β-, γ-, and ζ-silanes. These findings are also of great interest for silicone industry as they allow for a more directed application of α-, β-, and γ-aminosilanes for the preparation of the technically important class of amino-functionalized polysiloxanes.

Stilbene-based star-shaped mesogens have been synthesized with and without fullerene guests. Thermotropic properties and the mechanism of space-filling in the mesophases of these systems have been examined. / Auf Stilben basierende sternförmige Mesogene wurden mit als auch ohne Fullerengäste synthetisiert. Die thermotropen Eigenschaften und der Mechanismus der Raumfüllung in den Mesophasen dieser Systeme wurden untersucht.

Bedingt durch ihre strukturelle Diversität und biologischen Eigenschaften sind Naturstoffe seit jeher Quelle und Inspiration für Arzneimittel vor allem im therapeutischen Bereich der Onkologie und der Infektionskrankheiten. Ihr einzigartiges pharmakologisches Potenzial wird durch die selektive Interaktion mit einer Vielzahl von Zielmolekülen hervorgerufen. Aufgrund der zentralen Bedeutung von Naturstoffen in der Entdeckung und Entwicklung von neuen Arzneimitteln sind nach wie vor die Isolierung und Strukturaufklärung, die totalsynthetische Darstellung und Derivatisierung sowie die Identifizierung der Zielmoleküle und die Aufklärung des Wirkmechanismus dieser natürlichen Wirkstoffe unabdingbar. Die kleine, aber spannende Klasse der Naphthylisochinolin-Alkaloide, die ausschließlich aus den beiden Pflanzenfamilien der Dioncophyllaceae und der Ancistrocladaceae gewonnen werden, zeichnet sich mit ihren mehr als 200 Vertretern nicht nur durch ihre strukturelle Vielfalt aus, sondern zeigt vor allem pharmakologisch interessante Wirksamkeiten. Neben ausgeprägten In-vitro-Aktivitäten gegen protozoische Erreger wie Leishmanien, Plasmodien und Trypanosomen besitzen die Vertreter dieser einzigartigen Naturstoffklasse nach neuesten Untersuchungen auch vielversprechende antitumorale Aktivitäten. Für deren Weiterentwicklung zu möglichen Arzneistoffen ist es daher unabdingbar, ihr pharmakologisches Potenzial tiefergehend zu untersuchen. Ziel der vorliegenden Dissertation war die Entwicklung totalsynthetischer Zugänge zu biologisch interessanten Naphthylisochinolin-Alkaloiden mit Hilfe unterschiedlicher Synthesestrategien. Ebenfalls sollten durch die Darstellung strukturell vereinfachter Derivate sowie markierter Naturstoffe in Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern mögliche Zielmoleküle identifiziert und Beiträge zum Wirkmechanismus untersucht werden. / Due to their structurally diversity and biological properties, natural products have been, for a long time, a source and inspiration for drugs, especially in the therapeutic areas of oncology and infectious diseases. Their unique pharmacological potential is a result of their selective interaction with a variety of target molecules. Owing to the central role of natural products in the discovery and development of new drugs, the isolation, structural elucidation, the total synthesis and derivatization, the identification of target molecules, and investigations on the mode of action of these natural compounds are still essential. The small, yet fascinating class of naphthylisoquinoline alkaloids, which are exclusively obtained from the two plant families of Dioncophyllaceae and Ancistrocladaceae, does not only stand out due to their structural diversity with more than 200 representatives, but also shows pharmacologically interesting activities. In addition to pronounced in vitro activities against protozoan pathogens such as leishmania, plasmodia and trypanosoma, the representatives of this unique class of natural products also show promising antitumoral activities. For their further development as possible drugs, their pharmacological potential has to be investigated in more detail. The aim of the present thesis was the development of total synthetic approaches to biologically interesting naphthylisoquinoline alkaloids by means of different strategies. The synthesis of structurally simplified derivatives and of labeled natural products together with cooperation partners was also intended to identify potential targets and contribute to the mode of action.

