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Borierte Chromophorefür die nichtlineare Optik und

Untersuchungen zur Oligomerisierungborreicher Phosphoramidite für die

Anwendung gegen Krebs

Dissertationzur Erlangung des Doktorgrades der

NaturwissenschaftenDr. rer. nat.

Dem Promotionsausschuss desFachbereichs 2 (Biologie/Chemie) der

Universität Bremenvorgelegt von

Marc Gulaaus Bremen

2003

Tag des öffentlichen Kolloquiums: 11. September 2003

1. Gutachter der Dissertation: Prof. Dr. Detlef Gabel

2. Gutachter der Dissertation: Prof. Dr. Dieter Wöhrle

Danke!

Herrn Prof. Dr. Detlef Gabel danke ich herzlich für die Überlassung des interessanten

und abwechslungsreichen Themas, den Freiraum, den er mir zur Bearbeitung gab

und seine Unterstützung und die vielen Tipps und Ratschläge, die ich bei der

Durchführung der Arbeit gut gebrauchen konnte.

Herrn Prof. Dr. Dieter Wöhrle danke ich für sein Interesse an der Arbeit und die

Übernahme des Korreferats.

Bei Herrn Dr. Michael Hinz und Frau Conny Eggers von der Universität Ulm bedanke

ich mich herzlich für die Unterstützung und sehr gute Zusammenarbeit im Bereich

der Oligonukleotidsynthesen.

Für die Aufnahme aller Massenspektren bedanke ich mich bei Herrn Dr. Thomas

Dülks und Frau Dorit Kemken.

Ein herzliches Dankeschön geht außerdem an die Mitglieder und ehemaligen

Mitglieder der Arbeitsgruppe für das nette Klima am Arbeitsplatz und auch abseits

davon. Diese sind Renate Alberts, Dr. Afaf Genady, Dr. Birte Otersen, Dr. Silke Lutz,

Dr. Steffi Steen-Ecke, Dr. Jens Osterloh, Dr. Michael Neumann, Dr. Mohammed El-

Zaria, Dr. Udo Dörfler und Björn Lechtenberg.

Mein besonderer Dank gilt allen, die aus meiner Verwandtschaft und meinem

Freundeskreis kommen. Durch Euch schöpfe ich immer wieder neue Kraft und ohne

Eure Unterstützung wäre ich nicht so weit gekommen.

Marc Gula Dissertation

I

Inhalt

1 Einleitung und Ansatzpunkte für diese Arbeit ....................................11.1 Die Nichtlineare Optik: Stand und zukünftige Bedeutung 1

1.2 Die Bor-Neutronen-Einfang-Therapie: Entwicklung und aktueller Stand 2

1.2.1 Vorausgehende Anwendungen borbeladener Oligomere 4

1.2.2 Die Festphasensynthese (Merrifield, 1985) 6

2 Theoretischer Teil .............................................................................82.1 Chromophore für die nichtlineare Optik 8

2.1.1 Grundlagen der nichtlinearen Optik 8

2.1.2 Allgemeine Strukturen organischer Chromophore für die nichtlineare

Optik 10

2.1.2.1 Allgemeine Strukturen mit optischer Nichtlinearität zweiter Ordnung

..................................................................................................... 10

2.1.2.2 Allgemeine Strukturen mit optischer Nichtlinearität dritter Ordnung .

..................................................................................................... 12

2.1.3 Modelle und Konzepte zur Beschreibung und Optimierung der

Hyperpolarisierbarkeit 13

2.1.4 Phänomene der nichtlinearen Optik 15

2.1.5 Meßmethoden für Chromophore der nichtlinearen Optik 16

2.1.6 Makroskopische Formen oder NLO-Materialien aus den Chromophoren

17

2.1.7 Bekannte NLO-Chromophore auf Basis von Borclustern 18

2.2 Die Oligonukleotidsynthese auf festen Phasen 19

2.2.1 Feste Phasen 20

2.2.2 Linker 21

2.2.3 Synthesemethoden: Kopplungsgruppen, Aktivatoren und

Oxidationsmittel 23

2.2.4 Schutzgruppen 24

2.2.5 Abspaltung 25

2.2.6 Aufreinigung 26

2.2.7 Charakterisierung 27

3 Aufgabenstellungen.........................................................................28


II

3.1 Vorausgehende Synthesen 29

4 Experimenteller Teil, Ergebnisse und Diskussionen ........................304.1 Allgemeines zu den analytischen Methoden 30

4.2 NLO-Synthesen 34

4.2.1 Syntheseplanung und Verlauf für die Darstellung von NLO-

Chromophoren 34

4.2.2 Synthesen des NLO-Materials 37

4.2.2.1 7-(p-Bromphenyl)-tropiliden (18) .................................................. 37

4.2.2.2 p-Bromphenyltropylium-tetrafluoroborat (19)................................ 38

4.2.2.3 p-Carboxyphenyltropiliden (20) .................................................... 39

4.2.2.4 Versuchte Darstellung von p-Carboxyphenyltropylium-

tetrafluoroborat (21) ....................................................................................... 40

4.2.2.5 Versuchte Darstellung von p-Tropylium-benzoylchlorid-

tetrafluoroborat (22) ....................................................................................... 41

4.2.2.6 Natrium-tetramethylammonium-aminoundecahydro-closo-

dodecaborat (24)............................................................................................ 42

4.2.2.7 Tetramethylammonium-benzamidoundecahydro-closo-dodecaborat

(25) ..................................................................................................... 42

4.2.2.8 Versuchte Darstellung von p-Tropylium-benzamidoundecahydro-

closo-dodecaborat (26) .................................................................................. 43

4.2.3 Ergebnisse der NLO-Synthesen 44

4.2.4 Diskussion der Ergebnisse der NLO-Synthesen 49

4.3 Monomerbausteinsynthesen 51

4.3.1 Syntheseplanung und Verlauf zur Darstellung von Monomerbausteinen

im Überblick 51

4.3.2 Synthesen der Monomerbausteine 54

4.3.2.1 Diisopropylethylammonium-((2’’-cyanethoxy)-(diisopropylamino)-

phosphinyl-3-oxypropyl)-(3’-trityloxy-propyl)-sulfonium-undecahydro-closo-

dodecaborat (1).............................................................................................. 54

4.3.2.2 Diisopropylethylammonium-(2’-cyanoethyl)-(((2’’-cyanethoxy)-

(diisopropylamino)-phosphinyl)-2-oxy-3-trityloxy-propyl)-sulfonium-

undecahydro-closo-dodecaborat (2) .............................................................. 56

4.3.2.3 3-Dimethoxytrityloxy-1-brompropan (5) ........................................ 57

4.3.2.4 2-Hydroxy-3-dimethoxytrityloxy-1-brompropan (6) ....................... 59


III

4.3.2.5 Triethylammonium-(3’-hydroxypropyl)-(3-dimethoxytrityloxy-propyl)-

sulfonium-undecahydro-closo-dodecaborat (7) .............................................. 61

4.3.2.6 Triethylammonium-(2’-cyanoethyl)-(2-hydroxy-3-dimethoxytrityloxy-

propyl)-sulfonium-undecahydro-closo-dodecaborat (8).................................. 63

4.3.2.7 Diisopropylethylammonium-((2’’-cyanethoxy)-(diisopropylamino)-

phosphinyl-3-oxypropyl)-(3’-dimethoxytrityloxy-propyl)-sulfonium-undecahydro-

closo-dodecaborat (9) .................................................................................... 65

4.3.2.8 Diisopropylethylammonium-(2’-cyanoethyl)-(((2’’-cyanethoxy)-

(diisopropylamino)-phosphinyl)-2-oxy-3-dimethoxytrityloxy-propyl)-sulfonium-

undecahydro-closo-dodecaborat (10) ............................................................ 67

4.3.3 Ergebnisse der Monomerbausteinsynthesen 69

4.3.4 Diskussion der Ergebnisse der Monomerbausteinsynthesen 74

4.4 UV-spektroskopische Untersuchungen 76

4.4.1 Tritylkationen in Gegenwart des B12-Clusters und BSH 76

4.4.2 Dimethoxytritylkationen in Gegenwart des B12-Clusters und BSH 79

4.4.3 Ergebnisse und Diskussion der UV-spektroskopischen Untersuchungen

81

4.5 Stöchiometrische Umsetzungen von Tritylkationen mit verschiedenen

Borverbindungen 83

4.5.1 Bis-(tetramethylammonium)-mercaptoundecahydro-closo-dodecaborat

(BSH) und zwei Äquivalente Tritylbromid 83

4.5.2 Bis-(tetrabutylammonium)-dodecahydro-closo-dodecaborat (TBAB) und

zwei beziehungsweise vier Äquivalente Tritylbromid 85

4.5.3 Dinatrium-dodecahydro-closo-dodecaborat (NaB) und 8,33 Äquivalente

Tritylbromid 85

4.5.4 Ergebnisse und Diskussion der stöchiometrischen Umsetzungen von

Tritylkationen mit verschiedenen Borverbindungen 87

4.6 Oligomersynthesen 92

4.6.1 Syntheseplanung und Verlauf für die Darstellung von Oligomeren 92

4.6.2 Synthesen der Oligomere 97

4.6.2.1 Mit Succinylthymidin (Linker) beladenes Polystyrol-Harz (11)...... 97

4.6.2.2 Testsequenz M13-3T mit dem Monomerbaustein 10 am Anfang, in

der Mitte und am Ende der Sequenz.............................................................. 99


IV

4.6.2.3 Testsequenz M13-3T mit 10 am Ende der Sequenz und Acetyl-

und Phenoxyacetylgruppen zur Entfernung der Schutzgruppen und

Abspaltung des Oligomers unter milden Bedingungen ............................... 102

4.6.2.4 14mer Oligo-Thymidin (14T) mit dem Monomerbaustein 10 am

Ende der Sequenz bei anschließender Abspaltung unter sieben

verschiedenen Bedingungen........................................................................ 105

4.6.3 Ergebnisse der Oligomersynthesen 110

4.6.4 Diskussion der Ergebnisse der Oligomersynthesen 115

5 Ausblick.........................................................................................118

6 Zusammenfassung........................................................................1206.1 Summary 122

7 Anhang..........................................................................................1257.1 Referenzen 125

7.2 Abkürzungen 142

7.3 Strukturformelverzeichnis 144


1

1 Einleitung und Ansatzpunkte für diese Arbeit

Borverbindungen verzeichnen heute in vielen Bereichen der Wissenschaft einewachsende Bedeutung. Die chemische Synthese borhaltiger Strukturen soll dabei alsBasis für eine Vielzahl von weiterführenden anwendungsorientierten Forschungs-gebieten verstanden werden. Zwei Gebiete sind davon zu erwähnen, mit denen sichdiese Arbeit intensiv auseinandersetzt: Die nichtlineare Optik (NLO) und die Bor-Neutronen-Einfang-Therapie (BNCT = Boron Neutron Capture Therapy).

1.1 Die Nichtlineare Optik: Stand und zukünftige Bedeutung

Im Informations- und Telekommunikationszeitalter werden immer schnellere Netz-werke und Datenautobahnen benötigt, um die wachsende Datenflut weiterleiten zukönnen, die von zunehmend mehr Menschen produziert wird. Hardware und Soft-ware werden immer besser und wandeln die Gedankengänge der Menschen immerschneller in digitale Signale um. Während die Verdopplung von Rechnergeschwindig-keiten in nur 18 Monaten auch in den nächsten Jahren als gesichert angenommenwerden kann, hält das Wachstum des globalen Netzwerkes mit einer Verdopplungalle drei Jahre kaum Schritt (Diehl, 1996). Über große Distanzen spielt das Elektronals Informationsträger kaum noch eine Rolle, da es dem Photon mit seinenEigenschaften weit unterlegen ist. Photonen besitzen im Gegensatz zu Elektronenweder Ladung noch Masse. Ihre Reichweite ist deshalb ungleich größer undWechselwirkungen mit sich selber und der Umgebung fallen wesentlich geringer aus.Die mangelnde Wechselwirkung kann gewollt oder ungewollt sein. So können zumBeispiel Glasfasern dicht gebündelt werden, ohne dass ein Signal von einer zuranderen überspringt. Während aber Elektronen über ihre Wechselwirkungen gut zubeherrschen sind, fällt das bei Photonen bisher schwerer.

Genau das ist der Ansatzpunkt für die nichtlineare Optik, deren Erforschung sichnach der Erfindung des Lasers 1960 rasant entwickelte. Ziel ist es, Licht mit Licht zuschalten, sodass die Elektronik eines Tages vollends von der Optik verdrängt wird.Mit der Photonik wurde dieser Prozess bereits eingeleitet. Sie stellt eine Symbioseaus Elektronik und Optik dar, bei der Daten optisch übertragen und elektrisch


2

verarbeitet und gespeichert werden. Photonische Schalter sind bisher zwar schnell,benötigen aber hohe Steuerleistungen und viel Platz. Einen universell einsetzbarenComputer wird es demnach vorläufig nicht geben und ein Photonenspeicher ist erstin Ansätzen erkennbar. Sobald aber die Mikroelektronik an ihre Grenzen stößt,werden voraussichtlich auch diese Domänen durch die Optik erobert.

NLO-Materialien müssen verschiedene Anforderungen gleichzeitig erfüllen, wasbisher in jedem einzelnen Punkt gelang, aber nicht für alle Anforderungenzusammen. Das Thema der nichtlinearen Optik noch als Grundlagenforschung zubezeichnen, hat deshalb durchaus seine Berechtigung (Grote, 1996 und Ernst,2000). Wichtige Eigenschaften eines guten NLO-Materials wären, dass es gut zuverarbeiten ist, eine lange Lebensdauer hat, temperaturunempfindlich und im Bereichder Arbeitsfrequenzen transparent ist. Am wichtigsten ist nicht zuletzt eine hohenichtlinear optische Aktivität.

Von Chromophoren auf Basis des geschlossenen B12-Clusters (B12H112- als Rest)

erhofft man sich diese hohen nichtlinear optischen Aktivitäten, da Berechnungen(Abe et al., 1998) und die ersten dargestellten Strukturen (Grüner et al., 1998) nachihrer Untersuchung ein großes Potential auf diesem Gebiet angedeutet haben. DieseInformation und die Tatsache, dass umfangreiche Kenntnisse über den B12-Cluster inder eigenen Arbeitsgruppe vorliegen, führten zur Aufnahme des Themas in dieseArbeit.

1.2 Die Bor-Neutronen-Einfang-Therapie: Entwicklung undaktueller Stand

In der Vergangenheit und bis heute wird Krebs bevorzugt chirurgisch und durchChemotherapie bekämpft. Für die Zukunft werden neue Alternativen zur Verfügungstehen, die bisher angewandte Methoden früher oder später vollständig ersetzen (Dr.Andrew Weil, BBC Interview vom 20. Februar 2003). Die BNCT weckt großeHoffnungen, sich in den kommenden Jahren zu einer solchen Alternative weiter zuentwickeln.


3

Nach der Entdeckung des Neutrons 1932 durch Chadwick beschrieb Locher 1936erstmals die therapeutischen Möglichkeiten, die sich mit dem Einfang eines Neutronsdurch den Kern des Borisotops der Masse Zehn ergeben. Der 10Bor-Kern hat einensehr großen Neutroneneinfangquerschnitt, während der von den häufigstenAtomkernen in einem Organismus wesentlich kleiner ist. Neutronen müssendemnach vom 10Bor-Kern, dessen Atome gezielt im Tumor eines Patientenangereichert wurden, bevorzugt eingefangen werden. Der 10Bor-Kern spaltet sichnach dem Einfang eines langsamen Neutrons in ein Alphateilchen und einenLithiumkern. Die kinetische Energie dieser Teilchen reicht nur aus, um denDurchmesser einer Zelle zu durchqueren und diese durch Ionisierung zu zerstören.109 Boratome pro Zelle oder 30 µg 10Bor pro Gramm Tumorgewicht sind dafürnotwendig (Soloway et al., 1998, Hawthorne und Maderna, 1999 und Stiriba et al.,2002).

Als Neutronenquellen dienen bisher ausschließlich Kernreaktoren. Die Entwicklungvon Teilchenbeschleunigern auf Basis des Proton-Neutron-Austausches an leichtenKernen wie Lithium wird zurzeit intensiv erforscht (Hawthorne, 1998 und Cerullo undEsposito, 2002). Da neben den Neutronen Verbindungen zur Anreicherung von Borim Tumorgewebe eingesetzt werden, spricht man bei der BNCT zu Recht von einerbinären Krebstherapie. Mit L-4-Dihydroxyborylphenylalanin (BPA) und Mercapto-undecahydro-closo-dodecaborat (BSH) befindet sich die BNCT heute im Stadium derklinischen Erprobung. Allerdings wurde wiederholt darauf hingewiesen, dass dieAnreicherung und erreichte Gesamtmenge dieser beiden Verbindungen in Tumor-geweben oft nur zu suboptimalen Ergebnissen führt (zum Beispiel Coderre undMorris, 1999). Ob der Durchbruch mit neuen Verbindungen oder den bishereingesetzten durch Verbesserung anderer Parameter wie zum Beispiel derNeutronenquelle gelingt, kann zu diesem Zeitpunkt wohl keiner sagen.


4

SH

BH B

H2N

CO2H

B

HO

HO

2-

2 Na+

= oder

Abbildung 1: BSH und BPA als bisher einzige erfolgreich eingesetzte Verbindungen in derBNCT

Neben BPA und BSH werden intensiv Porphyrinderivate untersucht, die eine sehrgute Tumorselektivität aufweisen (Miura et al., 1998 und 2001). Diese hoheSelektivität ist aus den Anwendungen in der photodynamischen Therapie (PDT)bekannt und durch das Beladen mit Borkomponenten erhofft man sich, das auch fürdie BNCT nutzen zu können (Bregadze et al., 2001). Allerdings mussten bisherimmer wieder Rückschläge hingenommen werden, die oft auf eine zu hohe Toxizitätdes Stoffes zurückzuführen waren (Tibbitts et al., 1999 in Verbindung mit Ozawa etal., 1998).

Ein eleganter Ansatz ist die selektive Anreicherung von Bor durch Antikörper. Diesetragen entweder eine Borkomponente kovalent gebunden oder besitzen neben ihrerSpezifität gegen Tumorzellen auch noch die gegen eine Borverbindung gerichteteSpezifität. Die Borverbindung fungiert dabei als Hapten. Problematisch ist hier nur diegeringe Konzentration der beteiligten Stoffe, die in der Tumorzelle erreicht wird. Aberaufgrund der hohen Selektivität gerade bei niedrigen Konzentrationen hofft man,diesen Nachteil durch oligomere Strukturen mit besonders hoher Anzahl anBoratomen ausgleichen zu können (Kane et al., 1993). Mit diesem Ansatz beschäftigtsich ein großer Teil der vorliegenden Arbeit.

1.2.1 Vorausgehende Anwendungen borbeladener Oligomere

Wie so oft in der Borchemie gehen den Synthesen auf Basis von geladenenClusterboranen solche mit ungeladenen Carboranen voraus. Carborane scheinen beiorganisch chemischen Folgeschritten in mancher Hinsicht einfacher handhabbar zu


5

sein, was insbesondere auf ihr Löslichkeitsverhalten zurückzuführen ist. Erste Erfolgegab es auf diesem Gebiet mit dem nido-Carboran C2B9H10 (Chen et al. 1994) unddem closo-Carboran C2B10H11 (Kim et al., 1995). Oligomere wurden auf festenPhasen mit DNA-Synthesemethoden (siehe Kapitel 2.2) erzeugt, um sie danachentweder direkt an einen Antikörper zu konjugieren (Chen et al. 1994) oderzusammen mit einem bispezifischen Antikörper der Reihe nach in einem In-vitro-Experiment einzusetzen (Primus et al., 1996).

P

O

O

Na+O-

O

OCytosin

OH

O P O

O

O-

NH2

Na+B9H10

- Na+

10

Tumor-zelle

Antigen

Bifunktioneller Antikörper

BorreichesOligomer

Abbildung 2: CB10 von Chen et al. (1994) und die schematische Darstellung der Konjugationvon Tumorzelle, Antikörper und Borkomponente nach Primus et al. (1996)

Nach Hawthorne und Maderna (1999) ist die Wechselwirkung eines Bortrailers alsHapten mit einem bispezifischen Antikörper effektiver als die kovalente Bindung aneinen Antikörper, der nur gegen ein Antigen auf der Oberfläche einer Krebszellegerichtet ist. Man fand heraus, dass ein mit Bor beladener Antikörper zwar spezifischfür Krebszellen war, aber die so modifizierte Form des Antikörpers bindet weitausseltener an Krebszellen wie die unmodifizierte, sodass die Menge an Bor proKrebszelle zu gering war.


6

Analog den Oligomeren auf Basis von Carboranen war ein Ziel dieser Arbeit dieSynthese von Oligomeren, die auf BSH aufbauten. Das komplett andere chemischeund auch physiologische Verhalten des geladenen B12-Clusters gegenüber denungeladenen Carboranen war hier die Antriebskraft, auf bessere Ergebnisse zuhoffen. Bausteine zur Oligomerisierung, die auf BSH aufbauen, sollten in dieserArbeit in Anlehnung an die Synthese von Oligonucleotiden an festen Phasen mit-einander verknüpft werden.

1.2.2 Die Festphasensynthese (Merrifield, 1985)

Durch die fast vollständige Entschlüsselung des menschlichen Genoms erwächstheute die Aufgabe, immer mehr Gensequenzen und auch die daraus abzuleitendenProteinsequenzen nachzubauen, um ihren Nutzen für die Wissenschaft zu erfor-schen. Die Synthese dieser langkettigen Strukturen mit genau definierter Abfolge vonverschiedenen Bausteinen erfolgt dabei bevorzugt auf einer festen Phase. Für dieEntwicklung der Festphasensynthese seit den sechziger Jahren bekam Merrifield1984 den Nobelpreis in Chemie.

