Köln, Universiẗat, Diss., 2002.

Over the past decade, substantial progress has been made in synthesizing atomically precise carbon nanostructures, with a focus on graphene nanoribbons (NRs) through advanced synthetic techniques. Despite these advancements, precise control over the stereochemistry of twisted NRs remains challenging. This thesis introduces a strategic approach to achieve absolute control over the single-handed helical conformation in a cove-edged NR, utilizing enantiopure [n]helicenes as a molecular wrench to intricately dictate the overall conformation of the NR. Enantiopure [7]helicenes were stitched to the terminal K-regions of a conjugated pyrene NR using a stereospecific and site-selective palladium(II)-catalyzed annulative π-extension (APEX) reaction, resulting in a helically twisted NR with an end-to-end twist of 171°, the second-largest twist reported so far in the literature for twistacenes. The helical end-to-end twist increases with each addition of benzene ring to the central acene core, suggesting that the extra strain induced by the terminal [7]helicenes maintains such a high level of twist. The quantum chemical calculations were conducted to investigate the impact of twisting on the conformational population. At room temperature, the central backbone of the nanoribbon adopts the twisted helicity opposite to that of the attached [7]helicene, constituting around 99% of the molecular population. For instance, (P)-[7]helicenes produce a left-handed helical nanoribbon, while (M)-[7]helicenes produce a right-handed helical nanoribbon. In the presence of helicenes of opposite chirality, the nanoribbon adopts a waggling conformation. The helically twisted nanoribbons are conformationally robust, as variable temperature chiroptical measurements showed no change in CD and CPL spectra. The proposed strategy, involving the late-stage addition of [n]helicene units through the APEX reaction, appears promising for streamlining the synthesis of diverse cove edge NR variants with desired conformations. In addition to single-handed helically twisted nanoribbons, the symmetry-based functional properties of C2 and C1 symmetric pyrene-fused single and double [n]helicene compounds were studied. Owing to its higher structural rigidity, the C1 symmetric heptagonal ring-containing molecules exhibited exceptional configurational stability along with remarkable chiroptical properties compared to their C2 symmetric as well as pristine helicene congeners. / In den letzten zehn Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der Synthese von atomar präzisen Kohlenstoffnanostrukturen erzielt, bei denen der Schwerpunkt durch verbesserte synthetische Methoden auf Graphen-Nanoribbons (NRs) lag. Trotz dieser Fortschritte bleibt die Kontrolle über die Stereochemie verdrehter NRs eine Herausforderung. Diese Dissertation stellt einen strategischen Ansatz vor, um absolute Kontrolle über die einhändig-helikale Konformation in einem cove-edged NR zu erreichen. Dabei werden enantiomerenreine [n]Helicene als molekulare Werkzeuge verwendet, um die Gesamtkonformation des NR präzise zu steuern. Enantiomerenreine [7]Helicene wurden mittels einer stereospezifischen und ortsselektiven Palladium(II)-katalysierten annulativen π-Erweiterungsreaktion (APEX) an die terminalen K-Regionen eines konjugierten Pyren-NR gebunden. Dies führte zu einem helikal-verdrehten NR mit einer End-zu-End-Windung von 171°, der zweithöchsten bisher in der Literatur für Twistacene berichteten Windung. Die helikale End-zu-End-Windung nimmt mit jeder Erweiterung um einen Benzolring zum zentralen Acenekern zu, was darauf hindeutet, dass die durch die terminalen [7]Helicene induzierte zusätzliche Spannung ein solch hohes Maß an Windung aufrechterhält. Quantenchemischen Berechnungen wurden durchgeführt, um den Einfluss der Verdrehung auf die konformationelle Population zu untersuchen. Bei Raumtemperatur nimmt das zentrale Rückgrat des Nanoribbons die entgegengesetzte Helizität zu der der angefügten [7]Helicene an, was etwa 99 % der molekularen Population ausmacht. Beispielsweise erzeugen (P)-[7]Helicene ein linkshändig-helikales Nanoribbon, während (M)-[7]Helicene ein rechtshändig-helikales Nanoribbon erzeugen. In