Nanodiamant bietet in der Medizin und in der Biologie zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten aufgrund der guten Biokompatibilität und geringen Toxizität. Durch die umfangreichen Funktionalisierungsmöglichkeiten der Oberfläche der nanometergroßen Partikel können viele unterschiedliche Wirkstoffe, Rezeptormoleküle oder Peptidsequenzen angebunden werden ,die zusammen mit Nanodiamant ein anderes, durchaus besseres Wirkprofil aufweisen als der Wirkstoff allein. Ziel dieser Arbeit war die Synthese eines pH-labilen Linkersystems, dass hydroxylhaltige Wirkstoffe kovalent bindet und zusammen mit Nanodiamant in die Zelle, in der ein saurer pH-Wert herrscht, eingeschleust werden. Über die Änderung des pH-Wertes in der Zelle soll der Wirkstoff freigesetzt werden und seine Wirkung entfalten können. Weiterhin wurde ein pH-labiles Linkersystem auf der Basis eines Hydrazons hergestellt. Über das synthetisierte Hydrazinderivat können Wirkstoffe, die über eine Aldehyd- oder Ketonfunktion verfügen angebunden werden und pH-labil in der Zelle freigesetzt werden. Zusätzlich trägt der Nanodiamant ein kovalent angebundenes Targeting-Molekül, welches eine verbesserte Adressierung der Wirkorte gewähr¬leisten soll. Die Freisetzung wurde mittels UV-Vis-Spektroskopie detektiert und ausgewertet. Neben der spezifischen Funktionalisierung von Nanodiamant besitzt auch die Interaktion der Nanodiamantpartikel mit biologischen Medien eine besondere Bedeutung für zukünftige biomedizinische Anwendungen. Wenn die Partikeloberfläche durch Proteinadsorption gegenüber dem Wirkort abgeschirmt wird, so kann der angebundene Wirkstoff gegebenenfalls nicht freigesetzt werden und somit nicht seine Wirkung entfalten und bleibt letztlich ungenutzt. So war es von besonderem Interesse die Wechselwirkungen von Nanodiamant in Humanserum und auch weiteren physiologischen Medien zu untersuchen. Dabei wurden sowohl freie Nanodiamantpartikel als auch solche, die auf klinisch bereits eingesetzten Gerüstmaterialien im Bereich der Therapie großer Knochendefekte adsorbiert waren, untersucht. Auch wurden die Wechselwirkungen von Nanodiamant mit der physiologischen Umgebung untersucht, die zur Agglomeration der Nanopartikel führen können. Es wurde ein unter¬schiedliches Agglomerationsverhalten der Nanodiamanten in wässriger Umgebung verglichen mit Nanodiamanten in physiologischen Medien sowie deren Stabilität im Serum beobachtet. Durch die in dieser Arbeit vorgestellten Untersuchungen konnten wichtige Erkenntnisse zur Wechselwirkung verschieden präparierter und funktionalisierter Nanodiamanten mit physiologisch relevanten Umgebungen sowie zu stimuli-responsiven Wirkstofffreisetzung aus Nanodiamant-Konjugaten gewonnen werden. Zudem wurde mit der Untersuchung der angelagerten Proteine um Nanodiamant ein erster Schritt in Richtung eines umfassenden Verständnisses der Wechselwirkung dieses Materials mit biologischen Umgebungen unternommen. Auch wenn diese Wechselwirkungen sehr komplex sind, so sind erste Aussagen bezüglich der Art der angelagerten Proteine möglich. Erste Versuche der Stabilisierung von Nanodiamant in physiologischen Medien wurden ebenfalls erfolgreich durchgeführt und zeigen eine effiziente und einfache Möglichkeit, Nanodiamant in biologischen Medien vor der Agglomeration zu bewahren. Die im Rahmen dieser Arbeit gewonnen Erkenntnisse bezüglich mehrfacher Funktionalisierungsmöglichkeiten von Nanodiamant sowie dessen Stabilisierung in physiologischen Medien zeigen die breite Anwendungsmöglichkeit und das enorme Potential von Nanodiamant im Bereich medizinischer und biologischer Anwendungen auf. / Nanodiamond offers various possible applications in medicine and biology because of its good biocompatibility and low toxicity. Due to the extensive opportunities functionalizing the