Feste Phasen werden zunächst mit einem Linker modifiziert, an dem dann einzelneBausteine der Reihe nach koppeln. Die Bausteine müssen zu diesem Zweckbifunktional sein. Das heißt erstens, dass sie zur Bindung an den Linker oder einenBaustein in der Kette eine Kopplungsgruppe brauchen. Zweitens ist eine geschützteFunktion notwendig, die nach dem Entfernen der Schutzgruppe für die Kopplung desnächsten Bausteins zur Verfügung steht. So besteht die Verlängerung einerBausteinkette prinzipiell aus dem sich wiederholenden Entschützen und Koppeln.Der Vorteil bei der Synthese an einer festen Phase liegt darin, dass das Produktdurch seine Bindung an diese Phase während der Synthese als unlöslich angesehenwerden kann. Verunreinigungen und Reagenzien, die bei der Synthese entstehenbeziehungsweise eingesetzt werden, können durch einfaches Waschen oderAbfiltrieren des Produkts entfernt werden. Solche Prozesse laufen inzwischenweitestgehend automatisiert ab, da sonst zum Beispiel die Synthese von großenDNA- oder Proteinsequenzen zu lange dauert. Nach der Synthese erfolgt dieAbspaltung der fertigen Kette von der festen Phase, die Aufreinigung und schließlichdie Analyse des Produkts.


7

Die zukünftige Entwicklung der Festphasensynthese wird vor die Aufgabe gestellt,immer schneller und mehr oligomere und polymere Strukturen zu liefern. Deshalb istder Trend zu einer weiteren Automatisierung klar vorgegeben. Zum Teil werden jetztschon die Schritte der Festphasenmodifizierung mit Linkern (Pon und Yu, 1997a undb), die Abspaltung des fertigen Oligomers (Polushin et al., 1994) und sogar dieAufreinigung und Charakterisierung des Endprodukts (Pon und Yu, 1997a und b)automatisiert. In den einzeln aufgezählten Schritten geht es dabei oft nicht mehr umMinuten, sondern nur noch um Sekunden. Auch bei der Synthese selber wird seitlangem versucht, Zeit zu sparen, indem zum Beispiel für DNA-Sequenzen nichtmehr die einzelnen vier Bausteine A, C, G und T benutzt werden, sondern ihre 16dimeren und 64 trimeren Gruppierungen (Miyoshi et al., 1980a, b und c, Broka et al.,1980 und Narang, 1983). Heute sind sogar tetra- und pentamere Gruppierungenbereits käuflich zu erwerben (Dr. Michael Hinz, persönliche Mitteilung, 2001.

Dem ersten Teil dieser Arbeit entsprechend beginnt das folgende Kapitel mit derBeschreibung des theoretischen Hintergrunds der nichtlinearen Optik. Erst danachwird ausführlich auf die Methoden und Möglichkeiten der Synthese von Oligonucleo-tiden eingegangen, die die Grundlage für den zweiten Teil dieser Arbeit bilden.


8

2 Theoretischer Teil

2.1 Chromophore für die nichtlineare Optik

2.1.1 Grundlagen der nichtlinearen Optik

Die nichtlineare Optik umfasst und beschreibt alle Phänomene der Optik, währenddie lineare Optik nur einen Spezialfall für geringere Lichtintensitäten darstellt (Mills,1998). Dank des Lasers gibt es eine Lichtquelle, die ausreichend intensiv und kohä-rent ist, um die Phänomene der nichtlinearen Optik zum Vorschein zu bringen. DasLicht ist in diesem Fall so stark, dass die optischen Eigenschaften eines passiertenMaterials verändert werden können, was man bei der linearen Optik ausschließt.Diese Veränderung hebt das linear optische Verhalten des Materials auf, da dasLicht nun zusätzlich von einer anderen Variablen als dem Licht selber beeinflusstwird. Erweiterungen der linearen Gesetze sind erforderlich, um die Nichtlinearität, diedurch die Veränderungen des Materials hervorgerufen wird, zu beschreiben.

Grundlage jedes nichtlinear optischen Phänomens ist die nichtlineare Antwort elektri-scher Dipole auf elektrische Felder. Diese Antwort findet auf atomarer Ebene stattund entspricht Ladungsverschiebungen, aus denen induzierte Dipole resultieren, dieschließlich zu einer makroskopischen elektrischen Polarisation eines Mediumsführen. Genauer betrachtet resultiert diese Polarisation von den Valenzelektronender Atome, die von sichtbarem Licht mit einer Frequenz von circa 500 Terahertzverschoben werden können (Ernst, 2000). Die Polarisation P ist für kleineSchwingungsamplituden der Elektronen gemäß dem Gesetz

EP eχε 0= (1)

proportional zum elektrischen Feld E der Lichtwelle, was sich aber bei größerenIntensitäten des Lichts ändert. Dabei ist ε0 die Dielektrizitätskonstante des Vakuums

und χe die feldstärkeunabhängige (!) elektrische Suszeptibiltät. Die Nichtlinearität


9

fließt nun als Reihenentwicklung in die Suszeptibiltät ein, die damit nicht mehrfeldunabhängig ist und als

...)( 2321 +++= EEE χχχχ (2)

dargestellt wird. Für die Polarisation P als lineare und nichtlineare Antwort desSystems auf das anregende Feld E gilt nun nach Einsetzen von (2) in (1)

...)( 33

2210 +++= EEEP χχχε (3)

mit den linearen (χ1) und nichtlinearen (χ2, χ3, …) Suszeptibilitätskoeffizienten, die alsTensoren fungieren und die optischen Eigenschaften des Mediums charakterisieren.

Auf der molekularen Ebene steht zunächst einem induzierten Dipolmoment µi einlokales Feld E* proportional gegenüber:

*Ei αµ = (4)

Dabei bezeichnet die Proportionalitätskonstante α die molekulare Polarisierbarkeit.Auch hier muss wieder für hohe Feldstärken eine nichtlineare Änderung berück-sichtigt werden, und zwar die des Dipolmoments eines Teilchens. Die Reihenent-wicklung erfolgt analog zu (2) und (3):

...3*2** +++= EEEi γβαµ (5)

Zur besseren Unterscheidung werden hier die verschiedenen Koeffizienten nichtnummeriert, sondern gleich mit verschiedenen Buchstaben bezeichnet. Während α

weiterhin den linearen Anteil der Polarisierbarkeit eines Teilchens proportional zu E*

beschreibt, wird β als Hyperpolarisierbarkeit bezeichnet. β beschreibt den erstennichtlinearen Anteil der Polarisierbarkeit eines Teilchens proportional zu E*2 und wirddeshalb auch als erste Hyperpolarisierbarkeit oder Hyperpolarisierbarkeit ersterOrdnung bezeichnet. Sie ist zehn Zehnerpotenzen kleiner als die lineare Polarisier-barkeit α. β ist außerdem dem nichtlinear optischen Effekt und der nichtlinearenPolarisation zweiter Ordnung zuzuordnen. Man beachte hier die unterschiedlicheZählweise, die im Zusammenhang mit den Bezeichnungen nicht mehr einerkonsequenten Logik folgt! γ ist die Hyperpolarisierbarkeit zweiter Ordnung, stellt also


10

den zweiten nichtlinearen Anteil an der Polarisierbarkeit eines Teilchens dar, undzwar proportional zu E*3. Sie ist um 15 Zehnerpotenzen kleiner als α. Auch hier wirdgerne von nichtlinear optischen Effekten und einer nichtlinearen Polarisation dritterOrdnung gesprochen.

Als Franken et al. 1961 das erste Experiment zur nichtlinearen Optik durchführten,wiesen sie mit Hilfe des gerade erfundenen Rubinlasers an einem QuarzkristallFrequenzverdopplung nach. Ein geringer Anteil Licht, der mit der doppeltenFrequenz im Vergleich zum eingestrahlten Licht aus dem Kristall heraustrat, war aufden quadratischen Term aus Gleichung (5) beziehungsweise die erste Hyper-polarisierbarkeit β zurückzuführen. Der Kristall erzeugte aus einer harmonischen

Welle mit der Frequenz ω eine nichtharmonische Antwort P, die mittels Fourier-

analyse in eine Grundwelle P(ω) und einen Anteil mit der doppelten Anregungs-

frequenz P(2ω) zerlegt werden konnte. Wie stark diese Frequenzverdopplungausfällt, hängt allein von der Hyperpolarisierbarkeit und der Anordnung des NLO-Materials ab. Während Franken et al. ein Intensitätsverhältnis von frequenz-verdoppeltem zu einfallendem Licht wie 1:108 beobachteten, kann man heute,nachdem das Phänomen vollständig verstanden wurde, eine Grundwelle nahezuvollständig in die so genannte zweite Harmonische konvertieren (Wettling, 1980).Üblicher ist dafür die englische Bezeichnung „second harmonic generation“ (SHG).

2.1.2 Allgemeine Strukturen organischer Chromophore für dienichtlineare Optik

2.1.2.1 Allgemeine Strukturen mit optischer Nichtlinearität zweiter Ordnung

Die Ausbildung eines Dipols im Molekül, definiert als unterschiedliche Aufenthalts-wahrscheinlichkeit von Elektronen, kann durch verschiedene Komponentenbegünstigt werden. Damit die Elektronen für die Ausbildung des Dipols möglichstbeweglich sind, bietet sich ein π-System an, in dem sie delokalisiert vorliegen. Derunsymmetrische Charakter, den eine dipolare Verbindung ausmacht, wird von Donor-und Akzeptorgruppen unterstützt, die sich an den entgegen gesetzten Enden des π-


11

Systems befinden. Deshalb sieht die grundsätzliche Struktur eines SHG-Molekülswie in Abbildung 3 dargestellt aus.

konjugiertes π-SystemAkzeptor Donor

Abbildung 3: Grundkonzept eines SHG-Moleküls

Die Hyperpolarisierbarkeit β eines solchen Systems lässt sich über die Länge des

konjugierten π-Systems beeinflussen. Huijts und Hessellink (1989) stellten fest, dass

sich β bei Vergrößerung der Konjugationslänge um bis zu zwei Zehnerpotenzensteigern lässt. Getestet wurden Moleküle mit zwei bis neun konjugierten Doppel-bindungen zwischen einer Nitro- und einer Methoxygruppe. Der Vergleich mitanderen Veröffentlichungen ergab, dass sich berechnete (Zwei-Niveau-Modell, 2.1.3)und gemessene Werte (EFISH, 2.1.5) zwar decken, aber im Gegensatz zu älterenResultaten anderer Arbeitsgruppen (Dulcic et al., 1981) kein verminderter Anstieg derHyperpolarisierbarkeit bei besonders langen Ketten festgestellt wurde. Unabhängigdavon war klar, dass die zunehmende Konjugationslänge mit einem Verlust anTransparenz einherging, weil dadurch auch die Gesamtgröße des Moleküls zunahm(efficiency-transparency-trade-off).

Eine weitere Möglichkeit zur Steigerung von β stellt die Substitution von Kohlenstoff-

atomen im π-System durch Stickstoffatome dar. Je nach Lage der Stickstoffatomekann hier die Hyperpolarisierbarkeit positiv oder negativ beeinflusst werden (Nicoudund Twieg, 1987). In Bezug auf die Stärke der Akzeptor- und Donorkomponentenund dessen Zusammenhang mit dem konjugierten π-System wird auf die Diskussiondes BOA-Konzeptes unter 2.1.3 und die dort ausführlich beschriebenen Zusammen-hänge verwiesen.

Aus mathematischer und theoretischer Sicht ist die nichtzentrosymmetrischeAnordnung eines Teilchens für die Erzeugung einer nichtlinearen Polarisation zweiterOrdnung zwingend notwendig. Sowohl für ein einzelnes Molekül als auch dieAnordnung mehrerer Moleküle in einem Material gilt diese Notwendigkeit. Da dieentsprechenden Koeffizienten β und χ2 laut (5) und (3) mit dem Quadrat eineserregenden Feldes E multipliziert werden, ändert sich bei einem punktsymmetrischenMolekül oder zum Beispiel einem entsprechenden Kristallgitter durch die permanenteRichtungsumkehr von E nur das Vorzeichen, aber nicht der Betrag der Antwort-größen µiβ oder P2:


12

2*Ei βµ β = (6)

hat den gleichen Betrag wie

2* )( Ei −=− βµ β (7)

ebenso wie

2202 EP χε= (8)

und

2202 )( EP −=− χε (9)

Bei Betrachtung des Terms für die optische Nichtlinearität dritter Ordnung in (5) und(3) wird nun schnell klar, warum in diesem Fall Zentro- beziehungsweise Punkt-symmetrie keine Rolle spielt.

2.1.2.2 Allgemeine Strukturen mit optischer Nichtlinearität dritter Ordnung

Die Faktoren, die zu einer Erhöhung der zweiten Hyperpolarisierbarkeit γ führen, sind

die gleichen, die auch bei β greifen. Durch Auswahl geeigneter Donoren und

Akzeptoren in Verbindung mit der richtigen Länge eines konjugierten π-Systems kann

γ um vier bis fünf Zehnerpotenzen erhöht werden. Daneben spielt außerdem dieKonformation des Moleküls eine Rolle. Nicoud und Twieg (1987) beschrieben für cis-und trans-konfigurierte Systeme dieses Phänomen. Die geometrische Struktur einesMoleküls, die zum Beispiel durch Verdrillung geändert werden kann, hat einenEinfluss auf die effektive Konjugationslänge des Systems und wirkt sich deshalbebenfalls auf γ aus.


13

2.1.3 Modelle und Konzepte zur Beschreibung und Optimierung derHyperpolarisierbarkeit

Das Equivalent Internal Field Model (EIFM) von Levine und Bethea (1975) war daserste Modell zur theoretischen Untersuchung von β. Es basierte auf den Änderungender Elektronendichteverteilungen, die durch unterschiedliche Elektronenaffinitätenvon Atomen und Atomgruppen beeinflusst wurden. Da für seine Anwendung dieKenntnis von α und γ in einem zentrosymmetrischen System nötig war und ferner µi

aus dem Übergang in ein analoges nichtzentrosymmetrisches System bekannt seinmusste, war dieses Modell wenig praktikabel und hat deshalb heute nur nochhistorische Bedeutung (Ernst, 2000).

Beim Zwei-Niveau-Modell werden von allen Energieniveaus, die ein Molekülbesetzen kann, nur die beiden wichtigsten zu einer störungstheoretischenBerechnung von β berücksichtigt. Morrell und Albrecht wendeten das Modell auf p-Nitroanilin an. Von den 60 Energieniveaus, die das System besetzen konnte, wurdenur der Grundzustand und der erste angeregte Zustand berücksichtigt. Dadurchkonnte ein Wert für β berechnet werden, der zu 75 % mit dem gemessenen Wertübereinstimmte. Fluktuationen und Ungenauigkeiten in den höheren Energieniveausschienen keinen großen Einfluss zu haben. Am besten waren nach Meinung derAutoren aufgrund dieses Ergebnisses Moleküle, deren Donor und Akzeptor durcheine ununterbrochene Kette der Konjugation eine möglichst große Distanzaufwiesen. Eine größere Präzision zur Voraussage von β lässt sich heute mit der sogenannten Sum-Over-States Methode (SOS) machen, die neben dem ersten auchnoch weitere angeregte Zustände mit einbezieht. Der Rechenaufwand steigt dabeiallerdings exponentiell.

Ein in den 90er Jahren entwickeltes Struktur-Eigenschaft-Modell ist das BLA- oderBOA-Konzept, welches auf der von Marder et al. (1993) beschriebenenBindungslängen- oder Bindungsordnungsalternanz aufbaut. Dieser molekulareParameter beschreibt die Differenz zwischen Einfachbindungs- undDoppelbindungslängen in einem π-System, die bei einer neutralen Grenzstruktur(Abbildung 4, links) stark negativ ist. Diese Grenzstruktur dominiert, wenn ein Polyenunsubstituiert vorliegt und resultiert in einer kleinen Hyperpolarisierbarkeit. Die BOAwird durch den Einfluss von Akzeptoren und Donoren größer, da die Beimischungeiner polaren ladungsgetrennten Charge-Transfer-Struktur (CT, Abbildung 4, rechts)


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zum Grundzustand eines Polyens zunimmt. β durchläuft dabei ein positivesMaximum. In der CT-Struktur befinden sich die Doppelbindungen dort, wo dieneutrale Struktur Einfachbindungen aufweist. Sind Donor und Akzeptor in einemSystem so stark, dass beide Grenzstrukturen zu gleichen Teilen den Grundzustanddes Moleküls beschreiben, hat BOA den Wert Null und auch β wird Null, da dieElektronenverteilung im Polyen als ausgeglichen gelten kann. Bei noch stärkerenSubstituenten gewinnt der CT-Anteil überhand und β strebt einem negativenMaximum bei positivem BOA zu.

O-+Me2NOMe2N

n n

Abbildung 4: Neutrale und ladungsgetrennte Grenzstruktur eines Akzeptor-Donor-substituierten Polyens.

In der gleichen Arbeitsgruppe wurde auch erstmals eingehend untersucht, welchenEinfluss die Aromatizität auf die BOA und damit β hat (Tiemann et al., 1993).Systeme mit einem und zwei Phenylringen wurden bei ansonsten identischerKonjugationslänge verglichen. Monoaromatische Verbindungen führten immer zueiner niedrigeren BOA und höheren Hyperpolarisierbarkeit als biaromatischeVerbindungen. Bei der ladungsgetrennten Grenzstruktur ist hier der Energieaufwandmit dem zusätzlichen Verlust an Aromatizität assoziiert, weshalb ihr Anteil amGrundzustand geringer ausfällt.

Me2NMe2N

OO

Abbildung 5: Beide konjugierten ππππ-Systeme mit einer Kette aus 13 Zentren, aberunterschiedlichen Aromatizitäten und Hyperpolarisierbarkeiten

Andere Modelle, die die Aromatizität einer Verbindung mit der Suszeptibiltät desdaraus geformten Materials quantitativ verglichen (Subramanian et al., 1996), warennicht sonderlich erfolgreich, was in erster Linie an der Schwierigkeit lag, eineverlässliche Methode zur Bestimmung der Aromatizität zu finden. Von Meyers et al.(1994) wurde die Anwendung des BOA-Konzeptes auf die zweite Hyperpolarisier-barkeit γ ausgeweitet. Man brachte die geometrische und elektronische Struktur

eines Moleküls in einen Bezug zu γ, um eine strukturelle Anleitung zur Optimierung


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zu liefern. Dazu wurde auch das so genannte Three-Term-Model genutzt, welcheszusätzlich zur ungeladenen und vollständig ladungsgetrennten Grenzstruktur einepartial ladungsgetrennte Struktur mit ausschließlich gleichlangen C-C-Bindungenbetrachtet. Der Zusammenhang von Hyperpolarisierbarkeit und BOA in Abhängigkeitvon der Polarität verschiedener Lösungsmittel wurde schließlich von Bourhill et al.(1994) untersucht. So konnte unabhängig von den Substituenten die maximalmögliche Hyperpolarisierbarkeit für gegebene Konjugationssysteme ermittelt werden,indem man mit immer unpolareren Lösungsmitteln den CT-Anteil des Systemssukzessiv erhöhte.

Viele Chromophore weisen bei ihrer nichtzentrosymmetrischen Struktur eineausreichend große Hyperpolarisierbarkeit auf, kristallisieren aber aufgrund ihrerDonor-Akzeptor-Substitution in einer makroskopisch zentrosymmetrischen Anord-nung, in der sich die dipolaren Moleküle antiparallel ausrichten. Panunto et al. (1987)untersuchten intermolekulare Wasserstoffbrückenbindungen zur Ausbildung nicht-zentrosymmetrisch angeordneter Kristalle. Sie stellten Regeln für die Ausbildungdieser Brückenbindungen auf, um die Orientierung benachbarter Nitroanilinmolekülevorhersagen zu können. So konnten gezielt Anordnungsmuster von Nitroanilinenerzeugt werden, die man dazu nutzte, nichtlinear optisches Material herzustellen. DieAusbildung von Symmetriezentren während der ersten Schritte des Kristallisations-prozesses wurde dabei durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Nitro-und Aminogruppen unterbunden.

2.1.4 Phänomene der nichtlinearen Optik

Eine vollständige Aufzählung der Phänomene, die durch die nichtlineare Optik neuzu unserem Wissenstand hinzugekommen sind, ist nahezu unmöglich, da maneinigen von ihnen (bisher) kein Potential zur technischen Anwendbarkeit zutraut. Sieverschwinden nach ihrer Entdeckung deshalb meistens in der Versenkung undwerden von der Fachliteratur nicht mehr aufgegriffen.

Zu den bekanntesten nichtlinear optischen Effekten zweiter Ordnung gehört dieFrequenzverdopplung und der linear elektrooptische (LEO) oder Pockels-Effekt. Aufdie Frequenzverdopplung wurde im Zusammenhang mit dem Experiment vonFranken et al. (1961) bereits ausführlich eingegangen (2.1.1). Beim Pockels-Effekt


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wird Doppelbrechung des Lichts an einem Kristall durch ein elektrisches Gleichfeldhervorgerufen. Das nichtlineare Verhalten hängt hier nicht von der Lichtstärke ab,sondern von der Stärke des elektrischen Gleichfeldes. Der Effekt ist deshalb schonseit 1893 bekannt, lange bevor der Laser erfunden wurde (Mills, 1998). Elektro-optische Materialien werden unter Ausnutzung des LEO- oder Pockels-Effekt alsoptische Schalter genutzt. Eine lichtinduzierte Änderung des Brechungsindex durchentsprechend starkes Laserlicht, auch Brechzahlmodulation genannt, findetinzwischen ebenfalls Anwendung. Eine gut verständliche Aufzählung nichtlinearoptischer Phänomene beschreibt einfach die Modulation von Amplitude, Frequenz,Phase, Polarisation und Richtung des Lichts.

