| License: Publishing license for publications excluding print on demand (3MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-158279
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.15827
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 11 October 2010 |
| Referee: | Prof. Dr. Hans-Achim Wagenknecht |
| Date of exam: | 6 July 2010 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institut für Organische Chemie |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | functional π-systems, spiropyran, fluorescent labels, photoswitch, Sonogashira cross-coupling, click reaction, DNA, oligonucleotide, functional nucleoside, covalent labeling, postsynthetic |
| 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: | 15827 |
Abstract (English)
The first part of this dissertation (Chapter 1) describes the improved synthesis of photochromic spirobenzopyrans with use of ultrasonic irradiation. The successful preparation granted access to photoswitches that were equipped with hydroxyl, iodo, ethynyl and azido groups. The functional groups were then devised and differentiated during further progress to serve for the construction of ...
Abstract (English)
The first part of this dissertation (Chapter 1) describes the improved synthesis of photochromic spirobenzopyrans with use of ultrasonic irradiation. The successful preparation granted access to photoswitches that were equipped with hydroxyl, iodo, ethynyl and azido groups. The functional groups were then devised and differentiated during further progress to serve for the construction of functional π-systems and conjugation to biopolymers. The reversibility of the photoswitching was demonstrated for representative compounds, the absorption spectra of the corresponding merocyanines formed by photo-induced ring opening was discussed with respect to different substituents at the benzopyran moiety, and the solvatochromism of a spirobenzopyran that was equipped with a strong electron-withdrawing group was studied.
In the second part of this work (Chapter 2) the synthesis and optical properties of new photochromic dyads were described. The fluorescent building blocks (pyrene, perylene, nile red), bearing an alkyne-functionality, and a spirobenzopyran with an azido group were successfully prepared. CuAAC was used as a facile methodology for the assembly of the molecular dyads through 1,4-regioselective formation of 1,2,3-triazoles. Spectroscopic measurements revealed that by UV irradiation the spirobenzopyran unit of the dyads switch into their corresponding merocyanine form with appearance of its characteristic absorption band in the visible range. The fluorescence quenching was modulated by the formation of the photo-induced merocyanine form and was observed for all three dyads, indicating an energy transfer process from the fluorophore unit to the merocyanine. The efficiency of energy transfer increased from pyrene over perylene to nile red due to the enhanced spectral overlap.
Furthermore, the third part of this work (Chapter 3) reported on the synthesis and incorporation of a spirobenzopyran as an internal modification into oligonucleotides by two different strategies. A new spirobenzopyran building block for oligonucleotide synthesis has been effectually prepared. A useful synthetic prolongation and activation of the spirobenzopyran was introduced and conjugated with an acyclic linker system. The second strategy for incorporation of the spirobenzopyran modification was successfully performed with use of postsynthetic off-bead click ligation. Melting temperature measurements of the modified duplexes displayed significant destabilization compared to unmodified duplexes, albeit photoinduced switching of the chromophore was not observed. Further investigations by time-resolved spectroscopy could bring about clarification on the photoprocesses.
The last part (Chapter 4) reported a novel and dexterous method for in situ azide formation and click conjugation of DNA with fluorescent labels. This approach completes the click repertoire by a complementary access and constitutes an alternative postsynthetic method for the covalent labeling of oligonucleotides on solid support. With use of CuAAC the ethynyl-modified chromophores (perylene, nile red) were conjugated with an azido group that was formed in situ by treatment of presynthesized oligonucleotides incorporating IdU with sodium azide on solid support. Methodically benefits are based on advantages of solid support synthesis and multifaceted implementations of functional π-systems. The characteristic properties of the nile red labeled DNA bearing a triazolyl bridge were studied and compared with a nile red labeled oligonucleotide with an ethynyl bridge. The results clearly display the great potential for the extensive use of this completive approach. Furthermore, in the last chapter the synthesis for new compositions of oligonucleotide building blocks was shown, specifically the synthesis and introduction of a quinolinol moiety into DNA for further purposeful metal-mediated applications as well as the synthesis and optical properties of a photoswitchable nucleoside.
Translation of the abstract (German)
Der erste Teil der Dissertation (Kapitel 1) beschreibt die verbesserte Synthese von photochromen Spirobenzopyranen mittels Ultraschallbestrahlung. Die Methode wurde an Photoschaltern, die mit Hydroxyl-, Iodo-, Ethinyl- und Azid-Gruppen ausgestattet waren, erprobt. Diese zusätzlichen funktionellen Gruppen wurden im Verlauf weiterentwickelt und differenziert für den Aufbau funktioneller π-Systeme ...