surface of the nanosized particles it is possible to bind a lot of different active pharmaceutical ingredients (API), receptor molecules or peptide sequences. This functionalization can result in an improved efficacy compared to the profile of the drug alone. The aim of this thesis was the synthesis of a pH-labile linkersystem which covalently binds hydroxyl group-containing APIs and transfer them together with nanodiamond into the cells, where an acidic environment is predominant. Because of the change of the pH-value the drug gets released and can take its effect. Furthermore, a pH-labile linkersystem based on the formation of a hydrazon bond was synthesized. APIs containing an aldehyde or a ketone can be linked to the synthesized hydrazine derivative 70 and be released in cells due to the acid-labile bond. Additionally, the nanodiamond has a covalently bound targeting molecule to assure an improved uptake into the cell. The release of Doxorubicin was detected and evaluated via UV-Vis-spectroscopy. Besides the specific functionalization, the interaction of nanodiamond particles with biological media is gaining more and more importance regarding future biomedical applications. If the particle surface is shielded with proteins it is possible that the linked drug cannot be released, remains unused and cannot develop its desired effect. Because of this reason it was of main interest to examine the interactions of nanodiamond in human serum and further physiological media. Nanodiamond without further functionalization were analysed as well as nanodiamonds which are adsorbed on materials that are already in clinical usage in the field of greater bone defects. The interactions of nanodiamond with a physiological environment which can lead to the agglomeration of the particles was also examined. A different agglomeration bahaviour of nanodiamond in aqueous media was compared to nanodiamond in physiological media as well as their stability in serum. Due to the presented studies in this thesis important insights into the interactions of functionalized and different prepared nanodiamonds with physiological relevant environments as well as with stimuli-responsive drug release from nanodiamond conjugates were obtained. Furthermore, the examinations of the attached proteins around nanodiamond is the first step getting towards a better comprehensive understanding of the interactions of this material with its biological environment. Even if these interactions are very complex, first statements according to the type of attached proteins are possible. First trials of stabilizing nanodiamond in physiological media have been carried out successfully and demonstrate an easy and effective way to hinder agglomeration of nanodiamond in biological media. Finally, the insights gained in this thesis regarding the multiple possibilities of nanodiamond as well as their stabilization in physiological media offers a broad range of applications and the tremendous potential of nanodiamond in the field of medical and biological research.

In recent years the transmission of the Human African Trypanosomiasis could be significantly reduced. The reported cases in 2016 reached a historic low level of 2184 cases and these achievements can be ascribed to intense control and surveillance programmes.118 However, most of the reported cases (>1000 in 2015) occurred in the Democratic Republic of the Congo and thus, need to be treated adequately. In particular, when the parasites have traversed the blood-brain barrier (BBB), treatment proved to be even more difficult. In addition, the number of cases always came in waves due to many reasons, e.g., development of resistances. Thus, it can be expected from experiences of the past that the number of cases will increase again. Hence, novel