Synthese, Struktur und Bindungseigenschaften neuer Ionophore

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	15 January 2003
Referee:	Burkhard König
Date of exam:	20 December 2001
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institut für Organische Chemie > Lehrstuhl Prof. Dr. Burkhard König
Keywords:	Nitrate , Ionophore , Makrocyclus , kompetitiver Transport , ionenselektive Elektrode , macrocycle , kompetitive transport , ion selective electrode
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 540 Chemistry & allied sciences
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	10071

Abstract (German)

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese neuer Ionophore und die Bestimmung ihrer Bindungseigenschaften. Für die Suche nach neuen selektiven Bindungsmotiven wurden dabei zwei Ansätze verfolgt. Diese sind zum einen das rationale Moleküldesign und zum anderen Testverfahren mit effizienten Untersuchungsmethoden. Im ersten Ansatz wird zunächst über quantenchemische Berechnungen ein ...

Abstract (German)

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Synthese neuer Ionophore und die Bestimmung ihrer Bindungseigenschaften. Für die Suche nach neuen selektiven Bindungsmotiven wurden dabei zwei Ansätze verfolgt. Diese sind zum einen das rationale Moleküldesign und zum anderen Testverfahren mit effizienten Untersuchungsmethoden.
Im ersten Ansatz wird zunächst über quantenchemische Berechnungen ein Bindungs-motiv für ein bestimmtes Gastion - in diesem Fall das Nitration - berechnet, eine Ionophor-struktur vorgeschlagen und synthetisiert.
Eine trigonal planare Anordnung von drei Thioharnstoffeinheiten erweist sich durch Rechnungen auf DFT-Niveau für die Bindung des Nitrations als geeignet. Für die entsprechend synthetisierten Makrocyclen kann in DMSO eine formselektive 1:1 Bindung des Nitrations durch 1H NMR-Experimente nachgewiesen werden. Dabei bewirken kleine Änderungen bei der Flexibilität des Ionophors und der Geometrie des Bindungsmotives große Einflüße auf die Bindungskonstante.
Selektivitäten werden durch einem Vergleich der Bindungskonstanten aus 1H NMR-Titrationen gegenüber verschiedenen Anionen abgeschätzt. Sowohl in einer ionenselektiven Membran als auch in einer Sensormembran basierend auf Emulsionen werden zusätzliche Bindungsuntersuchungen durchgeführt.
Ein weiterer Ansatzpunkt für eine effiziente Suche nach neuen selektiven Bindungs-motiven war die Optimierung von Testverfahren für die schnelle Bestimmung von Selektivitätskoeffizienten. In diesem Zusammenhang wurden kompetitive Koextraktions- und Kotransportexperimente für Ionen entwickelt. Diese ermöglichen es, Selektivitäten in direkter Konkurrenz für mehrere Ionen gleichzeitig in einem Experiment zu bestimmen.
Die Analyse der wäßrigen Zielphase erfolgt für Kationen durch ICP-AES (Inductively Coupled Plasma - Atomemissionsspektrometer). Für die Bestimmung der Anionenkonzentrationen erweist sich die Ionenchromatographie als geeignet.

Translation of the abstract (English)

The goal of this thesis was the synthesis of new ionophores and the investigation of their binding properties. For the search of new binding motives, two approaches were carried out. These are on the one hand the rationale molecule design and on the other hand screening methods with efficient examination methods. In the first approach a binding motive for a specific guest ion - in this case the ...

Translation of the abstract (English)

The goal of this thesis was the synthesis of new ionophores and the investigation of their binding properties. For the search of new binding motives, two approaches were carried out. These are on the one hand the rationale molecule design and on the other hand screening methods with efficient examination methods.
In the first approach a binding motive for a specific guest ion - in this case the nitrate ion - was calculated by quantum chemical design and afterwards a ionophore structure is proposed and synthesized.
A trigonal planar configuration of three thiourea units calculated by design on DFT level proves to be a good candidate for the binding of nitrate ions. For the corresponding synthesized macrocycles a form selective 1:1 binding of the nitrate ion in DMSO can be shown by 1H NMR experiments. Small differences concerning flexibility of the ionophore and geometry of the binding motive show a big influence towards the binding constant.
The comparison of binding constants from 1H NMR titrations towards several different anions selectivities can be evaluated. The binding was additional investigated with ion selective membranes and sensor membranes based on emulsion.
Another approach for an efficient search of new selective binding motives was the optimization of screening methods to allow a fast determination of selectivity coefficients. In this context competitive coextraction and cotransport experiments were developed. These allow to determine selectivities in direct competition for several ions at the same time in one experiment.
The analyse of the aqueous receiving phase can be done for cations with ICP-AES (Inductively Coupled Plasma - atomic emission spectrometry). The ion chromatography is usuful for the determination of anion concentrations.

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