Gegenwart von Helicenen entgegengesetzter Chiralität nimmt das Nanoribbon eine waggling-Konformation an. Die helikal-verdrehten Nanoribbons sbesitzen eine robuste Konformation, da chiroptische Messungen bei variablen Temperaturen keine Veränderung in den CD- und CPL-Spektren zeigten. Der vorgeschlagene Ansatz, der die Erweiterung durch [n]Helicen-Einheiten mithilfe der APEX-Reaktion umfasst, scheint vielversprechend für die Vereinfachung der Synthese verschiedener cove-edged NR-Varianten mit gewünschten Konformationen. Neben einhändig helikal-verdrehten Nanoribbons wurden die symmetriebasierten funktionellen Eigenschaften von C2- und C1-symmetrischen Pyren-gebundenen Einzel- und Doppel-[n]Helicenverbindungen untersucht. Aufgrund ihrer höheren strukturellen Rigidität zeigten die C1-symmetrischen heptagonalen Ringverbindungen außergewöhnliche hohe Konfigurationsstabilität sowie bemerkenswerte chiroptische Eigenschaften im Vergleich zu ihren C2-symmetrischen sowie reinen Helicen-Kongeneren.

Pyrene is a polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) that has very interesting photophysical properties which make it suitable for a broad range of applications. The 2,7-positions of pyrene are situated on nodal planes in both the HOMO and LUMO. Hence, electrophilic reactions take place at the 1-, 3-, 6-, and 8-positions. The goal of this project was to develop novel pyrene derivatives substituted at the 2- and 2,7-positions, with very strong donors or/and acceptors, to achieve unprecedented properties and to provide a deeper understanding of how to control the excited states and redox properties. For that reason, a julolidine-type moiety was chosen as a very strong donor, giving D-π and D-π-D systems and, with Bmes2 as a very strong acceptor, D-π-A system. These compounds exhibit unusual photophysical properties such as emission in the green region of the electromagnetic spectrum in hexane, whereas all other previously reported pyrene derivatives substituted at the 2,7-positions show blue luminescence. Furthermore, spectroelectrochemical measurements suggest very strong coupling between the substituents at the 2,7-positions of pyrene in the D-π-D system. Theoretical studies show that these properties result from the very strong julolidine-type donor and Bmes2 acceptor coupling efficiently to the pyrene HOMO-1 and LUMO+1, respectively. Destabilization of the former and stabilization of the latter lead to an orbital shuffle between HOMO and HOMO 1, and LUMO and LUMO+1 of pyrene. Consequently, the S1 state changes its nature sufficiently enough to gain higher oscillator strength, and the photophysical and electrochemical properties are then greatly influenced by the substituents. In another project, further derivatives were synthesized with additional acceptor moieties at the K-region of pyrene. These target derivatives exhibit strong bathochromically shifted absorption maxima (519-658 nm), which is a result of the outstanding charge transfer character introduced into the D-π-D pyrene system through the additional acceptor moiety at the K-region. Moreover, emission in the red to NIR region with an emission maximum at 700 nm in CH2Cl2 is detected. The excited state lives unusual long for K-region substituted pyrenes; however, such a lifetime is rather typical for 2,7-substituted pyrene derivatives. The polycyclic aromatic hydrocarbon perylene, especially perylene diimide, has received considerable attention in recent years and has found use in numerous applications such as dyes, pigments and semiconductors. Nevertheless, it is of fundamental importance to understand how to modulate the electronic and photophysical properties of perylene depending on the specific desired application. Perylenes without carboxyimide groups at the peri positions are much less well studied due to the difficulties in functionalizing the perylene core directly. In particular, only ortho heteroatom substituted perylenes have not been reported thus far (exception: (Bpin)4-Per was already reported by Marder and co-workers). Thus, the effect of substituents on the ortho positions of the perylene core has not been investigated. Two perylene derivatives were synthesized that bear four strong