Für Dihydropyrene ist die 6 pi Elektrozyklisierung für gewöhnlich schnell, wohingegen die Cycloreversion durch eine Aktivierungsbarriere im angeregten Zustand ineffizient wird. Die Substitution mit Donor- und Akzeptorgruppen erzeugt ein „push-pull“ System, welches eine bathochrome Verschiebung der Absorption in den tief roten Bereich (730 nm onset) zur Folge hat. Das „push-pull” System polarisiert den Dihydropyrenkern, was ein Absenken der Aktivierungsbarriere im angeregten Zustand zur Folge hat und in einer erhöhten Quantenausbeute resultiert. Es wird weiter gezeigt, wie dies in nicht-permanenter Art und Weise durch Katalyse vollzogen werden kann, indem eine protonierte Spezies mit einer geringeren Aktivierungsbarriere im angeregten Zustand gebildet wird. Da Dihydropyrene im sichtbaren Bereich absorbieren und im Allgemeinen als T-Typ negativ photochrom betrachtet werden, ist ein Schalten ohne die Verwendung von UV Licht möglich. Für die Substanzklasse der Azobenzole wird ein neuer aromatischer Substituent anstelle eines der Phenylreste untersucht. Die Bandenseparation von bis zu 80 nm erlaubt hohe photostationäre Zustände von ≈ 90 % für beide Richtungen. Die hohen Extinktionskoeffizienten von ≈ 20000 L mol 1cm 1 für das E Isomer, führen zu einer gesteigerten Absorption im Vergleich zu herkömmlichen Azobenzolen. Weiterhin kann die Löslichkeit der Verbindungen, durch die Wahl des Gegenions moduliert werden, was es ermöglicht in Tetrahydrofuran, Acetonitril, Wasser, sowie einer ionischen Flüssigkeit zu schalten. Mit höherer Polarität des Lösungsmittels wird die Absorptionsbande des E Isomers zu längeren Wellenlängen hin verschoben und die thermischen Rückreaktion beschleunigt. Die thermische Halbwertzeit der Rückreaktion kann zwischen 3 min und 13 h bei 25 °C eingestellt werden. Ebenso wurde auch das Schaltverhalten einer Azoniumspezies untersucht und eine erstaunlich lange thermische Halbwertzeit von > 2 min beobachtet. / For the dihydropyrene system 6 pi electrocyclization is usually fast, while the cycloreversion is inefficient, due to an activation barrier in the excited state. It is shown, how substitution with donor and acceptor moieties creates a push-pull system, causing a bathochromic shift of the absorption spectrum to the far red (730 nm onset). The push-pull system induces a dipole in the dihydropyrene, which lowers its excited state activation barrier and therefore increases the quantum yield of the cycloreversion. Further it is shown, how this can be performed in a catalytic fashion, where protonation leads to a species with a lower barrier in the excited state. As dihydropyrenes absorb in the visible and are considered as T-type negative photochromic, they can be switched without the use of UV-light. In case of the azobenzene class, a new aromatic substitute for one of the benzene rings is investigated and shows superior switching properties. Band separation of up to 80 nm is shown, along with high photostationary states ≈ 90% favoring each of the two switching directions. Interestingly, the extinction coefficient especially of the E isomer increases to ≈ 20000 L mol-1cm-1, dramatically enhancing the absorptivity compared to normal azobenzenes. Furthermore, the solubility can be tuned by proper choice of the cation, which is used to investigate solvent effects in nonpolar, polar, and protic (water) solvents as well as in an ionic liquid. With increasing polarity, the absorbance of the E isomer is shifted to longer wavelengths, which is accompanied by a reduced thermal half-life. The half-life of the thermal reverse reaction can be tuned from 3 min to 13 h at ambient temperature. As one of the derivatives is easily protonated, switching of the corresponding azonium species has also been investigated and an astoundingly long thermal half-life of > 2 min at room temperature has been observed.