chemical entities are desperately needed in order to overcome the drawbacks which are associated with the current treatment options. Our drug discovery approach included an initial drug repurposing strategy combined with a phenotypic screening. S. Niedermeier found novel active compounds derived from commercial fluoroquinolones. The most promising hit compound was further developed by G. Hiltensperger resulting in the lead quinolone amide GHQ168 (IC50 = 0.047 µM). This doctoral thesis is about new insights into the SAR of the quinolone amides and the enhancement of the lead compound. Special consideration was given to the fluorine atom in the quinolone amides and how certain fluorine substitution patterns influence the antitrypanosomal activity, physicochemical properties and pharmacokinetics (i.e. ‘fluorine walk’). Moreover, the ability of the compound class crossing the BBB should be investigated. This feature is inevitable necessary in order to potentially treat African sleeping sickness stage II. The Gould-Jacobs protocol was predominantly used for the synthesis of the quinolone core. Since former SAR studies mainly concentrated on the variation in positions 1, 3 and 7, quinolone scaffolds (2a-i) with diverse substitution patterns regarding positions 5, 6, 7 and 8 were synthesised in this thesis. The resulting quinolone amides were evaluated for their antitrypanosomal activity. Voluminous residues in position C-5 resulted in diminished activities (compounds 13, 16 and 18) and solely small-sized moieties were tolerated. In particular the fluorine atom in position 5 revealed beneficial trypanocidal effects as shown for compounds 6 (IC50 = 0.05 µM), 8 (IC50 = 0.04 µM), and 24 (IC50 = 0.02 µM). Furthermore, having fluorine only in position 5 of the quinolone core could considerably reduce the cytotoxic effects (CC50 >100 µM, SI = >2000 for 6). Hence, the 5-fluoro-substituted quinolone amides were considered superior to GHQ168. Regarding the C-6 position all other moieties (e.g., H in 9, OCH3 in 10, CF3 in 12) except of a fluorine atom decreased the activity against Trypanosoma brucei brucei. A double fluorination in C-6 and C-8 was not beneficial (IC50 = 0.06 µM for 7) and a single fluorine atom in C-8 even showed a negative effect (IC50 = 0.79 µM for 5). The logP value is considered a surrogate parameter for lipophlicity and thus, affecting permeability and solubility processes. In particular the fluorine atom influences the lipophilicity due to versatile effects: Lipophilicity is increased by additional fluorine atoms on aromatic rings (7, 23) and reduced by fluorine atoms at an alkyl chain (49), respectively. Additionally, the 5-fluoro-substituted quinolone amides (6, 8, and 24) could prove the contrary effect of decreasing lipophilicity when the aromatic fluorine substituent is in vicinity to a carbonyl group. For the most promising drug candidates 6, 23, and 24 the respective metabolites and the metabolic turnover were investigated by C. Erk. In comparison to GHQ168 the hydroxylation of the benzylamide was prevented by the para-fluorine atom. Hence, half-life was extended for compound 23 (t1/2 = 6.4 h) and N-desalkylation was the predominant pathway. Moreover, the respective fluorine substitution pattern of the quinolone core affected the metabolism of compound 6. The 5-fluoro-substituted quinolone amide was less prone for biotransformation (t1/2 = 7.2 h) and half-life could even be further prolonged for compound 24 (t1/2 = 7.7 h). Due to the most appropriate safety profile of compound 6, this particular drug candidate was considered for in vivo study. Its poor solubility made a direct intraperitoneal administration unfeasible. Thus, an amorphous solid dispersion of 6 was generated using the spray-drying method according to the previous