diphenylamine donor or strong Bmes2 acceptor moieties at the ortho positions. These compounds represent the first examples of perylenes substituted only at the ortho positions with donors or acceptors. The investigations show that the photophysical and electronic properties of these derivatives are unique and different compared to the well-studied perylene diimides. Thus, up to four reversible reductions or oxidations are possible, which is unprecedented for monomeric perylenes. Furthermore, the photophysical properties of these two ortho-substituted derivatives are unusual compared to reported perylenes on many regards. Thus, large Stokes shifts are obtained, and the singlet excited state of these derivatives lives remarkably long with intrinsic lifetimes of up to 94 ns. In a cooperation with Dr. Gerard P. McGlacken at University College Cork in Ireland, different quinolones were borylated using an iridium catalyst system to study the electronic and steric effect of the substrates. It was possible to demonstrate that the Ir-catalyzed borylation with the dtbpy ligand allows the direct borylation of various 4-quinolones at the 6- and 7-positions. Thus, later stage functionalization is possible with this method and more highly functionalized quinolones are also compatible with this mild reaction conditions. / Pyren ist ein polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff (PAK) mit sehr interessanten photophysikalischen Eigenschaften, der sich daher für ein breites Anwendungsspektrum eignet. Die 2,7-Positionen von Pyren befinden sich sowohl im HOMO als auch im LUMO auf Knotenebenen. Daher finden elektrophile Reaktionen an den 1-, 3-, 6- und 8-Positionen statt. Das Ziel dieses Projekts war die Entwicklung neuer Pyrenderivate, die an den 2- und 2,7-Positionen substituiert sind und sehr starke Donoren oder / und Akzeptoren aufweisen, um beispiellose Eigenschaften zu erzielen und ein tiefgreifenderes Verständnis für die Steuerung der angeregten Zustände und Redoxzustände zu erhalten. Aus diesem Grund wurde die Julolidin-Einheit als sehr starker Donor gewählt um D-π und D-π-D -Systeme zu entwickeln und mit Bmes2 als sehr starker Akzeptor wurde ein D-π-A System entwickelt. Diese Verbindungen zeigen ungewöhnliche photophysikalische Eigenschaften wie die Emission im grünen Bereich des elektromagnetischen Spektrums in Hexan, während alle anderen zuvor beschriebenen Pyrenderivate, die an den 2,7-Positionen substituiert sind, blaue Lumineszenz zeigen. Darüber hinaus legen spektroelektrochemische Messungen eine unerwartet starke Kopplung zwischen den Substituenten an den 2,7-Positionen von Pyren im D-π-D-System nahe. Theoretische Studien zeigen, dass diese Eigenschaften aus der sehr starken Kopplung zwischen dem Julolidin-Donor und Bmes2-Akzeptor mit dem Pyren HOMO-1 bzw. LUMO + 1 resultieren. Die Destabilisierung des Ersteren und die Stabilisierung des Letzteren führen zu einem Orbital-Shuffle zwischen HOMO und HOMO-1 und LUMO und LUMO+1 von Pyren. Folglich ändert der S1-Zustand seinen Charakter ausreichend, um eine höhere Oszillatorstärke zu erzielen. Die photophysikalischen und elektrochemischen Eigenschaften werden damit stark von den Substituenten beeinflusst. In einem weiteren Projekt wurden weitere Derivate mit zusätzlichen Akzeptoreinheiten in der K-Region von Pyren synthetisiert. Alle Zielderivate weisen starke bathochrom verschobene Absorptionsmaxima (519-658 nm) auf, was auf den hervorragenden Ladungstransfercharakter zurückzuführen ist, der durch die zusätzliche Akzeptoreinheit in der K-Region in das D-π-D-Pyrensystem eingeführt wurde. Emission im Rot-NIR-Bereich mit einem Emissionsmaximum bei 700 nm in CH2Cl2 wurde sogar detektiert. Der angeregte Zustand ist ungewöhnlich langlebig für K-substituierte Pyrene, diese sind jedoch typisch für 2,7-substituierte Pyrenderivate. Der polycyclische aromatische Kohlenwasserstoff Perylen, insbesondere Perylendiimid, erlangte in den letzten Jahren beträchtliche Aufmerksamkeit und fand Verwendung in zahlreichen Anwendungen wie Farbstoffen, Pigmenten oder Halbleitern. Dennoch ist es von grundlegender Bedeutung zu verstehen, wie die elektronischen und photophysikalischen Eigenschaften von Perylen in Abhängigkeit von der spezifischen