Der bekannteste Effekt der nichtlinearen Optik dritter Ordnung ist die Frequenz-verdreifachung, deren Ausprägung gemäß der Größenordnung des dritten Koeffi-zienten in (3) und (5) entsprechend geringer als die der Frequenzverdopplungausfällt.

2.1.5 Meßmethoden für Chromophore der nichtlinearen Optik

Nichtzentrosymmetrische Kristalle können in gemörserter Form mit Hilfe des Kurtz-Pulvertest auf ihre frequenzverdoppelnde Eigenschaft untersucht werden. Dazu wirddie Probe mit einem Nd:YAG-Laser (1064 nm) bestrahlt und die Intensität desfrequenzverdoppelten Lichtes gemessen.

Besonders interessant wegen der geringen technischen Voraussetzungen ist dieSolvatochromie, bei der das NLO-Material in gelöster Form vorliegt. Dabei wird dieAbhängigkeit des Absorptionsspektrums eines Moleküls von seinem umgebendenMedium genutzt. Wie bei den Untersuchungen zur Bestätigung des BOA-Konzeptesdurch Bourhill et al. (1994, 2.1.3) werden hier unterschiedlich polare Lösungsmittelzur Stabilisierung der polaren Grenzstruktur des Chromophors verwendet. Paley etal. (1989) haben mit einem UV/VIS-Spektrometer die Verschiebung der Absorptions-maxima durch verschiedene Lösungsmittel detektiert, um daraus die einzelnenTerme zu berechnen, die für die Anwendung des Zwei-Niveau-Modells nötig waren.Für weitere Details sei auf die letztgenannte erstklassige Referenz verwiesen. ZumVergleich wurden die verwendeten Chromophore auch mit der etablierten EFISH-Methode (siehe nächster Absatz) untersucht, die ungleich aufwendiger ist. Die Mess-


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ergebnisse waren zwar ungenau im Vergleich zu EFISH, gaben aber die richtigeGrößenordnung und meistens auch die richtige Tendenz an.

Bei der EFISH-Messung (Electric Field Induced Second Harmonic Generation) wirdein Gleichstromfeld an eine Lösung des zu untersuchenden Chromophors angelegt.Ein Laserstrahl durchdringt die Lösung und die Intensität des erzeugten sogenannten zweiten harmonischen Lichtes wird gemessen (Paley et al., 1989). VomPrinzip deckt sich die Methode mit dem Kurtz-Pulvertest, wobei das untersuchteMedium ein anderes ist. Während beim Kurtz-Pulvertest in einem Kristall diemakroskopische Nichtzentrosymmetrie durch den Kristallisationsprozess feststeht,wird sie beim EFISH-Experiment in einer Lösung durch ein elektrisches Feld fürbegrenzte Zeit erzeugt.

Auch mit der Hyper-Rayleigh-Streuung (HRS) werden Chromophore in gelöster Formuntersucht. Gemessen wird die frequenzverdoppelte Lichtstreuung, die noch einmalum den Faktor Vier kleiner ist. Bei der ellipsometrischen Reflexionsmethode kommenso genannte Host-Guest-Polymerfilme zum Einsatz, in denen das Chromophor wiebeim EFISH-Experiment ausgerichtet wird (Nicoud und Twieg, 1987).

2.1.6 Makroskopische Formen oder NLO-Materialien aus denChromophoren

Neben den bereits erwähnten nichtzentrosymmetrischen Kristallen sind hier dieLangmuir-Blodgett Schichten und gepolte Polymere zu nennen. Langmuir-BlodgettSchichten bestehen aus amphipathischen Chromophoren, die aufgrund ihrerhydrophoben und hydrophilen Enden auf einem Trägermaterial einen nichtzentro-symmetrischen Film ausbilden können. In gepolten Polymeren können Chromophoreauf verschiedene Arten in einer Polymermatrix eingelagert sein. Wichtig ist dabei, wieund wann das Chromophor mit Blick auf den Polymerisationsprozess ausgerichtetwerden kann und in welcher Konzentration es im fertigen Material vorliegt.


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2.1.7 Bekannte NLO-Chromophore auf Basis von Borclustern

Abbildung 6 zeigt eine Auswahl von Molekülen, die unter Ausnutzung vonBorclustern einen dipolaren Charakter aufweisen. Abe et al. (1998) behandelten dasdargestellte Molekül nur orbitaltheoretisch, um die Hyperpolarisierbarkeit voraus-zusagen. Damit der so genannte efficiency-transparency-trade-off durch zu lange π-Systeme vermieden wird, verzichteten sie auf eine solche Brücke gänzlich undgingen stattdessen von einer konzeptionellen Interaktion des B12-Clusters mit demCarboran durch den Raum hindurch aus. Grüner et al. (1998) stellten bei derVerknüpfung eines einfach geladenen Carborans mit einem Tropyliumring eineinsgesamt neutrale Verbindung her. β wurde mittels Hyper-Rayleigh-Streuung

ermittelt und entsprach trotz der Farblosigkeit aufgrund des fehlenden π-Systemseinem Wert, der zehnmal höher lag als der des p-Nitroanilin-Standards. King undMiller (1986) brachten für NLO-Zwecke als erste den auch in dieser Arbeitverwendeten B12-Cluster in einer insgesamt neutralen Verbindung unter.

C C C

N N

12-C7H6+-CB11H11

-

(Grüner et al., 1999)B12H11

2--C2B10H10

(Abe et al., 1998)

B12H102--(C5H5N+)2

(King und Miller, 1986)

Abbildung 6: Borclusterstrukturen für die nichtlineare Optik

Lamrani et al. (2000) publizierten mit der Knüpfung eines Carborans an ein C60-Fulleren eine Struktur, die auch als Vorbild für eine Zielstruktur dieser Arbeit dienenkann. Hier war der ermittelte Wert für β mit 346 x 10-30 esu ebenfalls erstaunlichhoch.


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C

C

CH3

C60H

Abbildung 7: Dicarbaboran über konjugiertes System an Buckminster Fulleren gebunden(Lamrani et al., 2000).

Mit diesem Überblick an bekannten NLO-Chromophoren auf Basis von B12-Clustern

wird der theoretische Teil der nichtlinearen Optik abgeschlossen. Im Rahmen des

zweiten Teils dieser Arbeit folgt die ausführliche Beschreibung der Methoden zur

Synthese von Oligonucleotiden auf festen Phasen.

2.2 Die Oligonukleotidsynthese auf festen Phasen

Während sich Merrifield bei den Anfängen der Festphasensynthese stärker auf denNachbau von Proteinen konzentrierte, wurde dieses neue Verfahren insbesonderevon Letsinger (1965) auf die Tauglichkeit zur Darstellung von Oligonukleotidenuntersucht. Mit Erfolg, wie die Entwicklung der folgenden fast 40 Jahre zeigte(Narang, 1983 und Sanghvi et al., 2000). Heute ist man sogar in der Lage, dieverschiedenen Naturstoffe miteinander zu kombinieren. So kann die Synthese einerNukleotidsequenz nahtlos mit Aminosäuren zu so genannten PNAs (Peptide NucleicAcids) fortgeführt werden (Verheijen et al., 1999). Auch die Kombination von Lipidenund Oligonukleotiden stellt kein Problem mehr dar (Vinogradov et al., 1995).

Die Beschreibung aller Methoden, die im Laufe der Zeit entwickelt und eingesetztwurden, stellt eher eine Aufzählung als eine detaillierte Zusammenfassung dar. DerRahmen dieser Arbeit würde sonst mit Blick auf die Fülle an Informationen, die esüber die Oligonukleotidsynthese gibt, gesprengt werden.


20

2.2.1 Feste Phasen

Letsinger benutzte 1965 das so genannte Merrifield-Harz, ein Styrolpolymer mitQuervernetzung durch Divinylbenzolbrücken. Das Harz wurde auch - vermutlichwegen seines Aussehens - als Popkornpolymer bezeichnet und selbst heute nochsind Merrifield-Harze in leicht verbesserter Form wegen ihres Quellverhaltens inunpolaren organischen Lösungsmitteln in Gebrauch. Eine Gemeinsamkeit, die beiden meisten hier beschriebenen festen Phasen auftritt, ist ihre Funktionalisierung, fürdie man bevorzugt Aminogruppen einsetzt.

Neben festen Phasen aus Polyacrylamiden (Miyoshi et al., 1980a) konzentrierte sichdie Entwicklung neuer Supports zu Beginn der 80er Jahre besonders auf Kieselgele(Kohli et al., 1982). Da diese bereits zu Chromatographiezwecken in großen Mengengenutzt wurden, stellten sie nach entsprechender Funktionalisierung eine kosten-günstige Alternative zu den noch recht teuren Harzen auf Styrolbasis dar (Ogilvie undNemer, 1980 und Ohtsuka et al., 1982). Auch die Kombination von Kieselgel undPolyamiden wurde untersucht (Gait et al., 1982). Um die Anzahl an funktionellenGruppen auf einer festen Phase weiter zu erhöhen, reichte es von Anfang an nicht,die Partikelgröße zu verkleinern, um dadurch das Verhältnis von Oberfläche zumVolumen zu vergrößern. Stattdessen waren poröse Materialien nötig, deren Partikelauch im Innern funktionelle Gruppen tragen konnten. Die feste Phase, die auf Basisvon Polystyrol langfristig diese Kriterien am besten erfüllt, ist ein mitPhenylmethylamin substituiertes Harz (McCollum und Andrus, 1999). Von Herstellernangebotene Harze mit unterschiedlichem Anteil an quervernetzenden Divinylbrückensorgen dafür, dass die Zwischenräume in den Partikeln für entsprechend langeOligonukleotide groß genug sind. Je nach Anteil können entweder größereSequenzen oder eine größere Menge an Oligomeren synthetisiert werden (AppliedBiosystems, 2001).

Eine gute Alternative zum Merrifield-Harz stellen heute feste Phasen aus Glas dar.Bei der Entwicklung fester Phasen aus Kieselgel stellte sich schnell die Frage, wieman die Porengröße im Innern der Partikel variieren und optimieren kann. BeimControlled Pore Glass (CPG) wird dies durch einen Sinterprozess von Glasstauberreicht (Devivar et al., 1999). CPG ist wie bei dieser Stoffklasse zu erwarten sehrinert und die erforderlichen Parameter für die Festphasensynthese können präzisereingestellt werden als bei Harzen. Ein Nachteil ist dagegen die unflexible


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Porengröße, die bei den meisten Harzen mithilfe verschieden polarer Lösungsmittelverändert werden kann (McCollum und Andrus, 1999).

2.2.2 Linker

Die bekannteste Art, Aminogruppen einer festen Phase mit dem Startbaustein füreine Sequenz zu verbinden, erfolgt mit Bernsteinsäure (Gait und Sheppard, 1980und Abbildung 8).

O

NH

O

O

+

O

HO

O

O

Baustein

festePhase

Linker

NH2feste

Phase

Abbildung 8: Funktion des Succinyl-Linkers

Die Aufgabe eines Linkers liegt darin, dass er das Oligomer während derOligonukleotidsynthese an der festen Phase gebunden hält und gleichzeitig so labilist, dass diese Bindung aufgebrochen werden kann, ohne die Struktur des Oligomersdabei zu gefährden. Pon und Shuyuan (1997a) verwendeten O,O’-Diessigsäure-hydrochinon (QDA, Abbildung 9) als einen Linker, der diesen Spagat unter normalenSynthesebedingungen noch besser schaffte als die Bernsteinsäure.


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OO

HO

OH

OO

Abbildung 9: QDA bindet schneller an die feste Phase und lässt sich leichter wieder abspaltenals eine Succinylgruppe.

Für die Kopplung dieses Linkers wurden außerdem nur wenige Sekunden bisMinuten benötigt, was für die Aufnahme dieses Schritts in den automatisierten Ablaufder Sequenzsynthese wichtig war. Im Vergleich zu QDA geht der Ansatz mit einerDisulfidbrücke in die entgegen gesetzte Richtung (Salo et al., 1998). Das Oligomerwird hier so fest gebunden, dass vor der Abspaltung alle für die Synthese benötigtenSchutzgruppen (siehe 2.2.4) entfernt werden können. Im Normalfall erfolgt dieserSchritt zusammen mit der Abspaltung oder danach. Gunzenhauser et al. (1998)lösten mit ihrem Linker ein anderes Problem: Sie benutzten Tetraethylenglycol alsSpacer, da mit einer Succinylgruppe nur Thymidin als Startbaustein am Supportgebunden werden konnte, während für die anderen Bausteine zu wenig Platz war.Sehr elegante Linker nutzten Greenberg und Gilmore (1994). Mit der o-Nitrobenzylgruppe setzten sie eine photolabile Komponente ein, die den Einsatz vonBasen zur Abspaltung gänzlich überflüssig machte.

Zu einem ganz anderen Zweck wurde die Acetylgruppe von Hakala et al. (1997)eingesetzt. Als aminolytisch stabiler Linker bindet sie Sequenzen ein für allemal, diedanach zur Hybridisierung mit fluoreszenzbeladenen Sequenzen dienen. DieserAnsatz ermöglicht die Detektion bestimmter Sequenzen zum Beispiel aus der Probeeines biologischen Gemisches.

Nfeste

Phase H

O O1. Baustein

einer Sequenz

Abbildung 10: Aminolytisch stabiler Acetyllinker


23

2.2.3 Synthesemethoden: Kopplungsgruppen, Aktivatoren undOxidationsmittel

Abgesehen von leichten Variationen gibt es drei Methoden zur Synthese vonOligonukleotiden, die sich in den letzten 40 Jahren bewährt haben. Die erste gehtvon Phosphorsäurederivaten aus, die zu einem über Phosphorsäurediester ver-brückten Oligomer zusammengesetzt werden und wird deshalb Phosphodiester-methode genannt. Sie wurde zuerst entwickelt und findet heute keine Anwendungmehr, da die Reaktionszeiten länger sind und inzwischen viele Syntheseziele denpermanenten Schutz des dritten unveresterten Sauerstoffs am Phosphor währendder Oligomerisierung fordern (Sproat und Gait, 1984). Womit wir bei der zweitenMethode wären, bei der Bausteine eingesetzt werden, die einen Phosphorsäureesterals Kopplungsgruppe enthalten. So kommt man zur Phosphotriestermethode, in derdie Phosphatgruppen bis zur Abspaltung des Oligomers voll verestert sind. Das Ver-fahren besticht durch die Stabilität der eingesetzten Bausteine, Zwischen- undEndprodukte. Ein weiterer Fortschritt kam mit dem Einsatz von Phosphorigsäure-estern, die eine Amidgruppe enthalten und deshalb auch gerne als Phosphoramidite(Phosphit und Amid) bezeichnet werden (Beaucage und Caruthers, 1981).

O

O

NH

O

ON

O

O

PO O-

O

Cl

NH+

4

O

O

O

NH

O

ON

O

O

PO N

CN

3

O

Abbildung 11: Phosphoramidit 3 und Phosphorsäureester 4 für die Oligonukleotidsynthese

Gemäß den resultierenden Phosphittriestern in einem Oligomer, die nach demKopplungsschritt zum Phosphattriester oxidiert werden, wird dieses Verfahren alsPhosphittriestermethode bezeichnet. Die P-N-Bindung in den koppelnden Bausteinenkonnte hervorragend mittels Tetrazol (Köster et al., 1984) oder neuerdings 4,5-Dicyanoimidazole (DCI, Sanghvi, 2000) aktiviert werden (Abbildung 12). Kopplungs-zeiten wurden damit auf eine Minute und weniger reduziert. DCI ist im Gegensatz zuTetrazol nicht explosiv, weniger toxisch und kostengünstiger herzustellen.


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S N

O

O N

N

NO2N

HNNC

NC

N

N

N

HN

MSNT DCI Tetrazol

Abbildung 12: 1-Mesitylensulphonyl-3-nitro-1,2,4-triazol (MSNT) zur Aktivierung vonPhosphorsäureestern und DCI und Tetrazol zur Aktivierung von Phosphoramiditen

Die Aktivatoren bilden in einer langsamen Reaktion thermodynamisch stabilereVerbindungen mit den Monomerbausteinen, wobei zum Beispiel im Falle desPhosphoramidits die Diisopropylaminogruppe durch den Aktivator ausgetauscht undals Amin freigesetzt wird. Der Aktivator ist sterisch weniger anspruchsvoll, weshalbdie Veresterung mit einem entsprechenden Alkohol nun schnell ablaufen kann(Sanghvi, 2000).

Das Standardreagenz zur Oxidation der Phosphittriesterbrücken in einem Oligomerist eine 0,1 molare Iodlösung in einem Gemisch aus Tetrahydrofuran, 2,6-Lutidin undWasser (40:10:1) (Atkinson und Smith, 1984). Die einzige Alternative, die dazu in derLiteratur beschrieben wurde, stellt 30%ige Wasserstoffperoxid-Lösung dar (Hébert etal., 1992 und Klotz et al., 1994). Allerdings wurden auch schon Monomerbausteineerfolgreich mit Peressigsäure behandelt (Gula et al., 2000a).

Typische Ausbeuten für den einzelnen Verlängerungsschritt sind 98 % und mehr. DieSequenzen, die dabei im Gegensatz zur Mehrzahl unverlängert bleiben, müssendurch Cappingreagenzien von weiteren Verlängerungsschritten ausgeschlossenwerden, damit sich die Zielsequenz prozentual entsprechend der Ausbeute aus deneinzelnen Verlängerungsschritten von den unerwünschten Nebenprodukten abhebt.

2.2.4 Schutzgruppen

Wie bereits einleitend erwähnt (1.2.2), muss jeder Baustein eine geschützte Funktionenthalten, die nach Entfernen der Schutzgruppe für das Ankoppeln des nächstenBausteins verfügbar ist. Diese geschützte Funktion ist bei der Oligonukleotidsyntheseder 5’-Alkohol (Abbildung 11), der sich in der Sequenz logischerweise immer amterminalen Ende befindet. Gut geeignet für den Schutz dieses Alkohols sind


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säurelabile Gruppen, da die zum Entfernen benutzten Säuren das Oligomer undandere Schutzgruppen nicht angreifen. Außerdem kann die Schutzgruppe desletzten Bausteins bei der basischen Abspaltung des Oligomers an der Sequenzverbleiben, was für die Aufreinigung und spätere Ausbeutebestimmung von Vorteilist. Die Trityl- und die Dimethoxytritylgruppe bietet diese Möglichkeiten, wobei dieletztgenannte etwas säurelabiler ist. Ein Vorteil dieser beiden Gruppen ist diecharakteristische Farbe ihrer Kationen, die durch das Einwirken von Säurenfreigesetzt werden. Somit kann nach jedem Kopplungsschritt die Ausbeute über dieAbsorption der danach freigesetzten Schutzgruppe bestimmt werden.Standardsäuren zur Entschützung des terminalen Alkohols sind 2 bis 3%igeLösungen der Dichlor- und Trichloressigsäure. Unter milderen Synthesebedingungenstellt Benzosulfonsäure eine gute Alternative dar (Patel et al., 1982).

Neben den genannten Schutzgruppen für den terminalen 5’-Alkohol wurde auch dieLävulinylgruppe (Iwai und Ohtsuka, 1988) und die Fmoc-Gruppe (9-Fluorenyl-methoxycarbonyl, Lehmann et al., 1989) eingesetzt. Verbrückende Schutzgruppensind für den Einsatz von Ribonukleotiden interessant, da hier auch der 2’-Alkoholgeschützt werden muss (Chanteloup und Beau, 1992).

Eine Esterschutzgruppe für den Phosphor, die neben den in Abbildung 11dargestellten eingesetzt wird, ist DPSE (2- Diphenylmethylsilylethyl, Ravikumar et al.,1994). Sie wird wie die o-Chlorphenyl- und die Cyanethoxygruppe bei der basischenAbspaltung des Oligomers mit entfernt.

Schutzgruppen, die während der ganzen Synthese des Oligomers ihre Funktionausüben und erst beim Abspalten von der festen Phase entfernt werden, kommendirekt an den Basen der Nukleotide vor. Acetyl (Ac) und Phenoxyacetyl (Pac) sind diebekanntesten Schutzgruppen zu diesem Zweck (Beijer et al., 1990 und GlenResearch Report: www.glenres.com) und werden auch in dieser Arbeit verwendet.

2.2.5 Abspaltung

Das Standardreagenz zur Abspaltung fertiger Oligonukleotide von der festen Phaseist konzentrierter Ammoniak, der beim Succinyl-Linker unter geringer Erwärmung (55°C) über einen längeren Zeitraum (15 Stunden) einwirken muss. Zwischenzeitlich


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wurden auch Methylphosphonate zur Sequenzsynthese eingesetzt, die sehrbaselabil sind (Applied Biosystems, 1987). Die Abspaltung solcher Sequenzenerfolgte mit einem Gemisch aus Ethanol und Wasser (1:1) in nur fünf Minuten. Heutewird Ammoniak mit Methylamin kombiniert, um ähnlich schnelle Abspaltzeiten zuerreichen. Andere Basen ermöglichen inzwischen die Aufnahme der Abspaltprozedurin den automatischen Ablauf der Gesamtsynthese. Diese sind unter anderemMethanol, Kaliumcarbonat und Ethanolamin (Polushin et al., 1994). Zu weiterenAusführungen und Methoden der Abspaltung fertiger Oligonukleotide von festenPhasen wird auf den experimentellen Teil in 4.6 verwiesen.

2.2.6 Aufreinigung

An dieser Stelle soll neben der Aufreinigung von Oligomeren auch kurz auf die vonPhosphoramiditen eingegangen werden. Diese werden üblicherweise durchUmfällung in n-Hexan ausreichend isoliert. Sie können aber auch problemlos überKieselgel chromatographiert werden, wie von mehreren Arbeitsgruppen berichtetwurde (Beijer et al., 1990, Zhang und Tang, 1996 und Iyer et al., 1997).