In dieser Arbeit wurden zwei Klassen von analog-sensitiven (AS) Kinaseinhibitoren, welche wichtige pharmakologische Instrumente für die Untersuchung von Signalwegen darstellen, durch den Einbau von lichtempfindlichen Komponenten in ihre Struktur photoschaltbar gemacht. Die Einführung eines Cyclohexa-1,3-diens anstelle des zentralen Benzolrings im Staralog-Grundgerüst ermöglicht eine reversible 6π Elektrozyklisierung analog zu Diarylethenen (DAEs). Nach der Entwicklung eines Synthesewegs führte die iterative Verbesserung des strukturellen Designs schließlich zu einer Reihe von Photoschaltern, die in reinem Wasser bestrahlt werden können. Eine detaillierte Untersuchung des photochemischen Verhaltens ergab effizientes Schalten für beide Bestrahlungsprozesse, was auf hohe Quantenausbeuten und eine ausreichende Bandenseparation zwischen beiden Isomeren zurückzuführen ist. Die vorgestellte Studie demonstriert das Potenzial von DAE-basierten Kinaseinhibitoren und stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, um die momentanen Einschränkungen anderer Photoschalterklassen zu überwinden. Um die katalytische Aktivität von TgCDPK1 zu kontrollieren, wurden auf Grundlage des 5-Aminopyrazol-4-carboxamid Gerüsts photoschaltbare Kinaseinhibitoren entwickelt, die auf einer lichtinduzierten E/Z Isomerisierung eines Arylazopyrazols basieren. Aus einer Bibliothek von synthetisierten Inhibitoren wurden die effektivsten Derivate identifiziert, die ein optimales Verhältnis zwischen guten photochemischen Eigenschaften und Affinität gegenüber der Kinase aufweisen. Tatsächlich konnte so eine reversible Kontrolle der katalytischen Aktivität von TgCDPK1 durch die Anwendung von Licht verschiedener Wellenlängen erreicht werden. Es wurde gezeigt, dass die Wirksamkeit dieser Inhibitoren stark mit der Größe des Gatekeeper-Rests korreliert, was die Möglichkeit einer universellen Anwendung dieses Konzepts für die selektive lichtinduzierte Kontrolle von AS Kinasen in der Zukunft eröffnet. / In this work two general classes of analog-sensitive (AS) kinase inhibitors, which constitute pharmacological key elements for studying kinase-mediated signaling pathways, were rendered photoresponsive by implementing two photoswitchable moieties into the scaffold of their corresponding parent inhibitors. Photoswitchability was introduced to the staralog inhibitor scaffold by implementing a cyclohexa-1,3-diene capable of undergoing 6πelectrocyclization analog to diarylethenes (DAEs). A robust synthetic route was established, and iterative improvement of the structural design eventually led to a set of photoswitches which can be readily operated in pure water. In depth investigation of the photochemical behavior revealed high quantum yields for both processes resulting in efficient photoswitching and sufficient band separation between both isomers. This investigation illustrates the potential of DAE-based kinase inhibitors and presents an attractive strategy to address current limitations of other photoswitch classes and currently employed DAE motifs. Furthermore, photoswitchable kinase inhibitors based on the 5-aminopyrazolo-4-carboxamide (PCA) scaffold were used to control the catalytic activity of TgCDPK1 utilizing light-induced structural changes of an arylazopyrazole. Within a library of synthesized small molecule inhibitors, the best candidates exhibiting an optimal balance between good photochemical properties and target affinity were identified. A substantial difference in IC50 values was achieved between both photostationary states and consequently, the catalytic activity of TgCDPK1 was controlled effectively in a reversible fashion by applying light of different wavelengths. The potency of these inhibitors strongly correlates with the size of the gatekeeper residue, highlighting the potential of these photoswitchable inhibitors for the selective light-induced control over AS kinases in the future.

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