gewünschten Anwendung moduliert werden können. Perylene ohne Carboxyimidgruppen an den Peripositionen sind aufgrund der Schwierigkeiten bei der direkten Funktionalisierung des Perylenkerns bislang kaum untersucht worden. Ziel dieses Projektes war es den bisher unbekannten Einfluss von Substituenten auf die ortho-Positionen des Perylenkerns zu untersuchen. Es wurden zwei Perylenderivate synthetisiert, die an den ortho-Positionen vier starke Diphenylamin-Donor oder vier starke Bmes2-Akzeptor-Einheiten aufweisen. Diese Verbindungen stellen die ersten Beispiele für Perylene dar, die nur an den ortho-Positionen mit Donoren oder Akzeptoren substituiert sind. Die Untersuchungen zeigen, dass die photophysikalischen und elektronischen Eigenschaften dieser Derivate im Vergleich zu den gut untersuchten Perylendiimiden einzigartig sind. Somit sind bis zu vier reversible Reduktionen oder Oxidationen dieser Verbindungen möglich, was für monomere Perylene bisher beispiellos ist. Darüber hinaus sind die photophysikalischen Eigenschaften dieser beiden ortho-substituierten Derivate in vielerlei Hinsicht ungewöhnlich im Vergleich zu den bekannten Perylenen. Durch Substitution an den ortho-Positionen werden große Stokes-Verschiebungen erhalten und der Singulett-angeregte Zustand unserer Derivate ist mit intrinsischen Lebensdauern von bis zu 94 ns bemerkenswert lang. In Zusammenarbeit mit Dr. Gerard P. McGlacken vom University College Cork in Irland wurden verschiedene Quinolone mittels eines Iridium-Katalysatorsystems boryliert, um die elektronische und sterische Kontrolle der Substrate zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass die Ir-katalysierte Borylierung mit dem dtbpy-Liganden die direkte Borylierung verschiedener 4-Quinolone in 6- und 7-Position ermöglicht. Somit ist mit dieser Methode eine spätere Funktionalisierung möglich, und höher funktionalisierte Quinolone sind mit diesen milden Reaktionsbedingungen auch kompatibel.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous contaminants entering the environment from both natural and anthropogenic sources. The main anthropogenic sources are processes for the production of electricity and thermal energy, waste incineration, road traffic and motor vehicles, aircraft, boats, steam and diesel-electric locomotives and some industrial technologies. Besides these main sources there are still a number of others, less important, e.g. working with hot tar, asphalt pavement wear and tire during vehicle operation, coking plants, plants for processing of oil and some metals plants. An indispensable source in the cities as domestic solid fuel burning furnaces. Although Hradec Králové do not belong to the cities with extreme levels of contaminants in the air, according to the Czech Hydrometeorological Institute, the levels of benzo(a)pyrene in the case of annual average concentrations exceeding the maximum allowable concentrations occurred here in 2013. While air quality is monitored regularly, the PAHs contents in soils and vegetation are not so. In our simple single experiment, we decided to assess the level of contamination of soil PAHs in the land of Hradec Kralove. It was collected 86 soil samples, in which were determined contents of 16 PAHs. Further, mushroom fruit samples that were found in the individual sampling points were analyzed. The results showed large variability of PAHs content in the city, but did not indicate significant levels of contamination. The sum of all the determined PAU does not exceed the permissible value of the contents of these elements in soils. However, in several cases exceeding the maximum allowable content in soils with different PAHs, especially fluoranthene, anthracene and chrysene. Linear correlation analysis showed that the levels of all monitored PAHs are close correlations, which indicates that the entire spectre of PAHs in this case always originates from the same source. The PAH contents in mushrooms were in most cases below the detection limit of the determination, only rarely the detectable contents of individual PAHs were found (Cylocybe gambosa, Agaricus arvensis). We can speculate about the limited ability of fungi to accumulate PAHs or their ability to degrade these substances.