Die Aufreinigung eines fertigen Oligomers erfolgt meistens mit Hilfe der Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie (HPLC = High Pressure/Performance Liquid Chroma-tography, Gunzenhauser et al., 1998). Da die in dieser Arbeit verwendetenBorclusterbausteine ein stark von dem der Oligomere abweichendes Verhalten aufChromatographiesäulen zeigen, konnten hier die Ergebnisse von Harfst et al. (1994)zur Auftrennung geladener Clusterderivate auf Reverse-Phase-Material gutverwendet werden.

Die Gelelektrophorese kann prinzipiell auch zur Aufreinigung von Sequenzen genutztwerden, findet aber eher bei der Charakterisierung Anwendung. Zu weiterenAusführungen und Methoden der Aufreinigung von Oligonukleotiden wird auf denexperimentellen Teil in 4.6 verwiesen.


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2.2.7 Charakterisierung

Wenn das fertige Oligomer von allen Schutzgruppen befreit ist, wird die Endausbeuteüber die optische Dichte (OD, Optical Density) bestimmt. Durch dencharakteristischen Anteil, den jedes der einzelnen Nukleobasen dazu beisteuert,kann eine absolute Konzentration berechnet werden (Birch-Hirschfeld et al., 1994,siehe auch 4.1). Bei langen Sequenzen werden nicht selten Ausbeuten imPromillebereich erzielt. Mit Hilfe der Gelelektrophorese wird die für einenSyntheseverlauf charakteristische Verteilung von Haupt- und Nebenproduktenermittelt. Die präziseste Bestimmung eines Oligomers erfolgt dann massen-spektrometrisch. Für die Detektion so großer Massen haben sich ESI- (ElektrosprayIonisation, Fulcrand-El Kattan et al., 1994 und Greenberg und Gilmore, 1994) undMALDI-TOF-Verfahren (Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation - Time Of Flight,Habus et al., 1998) bewährt. Beim ESI-Experiment macht man sich die negativeLadung an jeder Phosphatbrücke eines Oligomers zunutze. Beim Ionisationsvorgangkommen zum Teil noch zusätzliche Ladungen hinzu oder gehen verloren, ohne dasssich die Masse des Oligomers ändert. Durch die so erzeugte Ladungsverteilungkommt es im Massenanalysator zu unterschiedlich starken Ablenkungen und damiteiner Signalverteilung, aus der man die Masse des Produkts berechnen kann (HesseMeier Zeeh, 1995). MALDI ist ebenfalls ein sehr schonendes Verfahren, um selbstgroße Moleküle mittels Laserbestrahlung zu Ionisieren und aus einer Matrix zudesorbieren. Die Matrix (zum Beispiel Nicotinsäure) nimmt die Energie des Lasersauf und überträgt sie auf das Oligomer. Mit einem Flugzeit-Massenspektrometerwerden die so erzeugten Molekülionen analysiert.


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3 Aufgabenstellungen

Da für diese Arbeit ein Zeitraum von mehr als drei Jahren zur Verfügung stand,sollten zur sicheren Planung für jede Aufgabe mehrere Optionswege freigehaltenwerden. Bezüglich der Synthese von NLO-aktiven Chromophoren, die auf dem B12-Cluster basierten, hieß dies, dass mindestens zwei Zielstrukturen von vornherein amReißbrett entworfen wurden. Sofern der zeitliche Rahmen es zuließ, konnten dieseVerbindungen nach erfolgreicher Synthese auf ihre für NLO-Materialien wichtigenEigenschaften untersucht werden.

Die Untersuchung krebstherapeutisch einsetzbarer Boroligomere war als Fortsetzungder vorangegangen Diplomarbeit des Autors (1999) zu verstehen. Die weitereAufgabe bestand darin, die Stabilität der in der Diplomarbeit nur intermediärdargestellten Phosphoramidite 1 und 2 durch Isolation zu bestätigen, um diese dannfür Oligonucleotidsynthesen einzusetzen. Bei Bedarf sollten auch andere Monomer-strukturen auf Basis des B12-Clusters ins Auge gefasst werden. Eine erfolgreicheOligomerisierung würde natürlich zwangsläufig zur Möglichkeit führen, die boriertenSequenzen auf ihre Tauglichkeit für die BNCT oder andere krebstherapeutischeMaßnahmen zu untersuchen.

S+O OP

O

CN

N

NH+

1

2-

OO

S+NC

P

N

ONC

NH+

2

2-

Abbildung 13: In der vorausgehenden Diplomarbeit intermediär dargestellte Phosphoramidite

Auffällige Ergebnisse im Zuge dieser Arbeit, die zusätzliche Fragen aufwarfen,wurden ebenfalls als Aufgabe verstanden. Als letzte und vielleicht wichtigste Aufgabedurfte nicht vergessen werden, die Ergebnisse dieser Arbeit so zu präsentieren, dasseine erfolgreiche Fortführung des Projekts durch andere Forscher gewährleistet war.


29

3.1 Vorausgehende Synthesen

BSH diente als Ausgangssubstanz für die Darstellung der borierten Monomer-bausteine. Seine Synthese wurde nach Tolpin et al. (1978) aus N-Methylthio-pyrrolidon (NMTP) und Dodecahydro-closo-dodecaborat in der Arbeitsgruppe GabelMitte der 90er Jahre so umfangreich betrieben, dass davon heute noch Chargen zurUmkristallisation mit 90 % Ausbeute zur Verfügung stehen. Die Alkylierung von BSHmit einer Cyanoethylgruppe nach Moller et al. (1993) erfolgte genauso wie alleanderen Alkylierungen (Perleberg, 1998) im Rahmen der Diplomarbeit des Autors(Gula, 1999), die dieser Arbeit vorausging. Das gilt auch für die tritylierten Vorstufen29 und 30 (Yau et al. 1990), die zuerst für die Synthese der oxidierten Monomer-bausteine 27 und 28 benötigt wurden (Gula et al., 2000a) und später bei derSynthese der ersten isolierten Monomerbausteine 1 und 2 zum Einsatz kamen (Gulaet al., 2001 und 2002).

S+

S+HO O

S

OH

OHO

S+NC

S

NC

SH

NC CN

S+

CN

OH

OBr

O

Br

HO

S+O OP

O

CN

N

OO

S+

NC

P

N

ONC

O

O

ClP

O

CN

N

ClP

O

CN

N

12

2-

2-

15

13

2-

16

2-

2-

2-

2-

2930

27

2-

28

2-

2. Oxidation

1.

2. Oxidation

1.

Abbildung 14: Synthesepfad zu den oxidierten Monomerbausteinen 27 und 28. Gegenionensind wegen der besseren Übersicht nicht dargestellt.

Die Tritylgruppe kann nur indirekt an 15 und 16 gebunden werden, da sie sonst amCluster selber und nicht am Alkohol angreift (Perleberg, 1998).


30

4 Experimenteller Teil, Ergebnisse und Diskussionen

4.1 Allgemeines zu den analytischen Methoden

NMR-Spektroskopie:

Als Messgerät stand ein Bruker DPX-200 mit einer Leistung von 200 MHzentsprechend einer magnetischen Feldstärke von 4,6 Tesla zur Verfügung. ZurKalibrierung der Spektren fanden die Signale der Lösungsmittel als interner Standardwie folgt Verwendung (Hesse, Meier, Zeeh, 1995):

- Aceton = 2,05 ppm im 1H-Spektrum und 29,3/206,3 ppm im 13C-Spektrum(Doppelkalibrierung)

- Chloroform = 7,25 ppm im 1H-Spektrum und 77 ppm im 13C-Spektrum, zumTeil mit Tetramethylsilan (0 ppm) für Doppelkalibrierungen versetzt

- DMSO = 2,5 ppm im 1H-Spektrum und 39,7 ppm im 13C-Spektrum- Acetonitril = 1,94 ppm im 1H-Spektrum und 1,3/117,7 ppm im 13C-Spektrum

(Doppelkalibrierung)

Definitionen zur Beschreibung der Kohlenstoffe und Protonen in der Trityl- undDimethoxytritylgruppe sowie im Phenylring der NLO-Chromophoren:

Bei beiden Schutzgruppen ist der ipso-Kohlenstoff immer am quartären Kohlenstoffbeschrieben. Ihm gegenüber befindet sich der para-Kohlenstoff, der in derDimethoxytritylgruppe bei zwei Phenylringen an Stelle eines Protons eine Methoxy-gruppe trägt. Tropiliden und Tropylium sind an einem Phenylring immer in para-Position definiert.

Für die Dokumentation von NMR-Spektren gelten folgende Abkürzungen:

- m = Multiplett, bei Gemischen verschiedener Enantiomere und Diastereomeresind mehrere Signale, sofern eine eindeutige Trennung nicht möglich ist,ebenfalls mit einem m gekennzeichnet. In allen anderen Fällen, in denen eineVerwechslung mit einer Aufspaltung möglich ist, sind die einzelnen Signalegetrennt dokumentiert und es wird gegebenenfalls extra darauf hingewiesen

- br = breit, als Erweiterung für alle Signale, die verbreitert erscheinen- s = Singulett


31

- d = Dublett, oft auch in Kombination mit anderen Aufspaltungen, zum Beispieldd = Dublett von Dubletts

- t = Triplett- qa = Quartett- qi = Quintett- sex = Sextett- sep = Septett- o = Oktett- n = Nonett

Wenn die gefundenen Signale von Gegenionen, bekannten Nebenprodukten oderLösungsmitteln ausgehen, sind sie in der Regel durch entsprechende Ergänzungen(Zum Beispiel TEAH = Triethylammonium oder TrH = Tritan) gekennzeichnet.

Massenspektrometrie:

An einem doppelfokussierenden Massenspektrometer MAT 8200 der Firma Finniganwurden folgende Messungen durchgeführt:

- FAB (Fast Atom Bombardment) mittels Beschuss mit Xenon (8 keVBeschleunigung durch FAB Ion Gun der Firma Ion Tech, UK)

- DCI (Direkte Chemische Ionisation) mit Ammoniak als Reaktantgas- EI (Elektronenstoßionisation) mit einer Elektronenenergie von 70 eV und einer

Quellentemperatur von 200 °C

Für ESI-Messungen (Elektrospray Ionisation) stand ein Esquire-LC 00061 der FirmaBruker zur Verfügung. Probelösungen wurden mit einer Flussrate von 2 µl/min durcheine Kapillare gesprüht. Verwendete Lösungsmittel sind beim jeweiligen Messergeb-nis angegeben.

Für die Aufnahme von MALDI-TOF-Spektren (Matrix Assisted Laser DesorptionIonization - Time Of Flight) stand ebenfalls ein Esquire der Firma Bruker zurVerfügung. Als Matrix kam ein 1:1-Gemisch aus 6-Aza-2-thiothymidin (ATT) undSpermin zum Einsatz. Die Massen der Oligonukleotide wurden mit folgenden Zahlenberechnet:

1. Desoxyadenosin-monophosphat (dAMP): 313,209 Dalton


32

2. Desoxycytidin-monophosphat (dCMP): 289,184 Dalton3. Desoxyguanosin-monophosphat (dGMP): 329,208 Dalton4. Desoxythymidin-monophosphat (dTMP): 304,209 Dalton5. Korrekturzahl (PO2H - 2 H): -61,965 Dalton

Eventuell vorhandene Matrixsignale sind in der Dokumentation nicht mit aufgeführt,auch dann nicht, wenn das größte Signal (100 %) von der Matrix ausgeht und sichdie anderen Prozentangaben auf dieses Signal beziehen. M- bezeichnet dasMolekülanion. Das Gegenion dazu ist mit seiner Abkürzung und dazugehörigenLadung beschrieben (zum Beispiel DIEAH+ = Diisopropylethylammonium). M+

bezeichnet das Molekülkation. Das Gegenion dazu ist ebenfalls mit seiner Abkürzungund dazugehörigen Ladung beschrieben (zum Beispiel BF4

-). Maßgebend für dieBezeichnung von M- und M+ ist jeweils das Ion, an dem chemische Umsetzungenstattfanden. Bei Signalgruppierungen, die dem Isotopenmuster des B12-Clustersentsprechen, wird die Masse mit der höchsten Intensität angegeben.

UV-VIS-Spektroskopie:

Als Messgerät diente ein Varian Cary 50 Bio Spektrometer. Alle Proben wurden mitder Standardschichtdicke von 1 cm gemessen. Als Leerwert diente Luft, wobei diegegen Luft ermittelten Werte für die Lösungsmittel nachträglich von den Messwertenabgezogen wurden.

OD (Optische Dichte, Optical Density):

Für die Messungen fand ein Beckman DU® 7500 Spektrometer Verwendung. DerOD-Wert ist immer auf 260 nm bezogen und definiert als die Stoffmenge, die in 1 mlWasser gelöst im Photometer (1 cm Küvette) bei 260 nm einen Absorptionswert von1 erzeugt.

Die Stoffmenge eines Oligomers aus verschiedenen Nukleotiden berechnet sichnach folgender Formel (Handzettel der Sektion Polymere an der Universität Ulm,vergleiche Sproat und Gait, 1984):

dTdGdCdA nnnnWertODpmolN

⋅+⋅+⋅+⋅⋅−=

92,017,175,054,1000.100)(


33

Infrarotspektroskopie:

Zur Aufnahme von IR-Spektren wurde das FT-IR-Spektrometer FTS 155 der FirmaBIO-RAD benutzt. Die Infrarotsignale sind mit den Abkürzungen s = stark (strong), m= mittel (middle) und w = wenig intensiv (weak) beschrieben. Die Zahlenangabensind Wellenzahlen (cm-1). Bei den Zuordnungen symbolisiert υ Valenzschwingungen

und δ Deformationsschwingungen.

Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie (HPLC):

Zum Einsatz kam ein Gradientensystem der Firma Merck-Hitachi bestehend aus denKomponenten L6200 (Pumpe), L4200 (UV-Detektor) und D-2500 (Integrator).Angaben zur verwendeten Säule und Lösungsmittelgradienten finden sich beimjeweils beschriebenen Experiment. Oligomere wurden mit zwei isokratischarbeitenden Pumpen chromatographiert. Zur UV-Detektion stand ein ValueChromSystem der Firma Bio-Rad zur Verfügung.

Kapillarelektrophorese:

Substanzen wurden mit einem BioFocus Integrator der Firma Bio-Rad detektiert. Aufeine detaillierte Beschreibung der Polymerfüllung der CE-Kapillare mit der AbkürzungUREA kann zurzeit nicht eingegangen werden, da das benutzte Material zum Patentangemeldet werden soll. Die Abkürzung TBE des Gelpuffers setzt sich aus seinenBestandteilen TRIS, Borsäure und EDTA zusammen (0,089 M Tris, 0,089 MBorsäure, 0,002 M EDTA).


34

4.2 NLO-Synthesen

4.2.1 Syntheseplanung und Verlauf für die Darstellung von NLO-Chromophoren

Das Benzamido-Derivat 25 war die Grundlage für NLO-Chromophore auf Basis desgeladenen Borclusters B12H11

2-. Auf zwei verschiedenen Synthesewegen wurde es inder Arbeitsgruppe Gabel bereits dargestellt. Der erste Syntheseweg ging vonBenzoylchlorid aus (Kück, 1996), während die zweite Variante Benzoesäure alsAnhydrid mit Ameisensäureethylester nutzte (Ruf, 1998). Die Darstellung von 25 überBenzoylchlorid wurde durchgeführt, um sich entsprechende Erfahrungen mit dieserSynthese anzueignen.

+HN

OH

2- N+

25

Abbildung 15: Borcluster mit ππππ-System als Vorläufer für NLO-Material

Gesucht war nun ein Elektronenakzeptor, der genauso wie das Benzoylchlorid oderdie Benzoesäure mit dem Borcluster zu verknüpfen war. Idealerweise sollte dieserAkzeptor eine positive Ladung tragen, damit das Gesamtmolekül am Ende neutralwar. In der Literatur fand sich dafür das Tropiliden.

NH+

HO

2-

26

Abbildung 16: NLO-Chromophor mit dem Borcluster als Elektronendonor konjugiert über ein ππππ-System an ein Tropyliumion als Elektronenakzeptor

Tropiliden kann in para-Position an einen Phenylring gebunden (18, Niem et al.,1977; Daub et al., 1985) postsynthetisch in sein Tropyliumkation umgewandeltwerden (19, Jutz et al., 1964). Bis dato wurde nur die chemische Dehydrierung von


35

18 zu 19 dokumentiert (Jutz et al., 1964), weshalb die Synthese der Verbindungen21 beziehungsweise 22 einen entscheidenden Schritt darstellte (Abbildung 17).

Br

OH

O

Cl

O

18 20 31

BF4-

Br

BF4-

OH

O BF4-

Cl

O

19 21 22

Abbildung 17: Literaturbekannte Derivate 18 (Niem et al., 1977), 19 (Jutz et al., 1964), 20 und 31(Daub et al., 1985) des Tropilidens und ein möglicher Weg zu den neuen Verbindungen 21 und

22

19 war mit der typischen Charakteristik eines Salzes in Diethylether und auchTetrahydrofuran unlöslich, weshalb die Aktivierung mit Butyllithium zur an-schließenden Carboxylierung zu 21 nicht versucht wurde. Die Dehydrierung solltealso in jedem Fall nach der Carboxylierung stattfinden. Eine Umsetzung von 31 zu 22wurde ebenfalls nicht in Betracht gezogen, da beide Verbindungen sehr leichthydrolysieren und man deshalb eine Darstellung als Intermediat bevorzugte. UmErfahrungen mit der Dehydrierung von Derivaten des Tropilidens zu sammeln, wurdedie Synthese von 19 durchgeführt.


36

Der ausgewählte Weg zur Zielstruktur 26 führte also ausgehend von 18 über 20, 21und 22. Als Ausgangsmaterial für die Reaktion mit 22 diente Tetramethylammonium-ammoniumundecahydro-closo-dodecaborat (BNH3, 23), dessen Darstellung nachTjarks (1989) erfolgte. Auf eine ausführliche Beschreibung der Synthese in dieserArbeit wurde verzichtet. Aus 23 konnte wiederum intermediär das für die Reaktion mitCarbonylgruppen nötige Amin 24 nach Kück (1996) dargestellt werden.

NH3+

N+

Na+

NH2

N+

23

2-

24

2-

Abbildung 18: Elektronendonorkomponente für die Synthese von NLO-Chromophoren

Eine Umsetzung des Borclusters mit 20 oder 31 und anschließender Dehydrierungwurde außer Acht gelassen, da der Borcluster gegenüber Dehydrierungsmitteln wiezum Beispiel Tritylsalzen nicht stabil war (siehe 4.4 und 4.5).

Als zweiter Kandidat für die Funktion als Elektronenakzeptor wurde das Fulleren C60

ausgewählt. Es ist in der Lage, bis zu sechs Elektronen aufzunehmen (Martín et al.1998) und auch in diesem Fall war die Anbindung an Benzoesäure oder Benzoyl-chlorid denkbar, da zu Teilstrukturen bereits veröffentlichte Ergebnisse vorhandenwaren (Melissaris et al., 1992). So sollte die Synthese über eine mit Buthyllithiumaktivierte Ethinylgruppe (Lamrani et al., 2000) verlaufen, die entweder an Benzoe-säure gebunden oder Teil eines bereits mit dem B12-Cluster umgesetzten Derivatsist.

OH

O

C60 +

Abbildung 19: Verknüpfung des Elektronenakzeptors C60 mit einem ππππ-System


37

4.2.2 Synthesen des NLO-Materials

4.2.2.1 7-(p-Bromphenyl)-tropiliden (18)

(Niem et al., 1977)

BF4-

BuLiBr Br Br+

C7H7BF4-

Mol. Wt.: 177,94C6H4Br2

Mol. Wt.: 235,90

18C13H11Br

Mol. Wt.: 247,13

6,406 g Tropylium-tetrafluoroborat (36 mmol) werden in 70 ml wasserfreiemDiethylether suspendiert. Man tropft langsam eine Lösung von 16,05 g Dibrombenzol(68 mmol, 1,88 eq) und 6,85 ml (68,5 mmol, 1,9 eq) Butyllithium (10 M in n-Hexan) in80 ml wasserfreiem Diethylether bei 0 °C hinzu. Das Reaktionsgemisch siedet unterRückflusskühlung für fünf Stunden. Man gießt die Reaktionslösung in 300 ml kaltezweimolare Salzsäure, trennt die Phasen, wäscht die organische Phase zweimal mit10%iger Natriumcarbonat-Lösung und Kochsalz-Lösung und trocknet über Natrium-sulfat. Das Lösungsmittel wird entfernt und der Rückstand mit zweimal 150 mlheißem n-Hexan extrahiert. Die vereinigten Extrakte werden evaporiert und derflüssige Rückstand im Hochvakuum destilliert (88-95 °C, 2 x 10-3 mbar, Literatur: 95-108 °C, 1,3 x 10-3 mbar). Die Zwischenausbeute beträgt 8,834 g (99 %, Literatur: 56%) gelbes Öl. Das Öl wird in 50 ml n-Pentan aufgenommen, um über Nacht bei -47°C 3,5 g weißen Feststoff auszufällen. Durch Einengen und wiederholte Fällung inder Kälte wird weiteres Produkt gesammelt.