protocol. Unfortunately, the required solubility for the predicted in vivo study was not achieved. Furthermore, the compound class of the quinolone amide was evaluated for its ability for brain penetration. The methanesulfonyl precursor 48 was synthesised and subsequently radiofluorinated in the group of Prof. Dr. Samnick (Department of Nuclear Medicine, University Hospital of Würzburg). The labelled compound [18F]49 was administered to mice, and its distribution throughout the body was analysed using positron emission tomography and autoradiography, respectively. The autoradiography of the murine brains revealed medium to high concentrations of [18F]49. Therefore, the quinolone amides are generally suitable for treating Human African Trypanosomiasis stage II. A scaffold hopping approach was performed starting from the quinolone amides and concluding with the compound class of pyrazoloquinolin-3-ones. The intramolecular hydrogen bond between the sec. amide and the C-4 carbonyl moiety was replaced by a covalent bond. The two compound classes were comparable regarding the antitrypanosomal activity to some degree (IC50 = 7.9 µM (EK02) vs. 6.37 µM (53a)). However, a final evaluation of 59 was not possible due to poor solubility. / Die Verbreitung der Afrikanischen Schlafkrankheit konnte in den vergangenen Jahren deutlich verringert werden. Die dokumentierten Fallzahlen aus 2016 erreichten ein historisch niedriges Niveau, was auf eine engmaschige Kontrolle und Überwachung zurückzuführen ist. Dennoch gibt es nach wie vor zahlreiche Krankheitsfälle (>1000 Fälle im Jahr 2015 für die Demokratische Republik Kongo), die entsprechend behandelt werden müssen. Die Therapie wird insbesondere dann erschwert, wenn die Parasiten die Blut-Hirn-Schranke überwunden haben. Außerdem treten die Krankheitsfälle aus mehreren Gründen, wie beispielsweise durch Resistenzentwicklung immer wieder schubweise auf. Die Erfahrungen aus der Vergangenheit zeigen, dass die Fallzahlen jederzeit wieder ansteigen können. Deshalb sind neue Arzneistoffe dringend notwendig, um die Nachteile der aktuellen Behandlungmöglichkeiten umgehen zu können. Unsere Suche nach neuen Wirkstoffen beinhaltete eine anfängliche Umwidmung eines zugelassenen Arzneistoffes in Verbindung mit einem Phänotyp-basierten Screening. S. Niedermeier entdeckte neue aktive Verbindungen, die sich von handelsüblichen Fluorchinolonen ableiteteten. Die vielversprechenste Substanz wurde von G. Hiltensperger zum Chinolonamid GHQ168 (IC50 = 0.047 µM) weiter optimiert. Diese Arbeit befasst sich mit neuen Erkenntnissen zur Struktur-Wirkungs Beziehung der Chinolonamiden und mit der Verbesserung der Leitsubstanz. Besondere Berücksichtigung fanden dabei die Fluor-Substitutionen an den Chinolonamiden. Es sollte untersucht werden, inwiefern gewisse Fluorsubstitutionsmuster die antitrypanosomale Wirkung, physiko-chemische Eigenschaften und Pharmakokinetik beeinflussen („Fluor Walk“). Außerdem sollte ermittelt werden, ob diese Substanzklasse die Blut-Hirn-Schranke überwinden kann. Dieses Merkmal muss unabdingbar vorhanden sein, um die Afrikanische Schlafkrankheit in Stufe II potentiell behandeln zu können. Das Gould-Jacobs-Verfahren wurde hauptsächlich für die Synthese des Chinolongrundgerüstes angewandt. Da sich die vorausgegangene Analyse der Struktur-Wirkungs Beziehungen vornehmlich auf das Variieren der Substitutenten in den Positionen 1, 3 und 7 konzentrierte, wurden in dieser Arbeit Chinolone (2a-i) mit diversen Substitutionsmustern in den Positionen 5, 6, 7 und 8 synthetisiert. Die erhaltenen Chinolonamide wurden auf ihre antitrypanosomale Aktivität untersucht. Voluminöse Reste in der Position C-5 verursachten verringerte Aktivitäten (Verbindungen 13, 16 and 18), d.h. nur kleine Reste waren hinnehmbar. Vor allem ein Fluor-Atom in