Chapter 1 of this thesis deals with synthesis of a series of water soluble bis- and tetrakis-Zn (II)-cyclen complexes with rigid structures and their applications in recognition of biologically relevant analytes. Boc-protected 6-chloro-1, 3, 5-triazine-bis cyclen was coupled to several aryl and alkyl moieties by using Suzuki cross coupling in moderate to high yields and subsequently converted into the corresponding bis- or tetrakis-Zn(II)-cyclen complexes. Some of the arene substituted modified bis- and tetra-Zn(II)-cyclen complexes were luminescent and those were studied by absorption and luminescence spectroscopy for their response to phosphate anions at physiological conditions. Also, tetra-Zn(II)-cyclen complexes were found to have significant affinity to genetically encodable oligo-aspartate and glutamate sequences (D4- and E4-tag). The rigid structures of the compounds enhance the electronic coupling between the metal complex binding site and the reporter dye leading an increased anion binding response in homogeneous aqueous solution.
Chapter 2 is a report of synthesis and potential applications of rigid amphiphilic molecular receptors, bioconjugates and radiopharmaceuticals based on metal-cyclen complexes via click chemistry. Using bioorthogonal click reaction, we have synthesized biotinylated Zn(II)-bis-cyclen and showed its promising application in activity based proteomics. Cholesterol and long alkyl chain conjugated modified Zn(II)-cyclen complexes were synthesized for a template guided cooperative self-assembly of nucleotides at interfaces fabricated by combination of self-assembled monolayer technique (SAM) and Langmuir Blodgett technique (LB). These complexes can act as binding sites at interfaces prepared by a combination of SAM and LB film approaches or in vesicular surfaces. Investigations of the binding properties of these new amphiphilic complex embedded surfaces are in progress.
Chapter 3 involves design, synthesis and applications of amphiphilic lanthanide complexes embedded in liposomal surface. We have synthesized amphiphilic Tb(III) complex and embedded into liposomal surface. This phosphorescent nanosystem has a potential application as a reporter for change in physiological temperature. We have also attempted to use lanthanide based amphiphilic complexes as reporter dyes non-covalently co-embedded with analyte binding sites in nano-sized vesicular membrane

Kapitel 1 dieser Dissertation befasst sich mit der Synthese von wasserlöslichen Bis- und Tetrakis-Zn(II)-Cyclen Komplexen mit starren Strukturen und deren Anwendung in der molekularen Erkennung von Analyten biologischer Relevanz. Boc-geschütztes 6-Chloro-1,3,5-Triazin-Biscyclen wurde per Suzuki-Kreuzkupplung in mittelmäßigen bis hohen Ausbeuten an verschiedene Aryl- und Alkyleinheiten geknüpft und davon ausgehend die jeweiligen Bis- oder Tetrakis-Zn(II)-Cyclen Komplexe hergestellt. Die Lumineszenten unter den Aren substituierten Bis- und Tetra-Zn(II)-Cyclen Komplexen wurden durch Absorptions- und Lumineszenzspektroskopie im Hinblick auf deren Antwort gegenüber Phosphationen unter physiologischen Bedingungen getestet. Es wurden außerdem Tetra-Zn(II)-Cyclen Komplexe entdeckt, die eine signifikante Affinität gegenüber genetisch kodierbare Oligoaspartat- und Glutamatsequenzen (D4- und E4-Tag) aufweisen. Die starren Strukturen der Substanzen verstärken die elektronische Kupplung zwischen der Metallkomplexbindungsstelle und dem Reporter-Farbstoff, was zu einem verbesserten Signal der Anionenbindung in homogener wässriger Lösung führt.
Kapitel 2 beschäftigt sich mit der Synthese und der potentiellen Anwendung von starren amphiphilen molekularen Rezeptoren, Biokonjugaten und Radiopharmaka, die auf Metall-Cyclen Komplexen basieren und per „Click-Chemie“ synthetisiert wurden. Mittels der bioorthogonalen Click-Reaktion haben wir biotinylierte Zn(II)-bis-Cyclen Komplexe synthetisiert und ihre vielversprechende Anwendung in der aktivitätsbasierten Proteomik gezeigt. Cholesterin und mit langkettigen Alkylresten substituierte Zn(II)-Cyclen Komplexe wurden synthetisiert, um eine Templat gesteuerte kooperative Selbstorganisation von Nukleotiden an Grenzflächen zu erreichen, welche durch Kombination von selbstorganisierender Monoschicht (SAM) und Langmuir Blodgett Technik (LB) erzeugt wurden. Eine Anwendung dieser Komplexe ist der Einsatz als Bindungsstellen an Grenzflächen, die durch eine Kombination von SAM und LB Film Methoden oder in vesikularen Oberflächen entstehen. Die Bindungseigenschaften dieser neuen amphiphilen mit Komplexen funktionalisierten Oberflächen werden gerade untersucht.
Kapitel 3 beinhaltet das Design, die Synthese und die Anwendungen von amphiphilen Lanthanidkomplexen, die in liposomale Oberflächen eingebettet sind. Wir haben Tb(III) Komplexe synthetisiert und in liposomale Oberflächen integriert. Dieses phosphoreszente Nanosystem hat eine potentielle Anwendung als Sensor für physiologische Temperaturänderungen. Weiterhin haben wir erreicht, Lantanid basierte amphiphile Komplexe als Reporter-Farbstoffe nichtkovalent zusammen mit Analytbindungsstellen in Vesikelmembrane im Nanomaßstab einzubetten.