Gesamtausbeute: 6,05 g (68 %) weißer Feststoff (bis 0 °C), bzw. gelbes Öl (ab 0 °C).Schmelzpunkt laut Literatur: 31-32 °C

MS (EI, 70 eV, 200 °C), m/z, relative Intensität:

28 (100 %), 82 (23 %), 91 (22 %), 152 (29 %), 167 (M+ - Br, 82 %), 246 (M+ mit 79Br,39 %), 248 (M+ mit 81Br, 39 %)


38

1H-NMR (Chloroform-d1):

0,77-1,58 (m, 0,4 H), 2,25 (t, 0,3 H), 2,62 (t, 1 H, -C7H-), 5,23-5,3 (m, 2 H, -C1,6H-),5,35-5,54 (m, 0,4 H), 6,13-6,21 (m, 2 H, -C2,5H-), 6,63-6,66 (m, 2 H, -C3,4H-), 7,1-7,18(m, 2 H, BrCCHCH-), 7,36-7,42 (m, 2 H, BrCCH-)

4.2.2.2 p-Bromphenyltropylium-tetrafluoroborat (19)

(Jutz et al., 1964)

Br C+BF4

-

BF4-

Br

18C13H11Br

Mol. Wt.: 247,13

+ +

C19H15BF4Mol. Wt.: 330,13

19C13H10BBrF4

Mol. Wt.: 332,93C19H16

Mol. Wt.: 244,33

BF4-

Mol. Wt.: 86,80C13H10Br+

Mol. Wt.: 246,13

1,25 g (5,06 mmol) 18 und 1,67 g (5,06 mmol) Triphenylmethyl-tetrafluoroboratwerden in 3 ml trockenem Acetonitril suspendiert und langsam bis zur Siede-temperatur erwärmt, um diese für drei Minuten zu halten. Zu der so gewonnenenLösung werden nach dem Abkühlen langsam tropfenweise 20 ml Ethylacetatzugegeben. Es fallen mikrofeine hellgelbe Nadeln aus der rotbraunen Lösung aus.Man filtriert ab und wäscht mit Ethylacetat und Diethylether nach.

Ausbeute: 1,7 g (100 %, Literatur: 79 %) Rohprodukt. Schmelzpunkt > 200 °C(Literatur: 228 °C).

Für analytische Zwecke wird eine Umfällung aus Acetonitril und Ethylacetat zweimalwiederholt. Man erhält hellgelbe Blättchen.

MS (ESI, Matrix Methanol/Aceton 9:1), m/z, relative Intensität:

Positiv: 73,2 (9 %), 139,1 (3 %), 181,2 (6 %), 203,1 (5 %), 245 (M+ mit 79Br, 100 %),247 (M+ mit 81Br, 98 %), 338,4 (24 %), 360,4 (4 %)Negativ: 87 (BF4

-, 100 %), 196,9 (7 %)

MS (FAB, Matrix NBA), m/z, relative Intensität:

Positiv: 77 (C6H5+, 12 %), 89 (11 %), 107 (9 %), 136 (22 %), 165 (M+ - Br, 14 %), 245

(M+ mit 79Br, 90 %), 247 (M+ mit 81Br, 100 %)


39

Negativ: 87 (BF4-, 100 %), 220 (8 %), 240 (23 %), 419 (M+ mit 79Br + 2 BF4

-, 28 %),421 (M+ mit 81Br + 2 BF4

-, 26 %)

1H-NMR (Aceton-d6):

1,19 (t, 0,15 H, -CH2CH3 aus Ethylacetat), 1,96 (s, 0,15 H, -CO-CH3 aus Ethylacetat),2,87 (s, 1 H), 4,05 (qa, 0,1 H, -CH2-) aus Ethylacetat), 7,92-7,97 (m, 2 H, BrCCHCH-), 8,09-8,14 (m, 2 H, BrCCH-), 9,35-9,5 (m, 4 H, -C1,6H-, -C2,5H-), 9,64-9,71 (m, 2 H, -C3,4H-)

13C-NMR (Aceton-d6):

128 (BrC-), 132,9 (BrCCorthoH-), 133,9 (-C7-CCmetaH-), 139,1 (-C7-Cpara-), 154,4 (-C1,6H-), 154,5 (-C3,4H-), 154,7 (-C2,5H-), 167,5 (-C7-)

4.2.2.3 p-Carboxyphenyltropiliden (20)

(Daub et al., 1985)

Br CO2

BuLi

OH

O

18C13H11Br

Mol. Wt.: 247,13

+

20C14H12O2

Mol. Wt.: 212,24

6,877 g (27,8 mmol) 18 werden in 40 ml wasserfreiem Diethylether unter Stickstoffvorgelegt und 2,83 ml (28,3 mmol) n-Butyllithium (10 M in n-Hexan) in weiteren 40 mlwasserfreiem Diethylether bei 0 °C unter Stickstoff zugetropft. Das rote Reaktions-gemisch wird für 20 Minuten bei Raumtemperatur gerührt und nochmals 20 Minutenunter Rückflusskühlung gesiedet. Danach leitet man bei -30 °C Kohlendioxid ein, bisaus der von rot zu gelb gewechselten Reaktionslösung kein weiterer weißer Feststoffmehr ausfällt. Man gibt bei 0 °C 100 ml einer kalten Lösung von Natriumhydrogen-sulfat hinzu und extrahiert mit zweimal 100 ml Diethylether. Die vereinigten Extraktewerden über Calciumchlorid getrocknet und vom Lösungsmittel befreit.

Rohausbeute: 4,634 g (79 %, Literatur: 58 %) gelbweißer Feststoff. Schmelzpunkt:135-140 °C (Literatur: 139-142 °C)


40

MS (EI, 70 eV, 208 °C), m/z, relative Intensität:

45 (17 %), 91 (18 %), 115 (11 %), 152 (35 %), 167 (M+ - CO2H, 100 %), 195 (66 %),211 (M+ - H, 49 %), 212 (M+, 52 %), 223 (15 %), 269 (12 %), 362 (18 %)


0,73-1,01 (m, 1 H, -CH3 aus Butylbromid), 1,1-1,5 (m, 2 H, -CH2- aus Butylbromid),2,65-2,74 (m, 0,4 H), 2,86 (t, 1 H, -C7H-), 5,37-5,49 (m, 2 H, -C1,6H-), 6,24-6,34 (m, 2H, -C2,5H-), 6,76-6,79 (m, 2 H, -C3,4H-), 7,28-7,39 (m, 2 H), 7,44-7,52 (m, 2 H, CO2H-CCHCH-), 7,84-7,88 (m, 2 H, CO2H-CCH-), 8,11 (dbr, 0,2 H)

4.2.2.4 Versuchte Darstellung von p-Carboxyphenyltropylium-tetrafluoroborat(21)

C+BF4

-

BF4-

20C14H12O2

Mol. Wt.: 212,24

+ +

C19H15BF4Mol. Wt.: 330,13

21C14H11BO2F4

Mol. Wt.: 298,04C19H16

Mol. Wt.: 244,33

OH

O

OH

O

BF4-

Mol. Wt.: 86,80C14H11O2

+

Mol. Wt.: 211,24

1,569 g (7,39 mmol) 20 und 2,441 g (7,39 mmol) Triphenylmethyl-tetrafluoroboratwerden in 7 ml trockenem Acetonitril suspendiert und langsam bis zur Siede-temperatur erwärmt, um diese für drei Minuten zu halten. Zu der so gewonnenenLösung werden nach dem Abkühlen langsam tropfenweise 50 ml Ethylacetatzugegeben. Es fällt ein brauner Feststoff als Staub aus der rotbraunen Lösung aus.Man filtriert ab und wäscht mit Ethylacetat und Diethylether nach. Für analytischeZwecke wird eine Umfällung aus Acetonitril und Ethylacetat zweimal wiederholt.

Gesamtausbeute: 1,325 g (60 %) brauner Feststoff. Schmelzpunkt: 175-177 °C(Literatur für Phenyltropylium-perchlorat: 184-184,5 °C)


Positiv: 77 (C6H5+, 34 %), 90 (38 %), 165 (52 %, M+ - CO2H, - H), 167 (Tr+ - C6H5, 39

%), 181 (39 %), 239 (10 %), 243 (Tr+, 11 %), 289 (8 %), 295 (6 %), 347 (44 %), 360(41 %), 379 (39 %), 447 (7 %)Negativ: 87 (BF4

-, 100 %), 220 (10 %), 240 (13 %), 331 (5 %), 553 (3 %)


41

MS (ESI, Matrix Acetonitril), m/z, relative Intensität:

Positiv: 74,2 (3 %), 122 (5 %), 167 (Tr+ - C6H5, 4 %), 180,2 (41 %), 209 (3,5 %),228,2 (8 %), 250,2 (9 %), 338 (12 %), 347 (13 %), 360,3 (76 %), 376,2 (10 %), 391 (9%), 408,2 (100 %), 424,2 (10 %)Negativ: 87 (BF4

-, 100 %), 265,1 (39 %), 293 (11 %), 309,1 (15 %), 325 (12 %), 339(8 %), 353,2 (10 %), 397,2 (4 %), 465,2 (3 %)

1H-NMR (Aceton-d6):

1,19 (t, 0,7 H, -CH2CH3 aus Ethylacetat), 1,96 (s, 0,7 H, -CO-CH3 aus Ethylacetat),2,87 (s, 3 H), 4,05 (qa, 0,5 H, -CH2-) aus Ethylacetat), 5,63 (sbr, 0,12 H, HC(Ph)3),7,13-7,31 (m, 2 H, HC(Ph)3), 8,17-8,21 (m, 2 H, Tropylium-CCH-), 8,36-8,41 (m, 2 H,Tropylium-CCHCH-), 9,39-9,61 (m, 4 H, -C1,6H-, -C2,5H-), 9,74-9,86 (m, 2 H, -C3,4H-)

4.2.2.5 Versuchte Darstellung von p-Tropylium-benzoylchlorid-tetrafluoroborat(22)

BF4-BF4

-

OH

O

Cl

O

22C14H10BClO2F4Mol. Wt.: 332,49

21C14H11BO2F4

Mol. Wt.: 298,04

Thionylchlorid

BF4-

Mol. Wt.: 86,80C14H10ClO2

+

Mol. Wt.: 245,69

1,47 g (6,9 mmol; 212,24 g/mol) Produkt aus der versuchten Synthese von 21, einTropfen trockenes Pyridin und 5 ml trockenes Dimethylformamid werden unterStickstoff vorgelegt. Dazu kommen 0,85 ml (11,7 mmol, 1,7 eq) Thionylchlorid, umanschließend für 2,5 Stunden bei 50 °C zu rühren. Danach wird das überschüssigeThionylchlorid im Hochvakuum entfernt.

Das Rohprodukt wird direkt weiter verwendet.


42

4.2.2.6 Natrium-tetramethylammonium-aminoundecahydro-closo-dodecaborat(24)

(Kück, 1996)

NaH

NH3+

N+

Na+

NH2

N+

23C4H26B12N2

Mol. Wt.: 231,99

24C4H25B12N2NaMol. Wt.: 253,97

2- 2-

500 mg (2,16 mmol) 23 werden in 10 ml trockenem Dimethylformamid gelöst. Mankühlt auf 0 °C und gibt 300 mg (7,5 mmol; 24 g/mol; 60 %ig in Öl) Natriumhydriddazu. Es wird für 30 Minuten gerührt, bis keine Gasentwicklung mehr zu beobachtenist.

Die so gewonnene Reaktionslösung wird für Folgeexperimente direkt weiter ver-wendet.

4.2.2.7 Tetramethylammonium-benzamidoundecahydro-closo-dodecaborat (25)

(Kück, 1996)

+HN

OHO

Cl

NH2

N+

N+

Na+ 2-2-

+

24C4H25B12N2NaMol. Wt.: 253,97

C7H5ClOMol. Wt.: 140,57

25C11H30B12N2OMol. Wt.: 336,10

C4H12N+

Mol. Wt.: 74,14C7H18B12NO-

Mol. Wt.: 261,96

Zum Reaktionsgemisch 24 (Ansatz aus 2,16 mmol Tetramethylammonium-ammoniumundecahydro-closo-dodecaborat und 7,5 mmol Natriumhydrid) werden bei0 °C 1,936 g (13,77 mmol) Benzoylchlorid in 10 ml trockenem Dimethylformamidüber einen Zeitraum von 15 Minuten unter Stickstoff getropft. Die Reaktionslösungwird für zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt und danach im Hochvakuum vomLösungsmittel befreit. Man wäscht den Rückstand mit 50 ml Diethylether und


43

kristallisiert aus 30 ml Wasser über Nacht bei 5 °C um. Das Filtrat wird mit dreimal 20ml Diethylether extrahiert und auf 5 ml eingeengt, um das Produkt auszufällen.

Ausbeute: 430 mg (59 %) weißer Feststoff.


Positiv: 74 (TMA+, 100 %), 136 (18 %), 176 (6 %)Negativ: 122 (17 %), 138 (11 %), 168 (28 %), 261 (B12-Isotopenmuster,M- - H, 60 %)

MS (FAB, Matrix Glycerin), m/z, relative Intensität:

Positiv: 75 (TMA+ + H, 49 %), 115 (26 %), 149 (26 %)Negativ: 71 (55 %), 127 (22 %), 151 (14 %), 163 (15 %), 237 (15 %), 261 (B12-Isotopenmuster,M- - H, 20 %)

1H-NMR (Dimethylsulfoxid-d6):

-0,3-2,45 (br, 11 H, -B12H11), 3,11 (s, 12 H, -CH3 aus TMA), 4,06 (sbr, 13 H,Kristallwasser), 7,47-7,58 (m, 2 H, -CmetaH-), 7,61-7,71 (m, 1 H, -CparaH-), 7,81-7,96(m, 2 H, -CorthoH-), 9,73 (sbr, 1 H, -NH)

4.2.2.8 Versuchte Darstellung von p-Tropylium-benzamidoundecahydro-closo-dodecaborat (26)

+HN

OHBF4

-

Cl

ONH2

N+

Na+2-

24C4H25B12N2NaMol. Wt.: 253,97

22C14H10BClO2F4Mol. Wt.: 332,49

26C14H23B12NO

Mol. Wt.: 351,07

+2-

Zum Reaktionsgemisch 24 (Ansatz aus 0,69 mmol 23 und 1,3 mmol Natriumhydrid)wird bei 0 °C das Reaktionsgemisch der versuchten Synthese von 22 (Ansatz aus0,69 mmol Produkt der versuchten Synthese von 21 und 0,117 mmol Thionylchlorid)über einen Zeitraum von 15 Minuten unter Stickstoff getropft. Die Reaktionslösungwird für zwei Stunden bei Raumtemperatur gerührt und danach im Hochvakuum vomLösungsmittel befreit. Man wäscht den Rückstand zweimal mit 10 ml Diethylether


44

und kristallisiert aus 15 ml Wasser über Nacht bei 5 °C um. Das Filtrat wird mitdreimal 10 ml Diethylether extrahiert und auf 3 ml eingeengt, um das Produktauszufällen.

Ausbeute: 56 mg zurück gewonnenes 23.

MS (ESI, Matrix Methanol/Aceton 1:1), m/z, relative Intensität:

Positiv: 74,1 (TMA+, 48 %), 250,3 (11 %), 306,4 (B12-Isotopenmuster, 10 %), 360,4(100 %), 395 (44 %), 408 (39 %), 413,4 (75 %), 537,6 (B12-Isotopenmuster, 11 %)Negativ: 158,3 (B12-Isotopenmuster, B12H11NH3

-, 100 %), 201,4 (B12-Isotopenmuster,20 %), 213,4 (B12-Isotopenmuster, 9 %), 234,3 (B12-Isotopenmuster, 22 %), 255,3 (22%), 389,4 (8 %), 518,4 (B12-Isotopenmuster, 11 %)

1H-NMR (Acetonitril-d3):

-0,3-2,6 (br, 10 H, -B12H11), 2,41 (s, 14 H), 3,08 (s, 12 H, -CH3 aus TMA), 4,81 (sbr, 2H, -NH3)

4.2.3 Ergebnisse der NLO-Synthesen

Zur Carboxylierung von 18 wurde Butyllithium erfolgreich eingesetzt. Allerdings führtedie Aufreinigung von 20 zu Schwierigkeiten, wie man sie bei Carbonsäurederivatenhäufig antrifft. Das gebildete Lithiumsalz war zwar in Wasser löslich, die wässrigePhase lies sich aber nicht mit Diethylether waschen, da das Produkt eine sinnvollePhasentrennung selbst nach Zentrifugation unmöglich machte. Auch die Umwand-lung in die korrespondierende Säure durch Zugabe einer gesättigten Lösung vonNatriumhydrogensulfat brachte nur geringen Erfolg. Die Säure konnte weder inwässriger Phase ausgefällt werden, noch gab es durch Extraktion mit organischenLösungsmitteln eine nennenswerte Aufreinigung. Da die erfolgreiche Synthese von20 mittels NMR (Abbildung 20) und Massenspektrometrie (Diagramm 1) trotzdemnachgewiesen werden konnte, kam das Rohprodukt bei Folgereaktionen zumEinsatz.

Die wiederholte Aufnahme eines NMR-Spektrums von 20 nach drei Monaten zeigte,dass eine Lagerung des Rohprodukts bei Raumtemperatur nur bedingt möglich ist.


45

Zu dem Zeitpunkt waren bereits deutlich Änderungen der Signalverschiebungen und-intensitäten zu beobachten, die von den Phenylprotonen ausgingen.

8.13

25

7.84

17

7.52

107.

3723

6.77

62

6.29

36

5.44

19

2.86

15

1.27

83

0.91

14

0.22

93

1.53

10

1.64

901.

8300

2.00

00

2.15

75

2.14

93

0.76

130.

3830

1.95

90

1.09

45

Inte

gral

(ppm)0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.5

Abbildung 20: 1H-NMR von 20 in Chloroform-d1 mit Verunreinigungen durch Butylbromid


46

EI-Massenspektrum von 20

m/z

50 100 150 200 250 300 350

Inte

nsitä

t [%

]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 167

91

195

212

223269

326

362

152

45181

Diagramm 1: Das Massenspektrum von 20 (m/z 212) mit Nebenprodukten höherer Massen

Das Tropyliumsalz 19 führte mangels Vergleichsdaten zu sehr überraschendenErgebnissen bei der Untersuchung durch die NMR-Technik. Waren schon dieSignale der Protonen aus dem Phenyl- und Tropyliumring im 1H-Spektrum starktieffeldverschoben, so wartete im 13C-Spektrum ein Phänomen auf, das die Wirkungder positiven Ladung im Tropyliumring besonders eindrucksvoll zeigte: Die Verschie-bungen der Kohlenstoffsignale des Phenylrings ließen sich nicht vollständig mit einerInkrementmethode nach Hesse, Meier und Zeeh (1995) vergleichen. Ein Elektronen-mangelrest wie der Tropyliumring bewirkte zwar eine Tieffeldverschiebung des direktsubstituierten ipso-Kohlenstoffs, sollte aber auch gleichzeitig das Signal der para-Position zusammen mit dem dort gebundenen Brom bei deutlich höherem Feld als128,5 ppm erscheinen lassen. Die folgenden Rechnungen verdeutlichten das.

Nur mit dem Substituenten Brom berechnet:

- Para (Brom): 123,1- Meta: 131,8- Ortho: 130,7- Ipso: 127,5

Beispielrechnung mit Brom und iso-Butyl mit seinem partial positiv geladenenZentrum als Ersatz für das Tropylium:


47

- Para (Brom): 120 ppm- Meta: 131,4 ppm- Ortho: 127,3 ppm- Ipso (iso-Butyl): 149,6 ppm

Gefundene Werte:

- Para (Brom): 128,3 ppm- Meta: 134,2 ppm- Ortho: 133,2 ppm- Ipso (Tropylium): 139,1 ppm

Während die zu erwartende Entschirmung des durch das Tropylium direkt sub-stituierten Kohlenstoffs zu beobachten war (139,1 ppm), setzte sich der umgekehrteTrend, der vom iso-Butyl vorgegeben wurde, an der durch Brom substituierten Stellenicht fort. Stattdessen nahm auch dort die Abschirmung ab und die entschirmendeWirkung des Tropyliums erfasste alle Kohlenstoffe des Phenylrings. Diesen Effektkonnte man nur auf die positive Ladung des Tropyliums zurückführen, da beiungeladenen Resten eine solche Wirkung nicht zu beobachtet war.

167.

5226

154.

6619

154.

5417

154.

3614

139.

0668

133.

8684

132.

8768

128.

0390

(ppm)

128132136140144148152156160164168

Abbildung 21: 13C-Spektrum von 19 in Aceton-d6

Nachdem aus 18 erfolgreich das Tropyliumsalz 19 dargestellt wurde, sollte dieseReaktion mit dem Carbonsäurederivat 20 wiederholt werden. Schon die Beschaffen-


48

heit des Produktes, welches nach Zugabe von Ethylacetat ausfiel, deutete darauf hin,dass nicht die gewünschte Verbindung entstand. Anstelle von feinen Blättchen oderNadeln erhielt man ein amorphes braunes Pulver.

Im FAB-Massenspektrum von 21 (Diagramm 2) konnte das Signal für ein möglichesAddukt aus dem häufigsten Matrixfragment (3-Nitro-benzylalkohol - OH, Masse = 136Dalton) und dem gewünschten Produkt (Masse = 211 Dalton) bei m/z 347 gefundenwerden. Neben Signalen, die weit über der gesuchten Masse lagen und aufNebenprodukte hinwiesen, fanden sich nur noch Massen, die eine Decarboxylierungdes Produkts anzeigten. Nun wurde auch die Mutterlauge eingeengt, aus der manmittels Ethylacetat ausgefällt hatte. Darin fand sich reinstes Tritan, was bei einererfolgreichen Dehydrierung auch zu erwarten war. Da das Tritylkation im Überschusseingesetzt wurde, musste man auch von einer unumgesetzten Menge ausgehen, dienicht zu finden war. Zu einem späteren Zeitpunkt, als bereits Folgesynthesen mit 21durchgeführt worden waren, zeigte sich, dass m/z 347 auch im ESI-Massenspektrummit einer anderen Matrix auftrat.