Translation of the abstract (German)
Der erste Teil der Dissertation (Kapitel 1) beschreibt die verbesserte Synthese von photochromen Spirobenzopyranen mittels Ultraschallbestrahlung. Die Methode wurde an Photoschaltern, die mit Hydroxyl-, Iodo-, Ethinyl- und Azid-Gruppen ausgestattet waren, erprobt. Diese zusätzlichen funktionellen Gruppen wurden im Verlauf weiterentwickelt und differenziert für den Aufbau funktioneller π-Systeme sowie für die Konjugation an Biopolymere verwendet. Die reversible Photoschaltung wurde für repräsentative Verbindungen nachgewiesen. Die Absorptionsspektren der durch licht-induzierten Ringöffnung gebildeten Merocyanine wurden in Hinblick auf die unterschiedlichen Substituenten am Benzopyran-Teil untersucht. Die Solvatochromie eines Spirobenzopyrans, das eine stark elektronenziehende Gruppe besitzt, wurde ebenfalls untersucht.
Im zweiten Teil dieser Arbeit (Kapitel 2) wurden die Synthese und die optischen Eigenschaften von neuen photochromen Dyaden beschrieben. Dafür wurde ein Spirobenzopyran mit einer Azid-Gruppe und die fluoreszierenden Bausteine (Pyren, Perylen, Nilrot), die mit Alkin-Funktionalitäten ausgestattet waren, erfolgreich synthetisiert. Anschließend wurde die Kupfer(I)-katalysierte Azid-Alkin-Cycloaddition (CuAAC) zur 1,4-regioselektiven Bildung von 1,2,3-Triazolen für den Aufbau der Dyaden verwendet. Die spektroskopischen Messungen zeigten anhand des Auftretens der charakteristischen Absorptionsbande im sichtbaren Bereich, dass durch UV-Bestrahlung die Spirobenzopyran-Einheiten der Dyaden in ihre entsprechende Merocyanin-Form umschalten. Die Fluoreszenzlöschung wurde durch die Bildung der photoinduzierten Merocyanin-Form moduliert und wurde bei allen drei Dyaden beobachtet, was auf Energie-Transfer-Prozesse von der Fluorophor-Einheit zum Merocyanin hinweist. Dabei stieg die Effizienz der Energieübertragung mit verbesserter spektraler Überlagerung an.
Im dritten Teil dieser Arbeit (Kapitel 3) wird über die Synthese und den Einbau eines Spirobenzopyrans als interne Modifikation in Oligonukleotide mittels zweier verschiedener Strategien berichtet. Dabei wurde ein neuer Spirobenzopyran-Baustein für die Oligonukleotid-Synthese erfolgreich synthetisiert. Eine nützliche synthetische Verlängerung und Aktivierung des Spirobenzopyrans wurde eingeführt und mit dem azyklischen Linkersystem konjugiert. Die zweite Strategie zum Einbau der Spirobenzopyran-Modifikation wurde erfolgreich unter Verwendung der postsynthetischen Off-bead Click Ligation durchgeführt. Die Messungen der Schmelztemperaturen der modifizierten Duplexe zeigten eine erhebliche Destabilisierung im Vergleich zu den unmodifizierten Duplexen an, obgleich ein photoinduziertes Schalten des Chromophors nicht beobachtet wurde. Die weitere Untersuchung durch zeitaufgelöste Spektroskopie könnte zur Aufklärung der Photoprozesse beitragen.
Im letzten Teil (Kapitel 4) wird von einer neuartigen und geschickten Methode zur In-situ-Azid-Bildung und Click-Konjugation von DNA mit fluoreszierenden Label berichtet. Dieser Ansatz vervollständigt das Click-Repertoire durch einen komplementären Zugang und begründet eine alternative Methode für die kovalente Markierung von Oligonukleotiden auf der Festphase. Unter Verwendung der Kupfer(I)-katalysierten Azid-Alkin-Cycloaddition wurden Ethinyl-modifizierte Chromophore (Perylen, Nilrot) mit einer Azid-Gruppe konjugiert. Die Azid-Gruppe wurde in situ durch den Umsatz von vorsynthetisierten Oligonukleotiden, in welche IdU eingebaut war, mit Natriumazid auf der Festphase eingeführt. Die methodischen Vorteile basieren auf der Festphasensynthese und den vielfältigen Umsetzungen funktioneller π-Systeme. Die charakteristischen Eigenschaften der Nilrot-markierten und über eine Triazolyl-Brücke verknüpften DNA wurden untersucht und mit Nilrot-markierter DNA verglichen, bei der der Farbstoff über eine Ethinyl-Brücke verknüpft wurde. Die Ergebnisse zeigen klar das große Potential für die weitreichende Nutzung dieser Methode auf. Darüber hinaus wurde im letzten Kapitel die Synthese neuer Strukturen für Oligonukleotide-Bausteine vorgestellt, speziell die Synthese und der Einbau einer Quinolinol-Einheit in DNA für zielgerichtete metall-vermittelnde Anwendungen sowie die Synthese und optischen Eigenschaften eines photoschaltbaren Nukleosids.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 08:41
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