Frankfurt (Main), Universiẗat, Diss., 2007.

Zugl.: Regensburg, Univ., Diss., 2008

Ellipticine, an alkaloid isolated from Apocynaceae plants, exhibits significant antitumor and HIV activities. Ellipticine is a pro-drug, whose pharmacological and genotoxic effects depend on activation by cytochromes P450 (CYP) and peroxidases (Px) to a reactive species generating DNA adducts. To elucidate contribution of CYPs (and which of them) and Px to ellipticine activation, we used rat and mouse models, mice with deleted gene of NADPH:CYP reductase in the liver, thus absenting this enzyme in the liver (HRNTM ) and a control mouse line (WT), rats treated with ellipticine, and microsomal systems isolated from the liver of mouse lines and from the liver, kidney and lung of rats. The purified enzymes, CYP1A1 and 3A4, reconstituted with NADPH:CYP reductase were also used. The effect of cytochrome b5, a facultative component of the mixed function monooxygenase system, on ellipticine oxidation by CYP1A1 and 3A4 was also investigated. Carcinogenic benzo(a)pyrene (BaP), known to covalently bind to DNA after its activation with CYPs, was investigated for its potential to generate DNA adducts and to induce CYP and NADPH:CYP reductase enzymes in mouse livers. We investigated an influence of each of components of the mixed function oxidases (MFO) system on metabolism of BaP. CYP1A1 is widely accepted to be the...

München, Techn. Univ., Diss., 2004.

The dissertation thesis deals with study of advanced steady-state and time-resolved fluorescence techniques, which can be used for study of micellar systems properties. Selected fluorescence techniques were used for characterization of Septonex and CTAB cationic micellar systems and theirs interactions with hyaluronan. Fluorescent probe pyrene was used for determination of critical micelle concentration (CMC) and micellar aggregation number of these surfactants. The changes of fluorescence behaviour of fluorescein and prodan were studied in wide concentration range of Septonex. Next chapter of thesis deals with study of Förster resonance energy transfer between perylene and fluorescein in Septonex and CTAB micellar solutions and the effect of hyaluronan addition to these systems. Also steady-state and time-resolved fluorescence anisotropy studies were used for research of the effect of hyaluronan addition to micellar solutions. The last chapter of this thesis is focused on photophysical behaviour of Prodan in different solutions (water, Septonex solutions below CMC, hyaluronan solution, Septonex micellar solution and Septonex micellar solution with hyaluronan), which was discussed on the basis of time-resolved emission spectra.

The effect of native hyaluronan addition on CMC of excluded surfactants (Tween 20, BETADET THC 2, SDS, CTAT a CTAB) in physiological solution (0,15 M NaCl) has been investigated by fluoresence spectroscopy with Pyrene and Nile red as probes. The greatest influence on CMC has been observed in systems with cationic surfactant. System of cetyltrimethylamonnium bromid has been closely studied. Solubilization experiments with a hydrophobic dye Sudan red has been realized and aggregation number of this system has been determinated via fluorescence quenching with cetylpyridinium chloride as quencher and Pyrene as fluorescence probe. Addition of hyaluronan (native or hydrophobicaly modified) reduces aggregation number of system.