FAB-Massenspektrum von 21 in NBA (positiv)

m/z

100 150 200 250 300 350 400 450

Inte

nsitä

t [%

]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

7790

136

165

181

203 239

347360

379

447

Diagramm 2: Das Signal m/z 347 fand sich auch im ESI-Massenspektrum. Phenyltropylium warmit m/z 165 zu finden.


49

Da zuerst nur das FAB-Massenspektrum von 21 vorlag, ging man von der Hoffnungaus, dass das gewünschte Produkt doch entstanden war und führte dieFolgereaktion zum Intermediat 22 und die Endproduktsynthese zu 26 durch. Dasnachgereichte ESI-Massenspektrum diente schließlich zusätzlich als Erklärung fürdie missglückten Synthesen.

Die Charakterisierung von 26 mittels Massenspektrometrie zeigte klar, dass nebeneiner Reihe höhermolekularer Nebenprodukte nur das Edukt 23 zurück gewonnenwerden konnte.

4.2.4 Diskussion der Ergebnisse der NLO-Synthesen

Unabhängig von der missglückten Synthese des Intermediats 22 und demEndprodukt 26 wurde die Vorgehensweise dokumentiert, da sie inhaltlich richtig warund bis dato nur der Fehlschlag bei der Synthese von 21 dafür verantwortlichgemacht werden kann. Die Dokumentation soll deshalb als Vorlage für eineWiederholung der Experimente nach einer erfolgreichen Synthese von 21 dienen.

Als möglicher Grund für den Fehlschlag bei der Dehydrierung von 20 zu 21 warennicht ausreichend trockene Bedingungen bei der Durchführung zu nennen. Auch dieReinheit der eingesetzten Verbindung 20 war zu berücksichtigen. Darüber hinausdurfte nicht die Frage außer Acht gelassen werden, ob 20 stabil genug gegenüberdem eingesetzten Dehydrierungsmittel war, da das Edukt mit seiner Carboxylgruppenach der Umsetzung nicht mehr detektiert wurde.

Dewar und Ganellin (1959) beschäftigten sich ausgiebig mit der Dehydrierung desdurch Carbonsäure substituierten Tropiliden. Sie fanden eine ganze Reihe vonReagenzien, die nicht nur in der Lage waren, den Siebenring zu dehydrieren,sondern durch bisher ungeklärte Mechanismen auch Kohlendioxid oder Kohlen-monoxid freisetzten. So führte die Umsetzung von Acetyl-tetrafluoroborat mit 7-Carboxy-tropiliden zu Essigsäure, Kohlenmonoxid und dem Tropyliumsalz mit fast100 % Ausbeute. Analog einer Reaktion mit Trityl-tetrafluoroborat müsste demnachTritol zu finden sein, was nicht der Fall war. Eine Decarboxylierung sollte aber vordiesem Hintergrund trotzdem nicht ausgeschlossen werden. Neben 7-Carboxy-tropiliden konnten auch andere Säure- und Säurechloridderivate des Tropilidens


50

unter ähnlichen Bedingungen decarboxyliert werden (Dewar und Ganellin, 1959 undweiterführende Literatur).

Eine Alternative zur Dehydrierung mittels Tritylkationen bietet sich hier mit derelektrochemischen Dehydrierung an, bei der nach Grubert et al. (1999) 50 % 21neben seiner Ausgangsverbindung 20 entstanden. In der zitierten Referenz wurdeallerdings auf die Dokumentation der Isolierung und Charakterisierung des Produktsverzichtet. Als weitere Alternative wäre die Umsetzung von 20 mit einem sterischanspruchsvollen Alkohol zum Ester zu nennen, dessen Stabilität bei der folgendenDehydrierung möglichst erhöht ist. Allerdings sind die freien Elektronenpaare desdadurch verbrückten Sauerstoffatoms sicher nur schwer abzuschirmen. Nach derDehydrierung kann der Ester verseift werden, um zum Zielprodukt 21 zu kommen.

Die Reinheit des Carbonsäurederivats 20 war bis dato ebenfalls nicht befriedigend.Fällungsexperimente mit größeren Kationen wie zum Beispiel Cäsium könnten hierzum Ziel führen. Die Durchführung einer Reaktion ausgehend von p-Brombenzoe-säure und Tropylium stellt ebenfalls eine Alternative dar, obwohl die Nebenreaktionder Benzoesäure mit sich selbst (Gomis et al., 1999) kontrolliert werden müsste.

Zur Chlorierung von 21 mittels Thionylchlorid (Daub et al., 1985) steht mit der vonPandey und Dougherty (1989) verwendeten Methode und dem Einsatz von Oxalyl-chlorid ebenfalls eine gute Alternative zur Verfügung, falls der erste Weg widererwarten nicht zum Ziel führt.

Die Synthese eines NLO-Chromophors auf Basis des Fullerens C60 konnte imRahmen dieser Arbeit nicht mehr in Angriff genommen werden.


51

4.3 Monomerbausteinsynthesen

4.3.1 Syntheseplanung und Verlauf zur Darstellung vonMonomerbausteinen im Überblick

Die Verbindungen 12 und 13, bereits in ausreichenden Mengen im Rahmen derDiplomarbeit des Autors (1999) dargestellt (siehe 3.1), dienten als Ausgangsmaterialfür die Synthesen der beiden Phosphoramidite 1 und 2, bei denen in einfachsterWeise Vorschriften von Atkinson und Smith (1984) befolgt wurden. 1 unterschied sichdabei von 2 inhaltlich nur durch die Verteilung der Funktionen Phosphoramidit undgeschützter Alkohol auf zwei verschiedene Reste am Schwefel. Falls das Sulfonium-ion gegenüber Basen nicht stabil war, wurden zur Sicherheit in 2 beide Funktionen ineinem Rest vereint. Die Umwandlung in einen Thioether hat so nur den Verlust derfunktionslosen Cyanoethylgruppe zur Folge, die leichter abgespalten wird.

S+O OP

O

CN

N

12 1

2-

S+HO O

2-

OO

S+NC

P

N

ONC

OHO

S+NC

13 2

2-2-

NC

P

O

N

Cl

CDP

Abbildung 22: Phosphorylierung mit dem Kopplungsreagenz Chlor-(2-cyanethoxy)-diisopropyl-amino-phosphoramidit (CDP). Gegenionen sind wegen der besseren Übersicht nicht

dargestellt.

Die Synthese von 1 wurde als erstes untersucht, da hier mit den primären Alkoholensterisch weniger anspruchsvolle Gruppen Verwendung fanden als bei 2.


52

Da zu Beginn dieser Arbeit Schwierigkeiten mit dem Phosphorylierungsschritt auf-traten, wurde zum besseren Vergleich nach der gleichen Methode der bekannteMonomerbaustein 3 synthetisiert und mit dem Ergebnis von Mellor et al. (1998)verglichen.

Wie bei der Synthese der borierten Monomerbausteine wurde auch bei der Auswahldes Verfahrens zur Oligomerisierung der Bausteine berücksichtigt, dass es zweiMöglichkeiten gab, ans Ziel zu kommen. Deshalb stand für den Fall, dass sich diePhosphittriestermethode nicht bewährt, von Anfang an auch die ältere Phospho-triestermethode zur Diskussion. Aus diesem Grund wurde neben 3 der Phosphor-säureester 4 nach Ito et al. (1982) synthetisiert. Analog dieser Musterverbindungkonnten weitere borierte Monomerbausteine folgen, falls es bei den Phosphor-amiditen zu Schwierigkeiten kam. Auf eine ausführliche Beschreibung der Dar-stellung von 3 und 4 wurde in dieser Arbeit verzichtet.

O

O

NH

O

ON

O

O

PO O-

O

Cl

NH+

4

O

O

O

NH

O

ON

O

O

PO N

CN

3

O

Abbildung 23: Standardmonomere für die Oligomerisierung nach der Phosphit- (3) undPhosphotriestermethode (4)

Für die Darstellung der Monomerbausteine 9 und 10 wurden die Vorstufen 5 und 6benötigt, die anstelle der Trityl- die Dimethoxytritylgruppe zum Schutz eines freienAlkohols beinhalten (Abbildung 24). Um der erhöhten Instabilität dieser Schutzgruppegegenüber Säuren Rechnung zu tragen, mussten die Bedingungen für diechromatographische Aufreinigung entsprechend angepasst, das heißt, mit Hilfe vonTriethylamin basisch gestaltet werden (Kim et al., 1992).

Eine direkte Verknüpfung der Schutzgruppe mit einem Alkohol in Gegenwart desBorclusters war sowohl im Falle von Trityl als auch Dimethoxytrityl nicht möglich, dahier eine Reaktion mit dem Borcluster bevorzugt ablief (Perleberg, 1998). Deshalbwurden die Vorstufen 5 und 6 verwendet und mit den Borkomponenten 15 und 16


53

verknüpft, die ebenfalls schon aus der dieser Arbeit vorausgehenden Diplomarbeitdes Autors stammten (siehe 3.1). Der Syntheseweg, der zu den Verbindungen 7 und8 führte, konnte aus der Darstellung von 12 und 13, abgeleitet werden.

S+HO O

7

2-

O

O

O

Br

5S

2-

OH

15O

O

OHO

S+NC

O

O

O

Br

HO

S

NC

O

O

8

2-

2-

16

6

S+O OP

O

CN

N

NC

P

O

N

Cl

9

2-

O

O

OO

S+NC

P

N

ONC

10

O

O

2-

Abbildung 24: Indirekte Anknüpfung der Dimethoxytritylgruppe an 15 und 16 mitanschließender Phosphorylierung zu 9 und 10

Die Phosphorylierung von 7 und 8 zu den Monomerbausteinen 9 und 10 wurdeunverändert aus der Vorgehensweise zur Synthese von 1 und 2 (Atkinson und Smith,1984) übernommen.


54

4.3.2 Synthesen der Monomerbausteine

4.3.2.1 Diisopropylethylammonium-((2’’-cyanethoxy)-(diisopropylamino)-phosphinyl-3-oxypropyl)-(3’-trityloxy-propyl)-sulfonium-undecahydro-closo-dodecaborat (1)

S+O OP

O

CN

N

NH+

NC

P

O

N

Cl

12C29H51B12NO2SMol. Wt.: 607,52

CDPC9H18ClN2OP

Mol. Wt.: 236,68

+

N+

1C42H76B12N3O3PS

Mol. Wt.: 863,84

Diisopropyl-ethylamin

2-

S+HO O

2-

C8H20N+

Mol. Wt.: 130,25C34H56B12N2O3PS-

Mol. Wt.: 733,59

Zu 50 mg (82 µmol) 12 werden der Reihe nach unter Stickstoff 32 mg (247 µmol, 3eq, 129,25 g/mol) trockenes Diisopropylethylamin, 0,5 ml trockenes Chloroform und29 mg (124 µmol, 1,5 eq) CDP gegeben. Nach fünf Minuten überführt man dieLösung in 10 ml trockenes n-Hexan. Das Präzipitat wird abfiltriert und imHochvakuum von Lösungsmittelresten befreit.

Ausbeute: 63 mg (89 %) weißer Schaum


Positiv: 130 (DIEAH+, 100 %), 243 (Tr+, 10 %)Negativ: 141 (B12-Isotopenmuster, B12H11

-, 20 %), 383 (B12-Isotopenmuster, 7 %),533 (B12-Isotopenmuster, 1,4 %), 624 (B12-Isotopenmuster, 1,6 %), 650 (B12-Isotopenmuster, 2 %), 733 (B12-Isotopenmuster, M-, 4 %), 749 (B12-Isotopenmuster,M- + O, 1,3 %), 786 (B12-Isotopenmuster, 1,5 %)


0-2,4 (br, 11 H, -B12H11), 1,05-1,15 (m, 12 H, -PN(CH(CH3)2)2), 1,17-1,41 (m, 26 H, -CH(CH3)2 und -CH2CH3 aus DIEAH), 1,99 + 2,01 (2 x qi br, 4 H, -CH2CH2CH2-), 2,46-2,91 (m, 8 H, -CH2CH2 CH2OTr, -CH2CN, -CH2- aus DIEAH), 3,07-3,33 (m, 2 H, -


55

PN(CH)2-), 3,54 (sep, 4 H, -CH- aus DIEAH), 3,7-4,0 (m, 2 H, -CH2CH2CN), 4,02-4,3(m, 2 H, -CH2CH2CH2OP), 7,04-7,47 (m, 15 H, Hortho, Hmeta, Hpara)

31P- NMR (Chloroform-d1):

11,6 + 19,5 (2 x sep, 18 %, -NPOH(O)O-, Hydrolyseprodukt des CDP), 139,5 (m, 6%, Nebenprodukt durch Diisopropylethylamin), 148,8-148,9 (m, 100 %,diastereomere Enantiomerenpaare)

31P- NMR {1H-entkoppelt} (Chloroform-d1):

15,5 (s, 18 %, -NPOH(O)O-, Hydrolyseprodukt des CDP), 139,6 (m, 5 %,Nebenprodukt durch Diisopropylethylamin), 148,7-149 (m, 100 %, diastereomereEnantiomerenpaare)

13C- NMR (Chloroform-d1):

19,9 (-CH2CH2OP), 20,2 (-PN(CH(CH3)2)2), 22,8 (-CH2CH3), 24,5 (-NH(CH(CH3)2)2),27,4 (-CH2CH2OTr), 28 (-CH2CH3), 29,5 (-CH2CN), 37,7 (-CH2CH2CH2-OP), 42,8 (-PN(CH(CH3)2)2), 45,1 (-CH2CH2CH2-OTr), 55,5 (-NH(CH(CH3)2)2), 58 (-CH2OTr),58,4 (-CH2CH2CN), 61,1 (-CH2CH2CH2-OP), 86,5 (-C(Ph)3), 117,8 (-CN), 127 (Cpara),127,8 (Cortho), 128,4 (Cmeta), 143,6 (Cipso)

11B-NMR (Chloroform-d1):

-4,81 (1 B), -14,96 (14 B)


56

4.3.2.2 Diisopropylethylammonium-(2’-cyanoethyl)-(((2’’-cyanethoxy)-(diisopropylamino)-phosphinyl)-2-oxy-3-trityloxy-propyl)-sulfonium-undecahydro-closo-dodecaborat (2)

NC

P

O

N

Cl

OO

S+NC

P

N

ONC

NH+

OHO

S+NC

N+

CDPC9H18ClN2OP

Mol. Wt.: 236,68

+


13C31H51B12N2O2SMol. Wt.: 646,55

2C42H73B12N4O3PS

Mol. Wt.: 874,83

2-2-

C8H20N+

Mol. Wt.: 130,25C34H53B12N3O3PS-

Mol. Wt.: 744,58

Zu 50 mg (77 µmol) 13 werden der Reihe nach unter Stickstoff 30 mg (232 µmol, 3eq, 129,25 g/mol) trockenes Diisopropylethylamin, 0,5 ml trockenes Chloroform und28 mg (116 µmol, 1,5 eq) CDP gegeben. Nach fünf Minuten überführt man dieLösung in 10 ml trockenes n-Hexan. Das Präzipitat wird abfiltriert und imHochvakuum von Lösungsmittelresten befreit.



Positiv: 102 (TEAH+, 32 %), 130 (DIEAH+, 100 %), 243 (Tr+, 10 %)Negativ: 141 (B12-Isotopenmuster, B12H11

-, 100 %), 690 (B12-Isotopenmuster, 6 %),744 (B12-Isotopenmuster, M-, 43 %), 760 (B12-Isotopenmuster, M- + O, 6 %), 897(B12-Isotopenmuster, M- + NBA, 2 %)

1H-NMR (Aceton-d6):

0,2-2,6 (br, 11 H, -B12H11), 0,87 (m, 4 H, -CH3 aus n-Hexan), 1,09-1,28 (m, 12 H, -(CH(CH3)2)2), 1,26 (m, 5 H , -CH2- aus n-Hexan), 1,36 (t, 6 H, -CH3 aus TEAH), 1,45(d, 24 H, -(CH(CH3)2)2 aus DIEAH), 1,46 (t, 6 H, -CH2CH3 aus DIEAH), 2,51-3,30 (m,4 H, -OCH2CH2CN, -SCH2CH2CN), 3,2 (qa, 4 H, -CH2- aus TEAH), 3,25 (qa, 4 H, -CH2- aus DIEAH), 3,31-4,28 (m, 10 H, -OCH2CH2CN, -SCH2CH2CN, -CH2CH(OP)CH2-, -N(CH)2-), 3,75 (sep, 4 H, -(CH)2- aus DIEAH), 4,45 (m, 1 H, -CH(OP)-), 7,23-7,39 (m, 9 H, Hortho, Hpara), 7,48-7,53 (m, 6 H, Hmeta)


57


-0,04 (s, 6 %, -OP(O)OH, Hydrolyseprodukt des CDP), 8,8-9,4 (m, 10 %), 14,8 (s, 22%, -NPOH(O)O-, Hydrolyseprodukt des CDP), 32,7-36,4 (m, 2 %), 141,3 (m, 1 %,Nebenprodukt durch Diisopropylethylamin), 150,4-151,3 (4 s, 100 %, diastereomereEnantiomerenpaare des Produktes im Verhältnis 3:2)

4.3.2.3 3-Dimethoxytrityloxy-1-brompropan (5)

O

O

+

O

Cl

O

O

C3H7BrOMol. Wt.: 138,99

C21H19ClO2Mol. Wt.: 338,83

DMAPTriethylamin

Br

5C24H25BrO3

Mol. Wt.: 441,36

OHBr

5 g (14,76 mmol, 1,15 eq) Dimethoxytritylchlorid und 100 mg 4-Dimethylaminopyridin(DMAP) werden in 50 ml trockenem Dimethylformamid gelöst. Dazu tropft man 1,784g (12,83 mmol) Hydroxypropylbromid und 1,558 g (15,4 mmol, 1,2 eq, 101,19 g/mol)trockenes Triethylamin in 50 ml trockenem Dimethylformamid. Es wir für 24 Stundengerührt. Die Reaktion wird durch das Schütten der Reaktionslösung in 600 mlEiswasser beendet. Man extrahiert mit drei Portionen Chloroform zu je 100 ml undwäscht die vereinigte organische Phase mit 100 ml Wasser und 100 ml gesättigterNatriumchlorid-Lösung. Es wird über Natriumsulfat getrocknet und im Vakuum vomLösungsmittel befreit. Der Rückstand wird chromatographiert.

Ausbeute: 6,3 g (davon maximal 5,662 g, 12,83 mmol) hellgelbes Öl als Gemisch mitLösungsmittel.

Säulenchromatographie:

Stationäre Phase = 400 g Kieselgel (∅ = 6 cm, 34,5 cm Höhe), mobile Phase = 875-1170 ml Chloroform/Triethylamin (100:3)

MS (EI, 70 eV), m/z, relative Intensität:


58

77 (C6H5+, 10 %), 105 (C7H5O+, 22 %), 135 (46 %), 243 (Tr+, 18 %), 303 (DMTr+, 100

%), 363 (M+ - C6H5, 6 %), 440 (M+ - H, 14 %)

1H-NMR (Chloroform-d1, TMS):

2,02 + 2,11 (2 x qi, 2 H, BrCH2CH2-), 3,2 + 3,21 (2 x t, 2 H, BrCH2-), 3,56 + 3,7 (2 x t,2 H, -CH2OTr), 3,78 (s, 6 H, -OCH3), 6,8-6,84 (m, 4 H, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,19-7,35 (m, 7 H, -CHmetaCHpara, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,40-7,45 (m, 2 H, -CHorthoCHmetaCHpara)

1H-NMR (Aceton-d6):

2,03 + 2,12 (2 x qi, 2 H, BrCH2CH2-), 2,85 (s, 0,2 H, DMTrOH), 3,21 + 3,22 (2 x t, 2H, BrCH2-), 3,64 + 3,76 (2 x t, 2 H, -CH2OTr), 3,78 (s, 6 H, -OCH3), 6,86-6,9 (m, 4 H,-CHorthoCHmetaCOCH3), 7,19-7,38 (m, 7 H, -CHmetaCHpara, -CHorthoCHmetaCOCH3),7,45-7,52 (m, 2 H, -CHorthoCHmetaCHpara), 8,01 (s, 0,4 H, Verunreinigung desLösungsmittels)

13C-NMR (Chloroform-d1, TMS):

30,9 (Br-CH2-), 33,3 + 33,5 (BrCH2CH2-), 42,3, 55,2 (-OCH3), 60 + 61 (-CH2O-), 85,9(-C(PhOCH3)2Ph), 113 (-CmetaCparaOCH3), 126,7 (-CparaH), 127,8 (-CmetaCparaH), 128,1(-CorthoCmetaCparaH), 130 (-CorthoCmetaCparaOCH3), 136,3 (-CipsoCorthoCmetaCparaOCH3),145 (-CipsoCorthoCmetaCparaH), 158,4 (-CparaOCH3)

IR (KBr):

3055 (w, υ -CH2-Br), 3023 (w, υ Ar-H), 2920 (w), 2819 (m, υ -O-CH3), 2361 (m, υ

CO2), 1797 (w), 1649 (w, υ C=C), 1607 (w), 1482 (m, δ -CH2-), 1439 (m, δ -CH2-),

1250 (w), 1208 (w), 1087 (m, δ C-O), 1074 (s, δ C-O), 1015 (m), 999 (m), 830 (s, δ C-

Haromatisch aus Methoxyphenyl), 735 (m, δ C-Haromatisch aus Phenyl), 634 (m)


59

4.3.2.4 2-Hydroxy-3-dimethoxytrityloxy-1-brompropan (6)

O

O

+

O

Cl

O

O

C3H7BrO2Mol. Wt.: 154,99

C21H19ClO2Mol. Wt.: 338,83

DMAPTriethylamin

Br

6C24H25BrO4

Mol. Wt.: 457,36

HO

OH

Br

HO

Ein Gemisch aus 2 g (5,9 mmol, 1,1 eq) Dimethoxytritylchlorid, 832 mg (5,37 mmol)3-Brom-1,2-propandiol, 815 mg (8,05 mmol, 1,5 eq, 101,19 g/mol) trockenemTriethylamin und 40 mg 4-Dimethylaminopyridin wird in 10 ml trockenem Dichlor-methan unter Stickstoff für 24 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Danach schüttetman die Reaktionslösung in 20 ml Eiswasser und extrahiert mit dreimal 5 ml Dichlor-methan. Die organische Phase wird über Natriumsulfat getrocknet, im Vakuum vomLösungsmittel befreit und der Rückstand chromatographiert.