Position 5 wirkte sich günstig auf die antitrypanosomale Wirkung aus, was mit Verbindungen 6 (IC50 = 0.05 µM), 8 (IC50 = 0.04 µM), und 24 (IC50 = 0.02 µM) gezeigt werden konnte. Des Weiteren reduzierte sich die zytotoxische Wirkung (CC50 >100 µM, SI = >2000 für 6), wenn sich das Fluor-Atom nur in Position 5 des Chinolongrundgerüsts befindet. Deshalb wurden die Chinolonamide mit Fluor in Position 5 gegenüber GHQ168 als überlegen erachtet. In Bezug auf Position 6 zeigen die Reste (z. B. H in 9, OCH3 in 10, CF3 in 12), mit Ausnahme des Fluor-Atoms, eine verringerte Aktivität gegenüber Trypanosoma brucei brucei. Eine zweifache Fluorsubstitution in C-6 und C-8 war nicht vorteilhaft (IC50 = 0.06 µM für 7) und ein einfaches Fluor-Atom in C-8 zeigte einen negativen Effekt (IC50 = 0.79 µM für 5). Der logP Wert wird als Surrogatparameter der Lipophilie betrachtet und wirkt sich somit auf Permeabilität- und Löslichkeitsprozesse aus. Insbesondere das Fluor-Atom beeinflusst die Lipophilie durch vielfältige Effekte: die Lipophilie wird durch zusätzliche Fluor-Atome am Aromaten erhöht (7, 23), beziehungsweise durch Fluor-Atome an einer Alkylkette verringert (49). Zusätzlich konnte für die 5-fluoro-substituierten Chinolonamide (6, 8, 24) der paradoxe Effekt gezeigt werden, dass die Lipophilie verringert wird, sobald ein aromatischer Fluorsubstituent in unmittelbarer Nähe zu einer Carbonylgruppe steht. Für die vielversprechensten Wirkstoffkandidaten 6, 23 und 24 wurden die jeweiligen Metabolite und der metabolische Umsatz von C. Erk untersucht. Im Vergleich zu GHQ168 wurde einer Hydroxylierung des Benzylamid-Restes durch eine para-Fluor-Substitution vorgebeugt. Dadurch wurde die Halbwertszeit der Verbindung 23 verlängert (t1/2 = 6.4 h) und eine N-Desalkylierung war der vorrangige Abbauweg. Außerdem wirkte sich das entsprechende Fluorsubstitutionsmuster auf den Metabolismus von Substanz 6 aus. Das 5-fluoro-substitutierte Chinolonamid war weniger anfällig für Biotransformationen (t1/2 = 7.2 h) und die Halbwertszeit konnte für die Substanz 24 sogar noch weiter verlängert werden (t1/2 = 7.7 h). Aufgrund des geeigneten Sicherheitsprofils der Verbindung 6, wurde für diesen Wirkstoffkandidaten eine In-vivo-Studie in Betracht gezogen. Die schlechte Wasserlöslichkeit machte jedoch eine direkte intraperitoneale Gabe unpraktikabel. Deshalb wurde durch Sprühtrocknung der Verbindung 6, gemäß der früheren Vorgehensweise, eine „amorphous solid dispersion“ erzeugt. Die benötigte Löslichkeit für die vorausberechnete In-vivo-Studie wurde dabei leider nicht erreicht. Darüber hinaus wurde die Substanzklasse der Chinolonamide hinsichtlich ihrer Fähigkeit, ins Gehirn zu gelangen, untersucht. Dazu wurde die Methansulfonyl-Vorstufe 48 in der Gruppe von Prof. Dr. Samnick (Institut für Nuklearmedizin, Universitätsklink Würzburg) synthetisiert und mit [18F]Fluor markiert. Die markierte Verbindung [18F]49 wurde anschließend in Mäuse injiziert und dessen Verteilung im Körper mittels Positronen-Emissions-Tomographie, beziehungsweise mittels Autoradiographie analysiert. Die Autoradiographie der Mäusegehirne zeigte mittlere bis hohe Konzentrationen von [18F]49. Demnach sind die Chinolonamide generell dafür geeignet, die Afrikanische Schlafkrankheit in Stufe II zu behandeln. Ein “Scaffold Hopping”-Ansatz wurde für die Chinolonamide angestrebt und ergab schließlich die Substanzklasse der Pyrazolochinolin-3-one. Die intramolekulare Wasserstoffbrückenbindung zwischen dem sek. Amid und der Carbonylgruppe in C-4 wurde durch eine kovalente Bindung ersetzt. Die beiden Substanzklassen waren im Ansatz, bezogen auf ihre antitrypanosomale Wirkung, miteinander vergleichbar (IC50 = 7.9 µM (EK02) vs. 6.37 µM (53a)). Dennoch konnte eine abschließende Bewertung aufgrund mangelnder Löslichkeit nicht stattfinden.

The aim of this work was the selective functionalisation of tribenzotriquinacene (TBTQ) in order to extend the aromatic system and tune the electronic properties. The synthesised molecules could be starting materials for a model system of a defective graphene fragment. The “triple cyclisation pathway” by Hopf et al. was adapted and fluorinated tribenzotriquinacenes were synthesised for the first time. Phenanthrene groups were also introduced in other model systems and the crystal structures of phenanthrene functionalised TBTQs were compared with the parent molecules. In addition, the arrangement of TBTQ and centro methyl functionalised TBTQ was investigated on a Ag(111) surface for the first time using scanning transmission microscopy (STM). Different arrangements were observed, depending on the coverage of the surface. The insights gained about the interaction between TBTQs as well as their synthesis provide a foundation for further work and potential applications as components in organic electronic devices. / Das Ziel diese Arbeit war die gezielte Funktionalisierung von Tribenzotriquinacen (TBTQ), um dessen aromatisches System zu erweitern und die elekronischen Eigenschaften zu verändern. Diese Zielmoleküle könnten sich als Ausgangsmoleküle für ein Modellsystem für ein gewölbtes Graphenfragment eignen. Die „dreifache Cyclisierungsroute“ von Hopf et al. wurde hierfür adaptiert und es wurden erstmals fluorierte Tribenzotriquinacene synthetisiert. In anderen Modellsystemen wurden Phenanthren-Einheiten eingeführt und die Kristallstrukturen mit dem TBTQ-Stammsystem verglichen. Zusätzlich wurde die Anordnung von TBTQ und centro-methyliertem TBTQ zum ersten Mal auf eine Ag(111)-Oberfläche mittels Rastertunnelmikroskopie (STM) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass neben der zentralen Methylgruppe auch der Grad der Oberflächenabdeckung unterschiedliche Anordnung der Moleküle auf der Oberfläche zur Folge hatte. Die aus dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse über die Wechselwirkungen zwischen TBTQs sowie deren Synthese dienen als Grundlage für weitere Arbeiten und potenzielle organische Bausteine für elektronische Anwendungen.

The research presented in this thesis illustrates that self-assembly of organic molecules guided by intermolecular forces is a versatile bottom-up approach towards functional materials. Through the specific design of the monomers, supramolecular architectures with distinct spatial arrangement of the individual building blocks can be realized. Particularly intriguing materials can be achieved when applying the supramolecular approach to molecules forming liquid-crystalline phases as these arrange in ordered, yet mobile structures. Therefore, they exhibit anisotropic properties on a macroscopic level. It is pivotal to precisely control the interchromophoric arrangement as functions originate in the complex structures that are formed upon self-assembly. Consequently, the aim of this thesis was the synthesis and characterization of liquid-crystalline phases with defined supramolecular arrangements as well as the investigation of the structure-property relationship. For this purpose, perylene bisimide and diketopyrrolopyrrole chromophores were used as they constitute ideal building blocks towards functional supramolecular materials due to their thermal stability, lightfastness, as well as excellent optical and electronic features desirable for the application in, e.g., organic electronics. / Mithilfe von Gestaltungsprinzipien der supramolekularen Chemie können komplexe Strukturen realisiert werden, die mit Ansätzen der kovalenten Chemie nicht erreichbar sind. Ein zentraler Aspekt ist hierbei der systematische Aufbau der Monomereinheiten, welche unter geeigneten Bedingungen über intermolekulare Wechselwirkungen selbstassemblieren und Architekturen mit spezifischer räumlicher Anordnung der einzelnen Bauelemente formen. Flüssigkristalline Materialien zeigen zusätzlich zu positioneller und Orientierungsfernordnung der Moleküle, welche anisotrope Eigenschaften auf makroskopischer Ebene erzeugen, eine gewisse Mobilität. Daher können durch Kombination des supramolekularen Ansatzes mit Flüssigkristallen besonders interessante Materialien erzeugt werden. Da die spezische Anordnung der Moleküle die Funktion des selbstassemblierten Materials stark beeinflusst, ist es von großer Bedeutung, diese exakt kontrollieren zu können. Daher war es Ziel dieser Arbeit, flüssigkristalline Phasen mit einer definierten supramolekularen Struktur zu synthetisieren und zu charakterisieren. Weiterhin war es ein Ziel, diese auf ihre funktionellen Eigenschaften zu untersuchen, die aus der spezifischen Anordnung der Monomereinheiten hervorgehen. Für diesen Zweck wurden Perylenbisimid- und Diketopyrrolopyrrolfarbstoffe als Baueinheiten verwendet, da diese aufgrund ihrer Licht- und Hitzestabilität sowie exzellenten optischen und elektronischen Eigenschaften ideale Materialien für die Anwendung in der organischen Elektronik darstellen.