Ausbeute: 1,572 g (64 %) weißer Schaum.


Stationäre Phase = 200 g Kieselgel (∅ = 4 cm, 40 cm Höhe), mobile Phase = 325-375 ml Acetonitril/Chloroform/Triethylamin (50:50:3)

MS (DCI, Matrix NH3), m/z, relative Intensität:

Positiv: 74 (100 %), 102 (60 %), 135 (80 %), 213 (60 %), 243 (Tr+, 95 %), 303(DMTr+, 90 %), 320 (90 %), 456 (M+ - H, 58 %)Negativ: 79 (Br-, 85 %), 235 (60 %), 537 (M + Br-, 100 %)


60


2,02 (s, 2 H), 2,46 (d, 1 H, -CH(OH)-), 2,81 (s, 0,1 H, DMTrOH), 3,29 (dqa, 2 H,BrCH2-), 3,56 (dqa, 2 H, -CH2O-), 3,81 (s, 6 H, -OCH3), 3,94 (sex, 1 H, -CH(OH)-),6,8-6,9 (m, 4 H, -CHorthoCHmetaCOCH3 aus Produkt und DMTrOH), 7-7,5 (m, 9 H, -CHorthoCHmetaCHpara, -CHorthoCHmetaCOCH3 aus Produkt und DMTrOH)

13C-NMR (Chloroform-d1, TMS):

35,2 (BrCH2-), 54,5 (-OCH3), 64,4 (-CH2O-), 70 (-CH(OH)-), 81,1 (HOC(Ph)DMPh2),86,2 (-CH2OC-), 113,6 (-CmetaCparaOCH3 aus Produkt), 114 (-CmetaCparaOCH3 ausDMTrOH), 127,5 (-CparaH), 128,5 (-CmetaCparaH aus DMTrOH), 128,6 (-CmetaCparaHaus Produkt), 128,7 (-CorthoCmetaCparaH aus Produkt), 129,8 (-CorthoCmetaCparaH ausDMTrOH), 130,7 (-CorthoCmetaCparaOCH3 aus Produkt), 131 (-CorthoCmetaCparaOCH3 ausDMTrOH), 136,5 (d, -CipsoCorthoCmetaCparaOCH3 aus Produkt), 137,2 (-CipsoCorthoCmetaCparaOCH3 aus DMTrOH), 140,4, 145,7 (-CipsoCorthoCmetaCparaH ausProdukt), 148,5 (-CipsoCorthoCmetaCparaH aus DMTrOH), 159,1 (-CparaOCH3 ausDMTrOH), 159,8 (-CparaOCH3 aus Produkt)

IR (KBr):

3058 (w, υ -CH2-Br), 3024 (w, υ Ar-H), 2921 (w), 2871 (w, υ O-H⋅⋅⋅O), 2362 (m, υ

CO2), 1796 (w), 1648 (w, υ C=C), 1488 (m, δ -CH2-), 1445 (m, δ -CH2-), 1212 (w),

1081 (m, δ C-O), 1033 (w), 1001 (w), 978 (w), 921 (w), 833 (s, δ C-Haromatisch aus

Methoxyphenyl), 736 (m, δ C-Haromatisch aus Phenyl), 635 (w)


61

4.3.2.5 Triethylammonium-(3’-hydroxypropyl)-(3-dimethoxytrityloxy-propyl)-sulfonium-undecahydro-closo-dodecaborat (7)

NH+

S+HO O

7C33H59B12NO4SMol. Wt.: 695,62

+Triethylamin

2-O

O

O

Br

5C24H25BrO3

Mol. Wt.: 441,36

N+

S

2-

OH

15C11H42B12N2OSMol. Wt.: 380,26

O

O

2

C6H16N+

Mol. Wt.: 102,20C27H43B12O4S-

Mol. Wt.: 593,42

380 mg (1 mmol) 15 und 737 mg (1,5 mmol bei einem rechnerischen Gehalt von 90%, siehe Ausbeute unter 4.3.2.3) 5 werden in 75 ml trockenem Acetonitril für 48Stunden unter Stickstoff und Rückflusskühlung gesiedet. Das Lösungsmittel wird imVakuum entfernt und der Rückstand chromatographiert.

Ausbeute: 327 mg (47 %) weißer Schaum.


Stationäre Phase = 7,5 g Kieselgel (∅ = 1 cm, 24 cm Höhe), mobile Phase = 60-80ml Acetonitril/Chloroform/Triethylamin (50:50:3)


Positiv: 102 (TEAH+, 100 %)Negativ: 459 (B12-Isotopenmuster, 8 %), 593 (B12-Isotopenmuster, M-, 17 %), 745(B12-Isotopenmuster, M- + NBA, 2 %)

1H-NMR (Aceton-d6):

0,2-2,75 (br, 11 H, B12H11), 1,39 (t, 9 H, -CH3 aus TEAH), 1,98 (qi br, 2 H, -CH2CH2OH), 2,11 (qi br, 2 H, -CH2CH2OC-), 2,9-3,3 (m, 6 H, -SCH2-, -CH2OC-), 3,41(qa, 6 H, -CH2- aus TEAH), 3,65 (t, 2 H, -CH2OH), 3,78 (s, 6 H, -OCH3), 6,88-6,92(m, 4 H, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,17-7,36 (m, 7 H, -CHmetaCHpara, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,41-7,47 (m, 2 H, -CHorthoCHmetaCHpara), 8,01 (s, 0,1 H,Verunreinigung des Lösungsmittels)


62


8,7 (-CH3 aus TEAH), 27,2 (-CH2CH2OC-), 29,8 (-CH2CH2OH), 38 + 38,6 (-SCH2-),47,5 (-CH2- aus TEAH), 54,9 (-OCH3), 60 + 61,6 (-CH2O-), 86,3 (-C(PhOCH3)2Ph),113,4 (-CmetaCparaOCH3), 127 (-CparaH), 128,2 (-CmetaCparaH), 128,4 (-CorthoCmetaCparaH), 130,4 (-CorthoCmetaCparaOCH3), 136,5 (d, -CipsoCorthoCmetaCparaOCH3),145,8 (-CipsoCorthoCmetaCparaH), 159,1 (-CparaOCH3)


63

4.3.2.6 Triethylammonium-(2’-cyanoethyl)-(2-hydroxy-3-dimethoxytrityloxy-propyl)-sulfonium-undecahydro-closo-dodecaborat (8)

OHO

S+NC+Triethylamin

8C33H56B12N2O4SMol. Wt.: 706,61

2-

NH+

O

O

O

Br

6C24H25BrO4

Mol. Wt.: 457,36

HOS

NC

2-

N+2

16C11H39B12N3SMol. Wt.: 375,25

O

O

C6H16N+

Mol. Wt.: 102,20C27H42B12NO4S-

Mol. Wt.: 604,41

375 mg (1 mmol) 16 und 762 mg (1,5 mmol bei einem rechnerischen Gehalt von 90%) 6 werden in 75 ml trockenem Acetonitril für 48 Stunden unter Stickstoff undRückflusskühlung gesiedet. Das Lösungsmittel wird im Vakuum entfernt und derRückstand chromatographiert.



Stationäre Phase = 100 g Kieselgel (∅ = 3 cm, 30,2 cm Höhe), mobile Phase = 200-240 ml Acetonitril/Chloroform/Triethylamin (50:50:3)


Positiv: 102 (TEAH+, 100 %), 303 (DMTr+, 10 %)Negativ: 141 (B12-Isotopenmuster, B12H11

-, 30 %), 443 (B12-Isotopenmuster, 3 %),551 (B12-Isotopenmuster, M- - CH2CH2CN, 3 %), 605 (B12-Isotopenmuster, M-, 7 %)


0-2,7 (br, 11 H, B12H11), 1,23 (t, 9 H, -CH3 aus TEAH), 1,96 (s, 2 H), 2,4 (br, Wasser),2,9-3,5 (m, 8 H, -CH2CH2CN, -CH2CH(OH)CH2-), 3,12 (qa, 6 H, -CH2- aus TEAH),3,7-3,88 (m, 1 H, -CH(OH)-), 3,77 (s, 6 H, -OCH3), 4,07 (s br, 1 H, -CH(OH)-), 6,84-6,92 (m, 4 H, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,23-7,36 (m, 7 H, -CHmetaCHpara, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,44-7,47 (m, 2 H, -CHorthoCHmetaCHpara)


64

1H-NMR (Aceton-d6):

0-2,7 (br, 11 H, B12H11), 1,39 (t, 9 H, -CH3 aus TEAH), 2,8-3,52 (m, 7 H, -CH2CH2CN,-CH2CH(OH)CH2-), 3,43 (qa, 6 H, -CH2- aus TEAH), 3,61-3,8 (m, 1 H, -CH(OH)-),3,78 (s, 6 H, -OCH3), 4,26 (s br, 1 H, -CH(OH)-), 6,81-6,93 (m, 4 H, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,12-7,39 (m, 7 H, -CHmetaCHpara, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,48-7,53 (m, 2 H, -CHorthoCHmetaCHpara)


8,7 (-CH3 aus TEAH), 15,3 (d), 36,9 (), 38,5 (), 44,2 (), 46,4 (), 47,1 (), 47,5 (-CH2-aus TEAH), 55 (-OCH3), 66,5 (), 67 (), 67,4 (), 69,2 (), 71,1 (), 86,7 (d, -CH2OC-),113,5 ((-CmetaCparaOCH3 aus DMTrOH), 113,6 (), 113,7 (-CmetaCparaOCH3 ausProdukt), 118,1 (d, -CN), 127,1 (-CparaH), 127,3 (-CparaH), 128,2 (-CmetaCparaH ausDMTrOH), 128,4 (-CmetaCparaH aus Produkt), 128,8 (-CorthoCmetaCparaH aus Produkt),128,9 (-CorthoCmetaCparaH aus DMTrOH), 130,8 (-CorthoCmetaCparaOCH3), 136,4 (d, -CipsoCorthoCmetaCparaOCH3 aus Produkt), 136,5 (-CipsoCorthoCmetaCparaOCH3 ausDMTrOH), 145,9 (d, -CipsoCorthoCmetaCparaH), 159,3 ((-CparaOCH3 aus DMTrOH), 159,5(-CparaOCH3 aus Produkt)


65

4.3.2.7 Diisopropylethylammonium-((2’’-cyanethoxy)-(diisopropylamino)-phosphinyl-3-oxypropyl)-(3’-dimethoxytrityloxy-propyl)-sulfonium-undecahydro-closo-dodecaborat (9)

S+O OP

O

CN

N

NH+

NC

P

O

N

Cl

CDPC9H18ClN2OP

Mol. Wt.: 236,68

+

9C44H80B12N3O5PS

Mol. Wt.: 923,89


2-

NH+

S+HO O

7C33H59B12NO4SMol. Wt.: 695,62

2-

O

O

O

O

C8H20N+

Mol. Wt.: 130,25C36H60B12N2O5PS-

Mol. Wt.: 793,64

Zu 50 mg (72 µmol) 7 werden der Reihe nach unter Stickstoff 28 mg (216 µmol, 3 eq,129,25 g/mol) trockenes Diisopropylethylamin, 0,5 ml trockenes Chloroform und 26mg (108 µmol, 1,5 eq) CDP gegeben. Nach fünf Minuten überführt man die Lösung in10 ml trockenes n-Hexan. Das Präzipitat wird abfiltriert und im Hochvakuum vonLösungsmittelresten befreit.



Positiv: 102 (TEAH+, 33 %), 130 (DIEAH+, 100 %), 303 (DMTr+, 7 %)Negativ: 141 (B12-Isotopenmuster, B12H11

-, 100 %), 432 (B12-Isotopenmuster, 9 %),443 (B12-Isotopenmuster, 10 %), 691 (B12-Isotopenmuster, 31 %), 707 (B12-Isotopenmuster, 4 %), 794 (B12-Isotopenmuster, M-, 28 %), 810 (B12-Isotopenmuster,M- + O, 2,5 %), 993 (B12-Isotopenmuster, 5 %)

1H-NMR (Aceton-d6):

0-2,6 (br, 11 H, -B12H11), 0,87 (m, 10 H, -CH3 aus n-Hexan), 1,17-1,23 (m, 15 H, -PN(CH(CH3)2)2), 1,27 (m, 12 H , -CH2- aus n-Hexan), 1,35 (t, 8 H, -CH3 aus TEAH),1,44 + 1,45 (d + t, 34 H, -CH(CH3)2 und -CH2CH3 aus DIEAH), 2,09 + 2,12 (2 x qibreit, 4 H, -CH2CH2CH2-), 2,7-3,09 (m, 6 H, -CH2CH2 CH2OTr, -CH2CN), 3,19 + 3,24(2 x qa, 12 H, -CH2- aus TEAH, -CH2- aus DIEAH), 3,58-3,95 (m, 14 H, -PN(CH)2-, -CH- aus DIEAH, -CH2CH2CN, -CH2CH2CH2OP, -O CH3), 4,13-4,38 (m, 1 H), 6,87-


66

6,93 (m, 4 H, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,21-7,37 (m, 7 H, -CHmetaCHpara, -CHorthoCHmetaCOCH3), 7,45-7,5 (m, 2 H, -CHorthoCHmetaCHpara)


9,2 (d, 15 %), 14,8 (s, 9 %, -NPOH(O)O-, Hydrolyseprodukt des CDP), 139,2 (m, 2%, Nebenprodukt durch Diisopropylethylamin), 148,5 (s, 100 %, Produkt)


67

4.3.2.8 Diisopropylethylammonium-(2’-cyanoethyl)-(((2’’-cyanethoxy)-(diisopropylamino)-phosphinyl)-2-oxy-3-dimethoxytrityloxy-propyl)-sulfonium-undecahydro-closo-dodecaborat (10)

NC

P

O

N

Cl

OO

S+NC

P

N

ONC

NH+

CDPC9H18ClN2OP

Mol. Wt.: 236,68

+


10C44H77B12N4O5PS

Mol. Wt.: 934,88

2-

OHO

S+NC

8C33H56B12N2O4SMol. Wt.: 706,61

2-

NH+O

O

O

O

C8H20N+

Mol. Wt.: 130,25C36H57B12N3O5PS-

Mol. Wt.: 804,63

Zu 50 mg (71 µmol) 8 werden der Reihe nach unter Stickstoff 27 mg (212 µmol, 3 eq,129,25 g/mol) trockenes Diisopropylethylamin, 0,5 ml trockenes Chloroform und 25mg (106 µmol, 1,5 eq) CDP gegeben. Nach fünf Minuten überführt man die Lösung in10 ml trockenes n-Hexan. Das Präzipitat wird abfiltriert und im Hochvakuum vonLösungsmittelresten befreit.


HPLC (LiChrosorb RP-18, 125 x 4 mm, 5 µm, 254 nm):

VR = 16,6 ml (Start = 5 % Acetonitril, 95 % 0,1 M Triethylammoniumacetat-Puffer pH7,5, Ende (20 ml) = 95 % Acetonitril), nach Lagerung des isolierten Peaks imLaufmittel über Nacht und erneuter Chromatographie unter den gleichenBedingungen erhält man VR = 8,86 ml

MS (ESI, Matrix Acetonitril), m/z, relative Intensität:

Positiv: 130,2 (DIEAH+, 95 %), 267,2 (10 %), 295,2 (100 %)Negativ: 448,9 (6 %), 533,5 (B12-Isotopenmuster, 9 %), 642,6 (B12-Isotopenmuster, 2%), 721,5 (B12-Isotopenmuster, 8 %), 751 (B12-Isotopenmuster, 2,5 %), 759,6 (7 %),804,6 (B12-Isotopenmuster, M-, 100 %), 820 (B12-Isotopenmuster, M- + O, 6 %),869,6 (6 %)


68


Positiv: 102 (TEAH+, 14 %), 130 (DIEAH+, 100 %), 303 (DMTr+, 10 %)Negativ: 141 (B12-Isotopenmuster, B12H11

-, 100 %), 227 (B12-Isotopenmuster, 13 %),442 (B12-Isotopenmuster, 5 %), 804 (B12-Isotopenmuster, M-, 11 %), 820 (B12-Isotopenmuster, M- + O, 1,3 %)

1H-NMR (Aceton-d6):

0,2-2,9 (br, 10 H, -B12H11), 1,1-1,37 (m, 7 H, -PN(CH(CH3)2)2), 1,41-1,59 (m, 25 H, -CH(CH3)2 und -CH2CH3 aus DIEAH), 2,8-2,97 (m, 1 H), 3,01-3,28 (m, 6 H, -CH2- ausDIEAH), 3,4-3,63 (m, 3 H, , -PN(CH)2-, -CH- aus DIEAH), 3,65-3,79 (m, 10 H, -CH2CH2CN), 3,8-4,32 (m, 2 H, -CH2CH2CH2OP), 6,76-6,93 (m, 4 H, -CHorthoCHmetaCOCH3), 6,98-7,11 (m, 1 H), 7,12-7,59 (m, 7 H, -CHmetaCHpara, -CHorthoCHmetaCOCH3, -CHorthoCHmetaCHpara)

31P- NMR (Chloroform-d1):

-4,1 + 3,5 (2 x t, 5 %), 11 + 18,8 (2 x sep, 16 %, -NPOH(O)O-, Hydrolyseprodukt desCDP), 149,9-151,5 (m, 100 %, diastereomere Enantiomerenpaare)


0 (s, 5 %), 8,4-9,7 (m, 7 %), 14,8 (s, 16 %, -NPOH(O)O-, Hydrolyseprodukt desCDP), 150,2-151,2 (4 s, 100 %, diastereomere Enantiomerenpaare des Produktesim Verhältnis 2:1)


69

4.3.3 Ergebnisse der Monomerbausteinsynthesen

Obwohl die erfolgreiche Synthese der Phosphorsäureester 27 und 28 (Abbildung 14auf Seite 29, Gula, 1999 und Gula et al. 2000a) zeigte, dass die gewünschtenPhosphoramidite 1 und 2, die dabei als Zwischenprodukte auftraten, darstellbar seinmussten, gestaltete sich die Isolierung dieser Bausteine schwieriger als erwartet.Umfangreiche Untersuchungen der Syntheseparameter waren nötig, um dieseSchwierigkeiten zu beherrschen. Besonders hilfreich war dabei das direkteBeobachten der Reaktion im NMR-Rohr, wie es auch von Beaucage und Caruthers(1981) durchgeführt wurde. Das Signal der Phosphoramidite im 31P-NMR erwarteteman bei 150 ppm. Gefunden wurden zunächst nur Signale bei 140 ppm und 15 ppm,während das Edukt Chlor-(2-cyanethoxy)-diisopropylamino-phosphoramidit (CDP)ein Signal bei 180 ppm ergab.

Es stellte sich heraus, dass die eingesetzte Hünigbase nur wenige Tage nach demTrocknen über Molsieb und Lagerung unter Stickstoff einem schnellen Alterungs-prozess unterlag, der zu dem Signal eines flüchtigen Nebenprodukts bei 140 ppmführte. Obwohl dieses Nebenprodukt flüchtig war, konnte es durch mehrfacheEvakuierung aus einer Lösung von Pyridin nicht immer vollständig entfernt werden.So wurde bei den Verbindungen 1 und 9 (siehe 4.3.2.1 und 4.3.2.7) nur eineVerringerung auf 5 und 2 % erreicht. Eine Reaktion zwischen CDP und der gealtertenHünigbase wurde gesondert durchgeführt. Dabei war es nicht möglich, das entstan-dene Produkt zu isolieren und zu charakterisieren. FAB-Massenspektren deutetenlediglich darauf hin, dass mehrere Produkte mit größeren Massen als ihreAusgangsverbindungen entstanden waren. Auf eine Dokumentation wurdeverzichtet.

Nebenprodukte, die den Phosphor in seiner oxidierten Form PV enthielten, stelltenein allgemeines Problem bei der Synthese von Phosphoramiditen dar (Wada et al.,1990 und Scremin et al., 1994). So gingen Signale bei 0 bis 15 ppm generell aufunerwünschte Oxidation und Hydrolyse zurück. Das Nebenprodukt mit seinem Signalbei 15 ppm entsprach dem Phosphonat aus der direkten Hydrolyse des CDP unterVerlust des Chloratoms. Die Größe der Signale zwischen 0 und 15 ppm konnte vonScremin et al. (1994) auf 30 % verringert werden, was auch bei der Synthese der hier


70

dargestellten Monomerbausteine durch Trocknung über Molsieb und Destillation allereingesetzten Flüssigkeiten gelang.

1.00

00

0.05

37

Inte

gral

(ppm)

1351401451501550.

0115

0.17

71

Inte

gral

(ppm)

10152025

Abbildung 25: 31P-NMR {1H-entkoppelt} (Chloroform-d1) von 1 (zur vollständigenDokumentation siehe 4.3.2.1)

In den Massenspektren der Monomerbausteine 1, 2, 3, 9 und 10 waren immerzwischen 5 und 10 % Oxidationsprodukt in Bezug zum Signal des Phosphoramiditszu erkennen. Dieses Ergebnis trat unabhängig von der Messmethode auf. Diagramm3 zeigt im Massenspektrum von 9 gleich zwei Massenzahlen (m/z 691,6 und m/z793,5), zu denen Massen mit einem zusätzlichen Sauerstoffatom als Oxidations-produkte korrespondieren. Die Masse 691,6 entsprach rechnerisch dem Monomer-baustein nach Verlust der Diisopropylaminogruppe am Phosphor und zwei Wasser-stoffatomen.

Direkt nach der Synthese der Monomerbausteine wurden diese bei -18 °C unterStickstoff gelagert und waren über einen Zeitraum von mindestens sechs Monatenstabil. Bei Raumtemperatur waren die Produkte selbst in Lösung über mehrere Tagestabil, sofern das Lösungsmittel frei von Wasser und Sauerstoff war. Die Syntheseder Bausteine 1, 2, 9 und 10 wurde zusammen erstmals auf einem Kongress inDinard publiziert (Gula et al., 2001).


71

FAB-Massenspektrum von 9 in NBA (negativ)

m/z

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Inte

nsitä

t [%

]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 141,2

443,4

691,6

707,5

793,5

809,9 993,4

Diagramm 3: Massenspektrum von 9 mit den Oxidationsprodukten der Massen 707,5 und 809,9(zur vollständigen Dokumentation siehe 4.3.2.7)

Als einziges Produkt wurde 10 probeweise über HPLC gereinigt (siehe 4.3.2.8). DieDetektion bei 254 nm ergab 16 Peaks, wobei vier Signale den Diastereomeren desProdukts zuzuordnen waren. Der größte Peak (VR = 16,6 ml, Abbildung 26) wurdeisoliert und direkt danach sowie nach einem Tag erneut chromatographiert.

Abbildung 26: Chromatogramm von 10


72

So erhielt man direkt danach das gleiche Retentionsvolumen (16,67 ml) für diesenPeak in einem Chromatogramm frei von den anderen Peaks.

Abbildung 27: Isolierter Peak aus der vorhergehenden Chromatographie (Abbildung 26)

Nach einem Tag konnte ebenfalls ein Chromatogramm mit nur einem Peakaufgenommen werden, allerdings mit einem Retentionsvolumen von 8,86 ml, wasfast der Hälfte des Retentionsvolumens vom Vortag entsprach.

Abbildung 28: Isolierter Peak aus der Chromatographie von 10 (Abbildung 26) nach einem Tag

Eine vollständige chemische Umsetzung durch Oxidation und/oder Hydrolyseerschien in diesem Zusammenhang logisch, da die Probe nicht unter Stickstoffaufbewahrt wurde. Eine Wiederholung des Experiments unter Ausschluss vonSauerstoff blieb zu dem Zeitpunkt aus, da die HPLC-Anlage für andere Projektegebraucht wurde.

Bei der Synthese der dimethoxytritylierten Vorstufen 5 und 6 (siehe 4.3.2.3 und4.3.2.4) konnte die Vorgehensweise nicht so übernommen werden, wie sie bei derSynthese der tritylierten Verbindungen 29 und 30 nach Yau et al. (1990) angewendetwurde. Da die neue Schutzgruppe besonders leicht abgespalten werden konnte,verfärbten sich Produktfraktionen bei der Aufreinigung mittels Säulenchromato-graphie schon direkt nach dem Verlassen der Säule orange. Dieses Problem konntedurch Zusatz von 3 % Triethylamin zum Laufmittel unterbunden werden. 6 war in


73

Dimethylformamid nicht darstellbar. Ein Wechsel zu Dichlormethan (Kim et al., 1992und Faul et al. 1998) brachte hier den gewünschten Erfolg und behob nebenbei auchdie Schwierigkeit, das Lösungsmittel noch vor der Chromatographie vollständig zuentfernen. Bei der Darstellung von 5 in Dimethylformamid konnte das Lösungsmittelsogar durch Chromatographie nicht entfernt werden.

Die chromatographische Aufreinigung von 5 und 6 war zeitaufwendig und verliefzudem nicht optimal, da sich wie bei der Isolierung von 29 und 30 (Gula, 1999)Produkt- und Nebenproduktfraktionen (Dimethoxytritol) überschnitten. Bei derwiederholten Synthese größerer Mengen wurde deshalb auf die Chromatographieverzichtet und man setzte stattdessen die Verbindungen roh für die Darstellung von 7und 8 ein. Die Ausbeute verringerte sich dadurch geringfügig. Die Synthese verliefaber trotzdem erfolgreich.

5.65

989.

3402

5.46

85

8.90

09

32.8

497.

1401

Inte

gral

(ppm)0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0

Abbildung 29: 1H-Spektrum von 2 in Aceton-d6 mit den Integralen auf 15 Protonen für dieTritylgruppe eingestellt (zur vollständigen Dokumentation siehe 4.3.2.2)

Durch den Einsatz von Triethylamin bei der chromatographischen Aufreinigung aller

Verbindungen, die die Dimethoxytritylgruppe enthielten, wurde im Falle des Bor-

clusters mit seinen negativen Ladungen das bisherige Gegenion (in der Regel


74

Tetramethylammonium) gegen Triethylammonium getauscht. Dieser Austausch

erfolgte vollständig, während der anschließende Einsatz von Hünigbase zur Phos-

phorylierung nur zu einem teilweisen Austausch des Triethylammoniums gegen

Diisopropylethylammonium führte. Das Resultat waren Mischsalze, die die Charak-

terisierung mittels NMR teilweise erschwerten. So erhielt man nach Fällung in n-

Hexan ein Mischsalz des Monomerbausteins 2 mit den genannten Kationen, wobei in

Abbildung 29 ein deutlicher Überschuss des Salzes der Hünigbase zu sehen ist.

4.3.4 Diskussion der Ergebnisse der Monomerbausteinsynthesen

Obwohl zur Synthese von Oligomerstrukturen mit Phosphoramiditen und Phosphor-säurestern zwei Typen von Monomerbausteinen zur Verfügung standen, die jeweilsmit der entsprechenden Methode zu Oligomeren verknüpft werden konnten, stelltendie Phosphorsäureester bei diesem Projekt nur eine Notlösung für den Fall dar, dasseine Oligomerisierung mittels Phosphittriestermethode nicht gelang. Allein dieStabilität der für die Phosphotriestermethode eingesetzten Verbindungen wäre vonVorteil gewesen. Bei Ausbeute, Reinheit und natürlich Geschwindigkeit (Beaucageund Caruthers, 1981) zeigten sich allerdings schnell die Grenzen dieser veraltetenMethode auf, die darüber hinaus nach der allgemeinen Ablösung durch den Einsatzder moderneren Phosphoramidite nicht mehr weiter entwickelt wurde.

Bei der Synthese von 6 wurde erstmals in dieser Arbeit Dichlormethan nach Kim etal. (1994) als Lösungsmittel eingesetzt. Die Reinheit des Produkts und die erhöhteFlüchtigkeit des Lösungsmittels gegenüber dem bisher verwendeten Dimethylform-amid eröffneten die Möglichkeit, auch den zweiten Dimethoxytritylether 5 inDichlormethan leichter und besser darzustellen. Dies würde auch zu einer leichterenBestimmung der eingesetzten Menge bei der Folgereaktion führen, unabhängigdavon, ob 5 roh oder aufgereinigt Verwendung findet. Die Möglichkeit zur zügigenDurchführung einer Mehrstufensynthese von borhaltigen Bausteinen war nicht zuletztdeshalb wichtig, weil auch die Wiederholung dieses Projektes mit 10Bor-angerechertem BSH zur Anwendung in der Bor-Neutronen-Einfang-Therapie (BNCT)in Frage kam.

Verglichen mit der einschlägigen Fachliteratur der letzten 20 Jahre (zum Beispiel:Beaucage und Caruthers, 1981; Lehmann et al., 1989; Mellor et al. 1998) reichte dieAufreinigung der borierten Monomere durch Umfällung in n-Hexan aus, um damit


75

sinnvolle Oligomersynthese zu betreiben. Verglichen mit der Reinheit kommerzielldargestellter Bausteine (Applied Biosystems, 1987 und 2001) war die Synthese derborhaltigen Bausteine natürlich eher als Test der Möglichkeit anzusehen, darausOligomere zu generieren. So waren trotz der übereinstimmenden Ergebnisse inBezug auf Ausbeute und Reinheit verglichen mit der Literatur (siehe Anfang diesesAbsatzes) einige Verbesserungen möglich, die für die Fortführung dieses Themas inBetracht gezogen wurden: So wäre die Entstehung von Mischsalzen schon imAnsatz zu verhindert gewesen, wenn beim Laufmittel für die chromatographischeAufreinigung und bei der Phosphorylierung die gleiche Base Verwendung fände.Eine weitere Aufreinigung der Monomerbausteine, die über die Fällung derReaktionslösung in n-Hexan hinausging, war ebenfalls in Betracht zu ziehen. Dazukam die präparative HPLC zur Trennung von Enantiomeren und auch die Chromato-graphie über Kieselgel in Frage, wie sie schon von Beijer et al. 1990 und Iyer et al.1997 angewendet wurde.

Chiralitäten in den dargestellten Verbindungen wären nur sehr schwer zu umgehen,da insgesamt drei Funktionen in den Molekülen enthalten sein müssen: DerBorcluster und für Kopplungen ein leicht zu entschützender Alkohol auf der einenund das Phosphoramidit als Kopplungsgruppe auf der anderen Seite. Die beiden fürdie Kopplung benötigten Funktionen könnten nicht verdoppelt werden, weshalb zurVerhinderung des Chiralitätszentrums am Kohlenstoff C-2 in 2 und 10 nur eineVerdopplung der Borfunktion in Frage käme.

ODMTr/TrO

S+NC

P

N

ONC

NH+

S+ CN

NH+

2- 2-

14

Abbildung 30: Hypothetischer Monomerbaustein mit zwei B12-Clustern an C-2


76

4.4 UV-spektroskopische Untersuchungen

Bei Vorversuchen wurde die Tritylgruppe aus 1 und 2 abgespalten und anschließenddas entstandene Kation mittels UV-VIS-Spektroskopie quantifiziert. Da praktischkeine oder nur sehr wenig Tritylkationen gefunden wurden, sollten weitereUntersuchungen dieses Ergebnis klären. Verschiedene Konzentrationen von Trityl-und Dimethoxytritylhalogeniden wurden in Gegenwart des B12-Clusters untersucht.

4.4.1 Tritylkationen in Gegenwart des B12-Clusters und BSH

32 mg (0,1 mmol, 323,23 g/mol) Tritylchlorid (TrCl) werden in 10 ml Gemisch aus 70% Perchlorsäure/Ethanol (3:2, v/v) aufgenommen und zweimal 1:10 verdünnt, umeine Stammlösung von 100 nmol/ml zu bekommen. 63 mg (0,1 mmol, 626,76 g/mol)Bis-(tetrabutylammonium)-dodecahydro-closo-dodecaborat (TBAB) und 32 mg (0,1mmol, 322,17 g/mol) Bis-(tetramethylammonium)-mercapto-undecahydro-closo-dodecaborat (BSH) werden auf die gleiche Weise gelöst und verdünnt.

TrCl [nmol] Abs405 nm Abs405 nm -Leerwert5 0,1776 0,1384

10 0,3629 0,323715 0,5211 0,481920 0,6744 0,635225 0,7772 0,73830 0,8893 0,850140 1,2085 1,169350 1,4435 1,404370 2,1047 2,0655

100 2,4846 2,4454

Tabelle 1: Ermittelter durchschnittlicher Extinktionskoeffizient aus der Eichreihenmessungen:εεεε405 nm = 29.307 mol-1 cm-1 (Leerwert (70 % Perchlorsäure/Ethanol 3:2, v/v): Abs405 nm = 0,0392)

10 nmol TBAB und 10 nmol BSH werden mit verschiedenen Konzentrationen desTritylchlorids vermischt und im UV-VIS-Spektrometer untersucht. Die unbekanntenKonzentrationen freier Tritylkationen werden aus den gemessenen Absorptionen mitHilfe des berechneten durchschnittlichen Extinktionskoeffizienten ermittelt.


77

UV-bestimmte Konzentrationsabhängigkeit von Tritylkationen in Gegenwart von BSH und TBAB

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Eingesetzte Menge Tritylchlorid für die Reaktion mit 10 nmol BSH oder 10 nmol TBAB [nmol]

Aus

UV-

Abs

orpt

ion

bere

chne

te K

onze

ntra

tion

an fr

eien

Trit

ylka

tione

n [n

mol

]

in Gegenwart vonBSH sofort nachdem Mischenin Gegenwart vonTBAB sofort nachdem Mischenin Gegenwart vonTBAB nach 45Sekundenin Gegenwart vonTBAB nach vierMinuten

Diagramm 4: Freie Tritylkationen in Gegenwart von BSH und TBAB

Berechnete Konzentration von verschwundenem Trityl in Gegenwart von BSH und TBAB

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Eingesetzte Menge Tritylchlorid für die Reaktion mit 10 nmol BSH oder 10 nmol TBAB [nmol]

Diff

eren

z fr

eier

Trit

ylka

tione

n zu

ei

nges

etzt

em T

rityl

chlo

rid [n

mol

]

in Gegenwart vonBSH sofort nachdem Mischen

in Gegenwart vonTBAB sofort nachdem Mischen

in Gegenwart vonTBAB nach 45Sekunden

in Gegenwart vonTBAB nach vierMinuten

Diagramm 5: Aus Diagramm 4 berechnete Menge Trityl umgesetzt von BSH und TBAB


78

10 nmol BSH werden in Gegenwart von 20, 50 und 100 nmol Tritylbromid über einenZeitraum von zwei Minuten ununterbrochen im UV-VIS-Spektrometer beobachtet:

20 nmol Tritylbromid + 10 nmol BSH (Zugabe der BSH-Lösung nach Beginn der Messung)

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 0,5 1 1,5 2

Zeit [min]

Abso

rptio

n be

i 405

nm

Diagramm 6: Zwei Äquivalente Tritylbromid in Gegenwart von BSH

50 nmol Tritylbromid + 10 nmol BSH

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,6

0 0,5 1 1,5 2

Zeit [min]

Abso

rptio

n be

i 405

nm

Diagramm 7: Fünf Äquivalente Tritylbromid in Gegenwart von BSH


79

100 nmol Tritylbromid + 10 nmol BSH

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

0 0,5 1 1,5 2

Zeit [min]

Abso

rptio

n be

i 405

nm

Diagramm 8: Zehn Äquivalente Tritylbromid in Gegenwart von BSH

Nach Lagerung der Proben über 24 Stunden kann in allen Fällen nur noch eineAbsorption nahe dem Nullwert detektiert werden.

4.4.2 Dimethoxytritylkationen in Gegenwart des B12-Clusters und BSH

34 mg (0,1 mmol, 338,83 g/mol) Dimethoxytritylchlorid (DMTrCl) werden in 10 mlGemisch aus 70 % Perchlorsäure/Ethanol (3:2, v/v) aufgenommen und zweimal 1:10verdünnt, um eine Stammlösung von 100 nmol/ml zu bekommen. 63 mg (0,1 mmol,626,76 g/mol) Bis-(tetrabutylammonium)-dodecahydro-closo-dodecaborat (TBAB)und 32 mg (0,1 mmol, 322,17 g/mol) Bis-(tetramethylammonium)-mercapto-undecahydro-closo-dodecaborat (BSH) werden auf die gleiche Weise gelöst undverdünnt.

DMTrCl [nmol] Abs495 nm Abs495 nm - Leerwert10 0,728 0,688520 1,339 1,299530 2,01 1,9705

Tabelle 2: Ermittelter durchschnittlicher Extinktionskoeffizient aus der Eichreihenmessungen:εεεε495 nm = 66.503mol-1 cm-1 (Leerwert (70 % Perchlorsäure/Ethanol 3:2, v/v): Abs495 nm = 0,0395)


80

15 nmol DMTrCl werden mit verschiedenen Konzentrationen von TBAB und BSHvermischt und im UV-VIS-Spektrometer untersucht. Die unbekannten Konzen-trationen freier Dimethoxytritylkationen werden aus den gemessenen Absorptionenmit Hilfe des berechneten durchschnittlichen Extinktionskoeffizienten ermittelt.

UV-bestimmte Konzentrationsabhängigkeit von Dimethoxytritylkationen in Gegenwart von BSH und TBAB

-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Vergangene Zeit nach dem Mischen von 15 nmol Dimethoxytritylchlorid mit verschiedenen Mengen

BSH oder TBAB [h]

Aus

UV-

Abs

orpt

ion

bere

chne

te K

onze

ntra

tion

anfr

eien

Dim

etho

xytr

itylk

atio

nen

[nm

ol]

15 nmol DMTrCl + 5nmol TBAB


15 nmol DMTrCl + 15nmol BSH


Diagramm 9: Dimethoxytritylkationen in Gegenwart von BSH und TBAB


81

Äquivalente Mengen DMTrCl und BSH werden in einer Dauermessung über 20Minuten beobachtet. Nach Vorlage von 1 ml Lösung DMTrCl kommt während derMessung 1 ml Lösung BSH hinzu.

15 nmol DMTrCl und 15 nmol BSH (Zugabe der BSH-Lösung nach Beginn der Messung)

0,9

0,95

1

1,05

1,1

0 5 10 15 20

Zeit [min]

Abso

rptio

n be

i 495

nm

Diagramm 10: Dauermessung mit einer maximalen Schwankung der gemessenenKonzentrationen von 1 nmol (∆∆∆∆Abs = 0,06) nach Zugabe der BSH-Lösung

4.4.3 Ergebnisse und Diskussion der UV-spektroskopischenUntersuchungen

Eichreihen von Trityl- und Dimethoxytritylchlorid wurden angefertigt, um Messwerteaus Gemischen mit Lösungen des B12-Clusters vergleichen zu können. Extinktions-koeffizienten zu den detektierten Verbindungen waren zwar in der Literaturdokumentiert (Atkinson und Smith, 1984), genügten aber nicht den Ansprüchen, daihre Berechnung nicht nachvollziehbar war und die eigenen Messungen mit zum TeilJahre alten Gebinden stattfand.

Die Absorption von Tritylkationen in Gegenwart von einem Äquivalent BSH oderTBAB nahm bei einer eingesetzten Menge von maximal zwei ÄquivalentenTritylchlorid rapide bis auf den Nullwert ab. Innerhalb weniger Sekunden bis Minutenwar dieser Umsatz zu beobachten (Diagramm 4). Wurde mehr als zwei ÄquivalenteTritylchlorid eingesetzt, konnte über diesen kurzen Zeitraum hinaus ein zweiterlangsamerer Umsatz beobachtet werden. Nachdem wie gewohnt die Absorption vonzwei Äquivalenten Trityl spätestens nach wenigen Minuten verschwand, verlor das


82

Gemisch seine gelbe Farbe nach weiteren Stunden gänzlich. Zum anderen ergabenDauermessungen der Absorption, dass die Tritylkationen langsamer abgebautwurden, wenn sie dem Messstrahl des UV-VIS-Spektrometers permanent ausgesetztwaren (Diagramm 6 und Diagramm 7). Bei besonders großem Überschuss anTritylchlorid stieg die Absorption zwischenzeitlich sogar periodisch an (Diagramm 8),was nicht auf unzureichende Durchmischung zurückgeführt werden konnte, da mandie Veränderung der gelben Farbintensität mit bloßem Auge sehen konnte und dieLösung zu jeder Zeit homogen erschien. Außerdem wurden immer große Voluminazu kleinen hinzugemischt, um eine optimale Durchmischung zu gewährleisten. Derperiodische Verlauf wurde in direktem Zusammenhang mit dem Einfluss von Lichtgesehen, da fertig angesetzte Trityl- und auch Dimethoxytrityllösungen ohne Kontaktmit BSH oder TBAB ebenfalls geringe und unregelmäßige Schwankungen in ihrerAbsorption aufwiesen, wenn sie zuvor längere Zeit dem Tageslicht ausgesetzt waren.

Der zeitliche Verlauf bei Kontakt verschiedener Konzentrationen von Tritylkationenmit TBAB geht in Diagramm 4 aus jeweils drei Messungen (siehe Legende) hervor,die direkt nach dem Mischen der Lösungen sowie 45 Sekunden und vier Minutenspäter erfolgten. Diagramm 5 zeigt die daraus berechneten Werte für verschwundeneTritylkationen an. Warum bei mittleren Konzentrationen von 30 bis 50 nmol Trityl-chlorid in den ersten vier Minuten mehr Tritylkationen verschwinden als bei nochhöheren Konzentrationen, blieb ungeklärt. Alle Werte für Messungen kurz nach demMischen lagen jedenfalls für 20 bis 100 nmol Tritylchlorid zwischen 20 und 30 nmolTritylkationen, die verschwunden waren und nach spätestens 24 Stunden konntengenerell nur noch Absorptionen nahe des Nullwertes gefunden werden.

Das schnelle Verschwinden der doppelten Menge Tritylkationen im Vergleich zureingesetzten Menge an B12-Clustern machte die Bestimmung von Kopplungs-ausbeuten bei Oligomerisierungen unmöglich, da dabei mittels UV-Absorption dieabgespaltenen Tritylgruppen detektiert werden sollten. Dieses Ergebnis wurde auchin Form eines Proceedings bei einem Kongressaufenthalt in Osaka mitgeteilt (Gula etal., 2000). Da erst zwei Äquivalente schnell und danach auch ein deutlicherÜberschuss langsamer verbraucht wurden, waren mindestens zwei Mechanismen zuvermuten. Stöchiometrische Umsetzungen, die nachfolgend beschrieben wurden(siehe 4.5), sollten zur Aufklärung beitragen.

Als Ersatz für die Tritylgruppe fand sich die Dimethoxytritylgruppe, deren Kationen inGegenwart von BSH und TBAB eine ausreichende Beständigkeit aufwiesen.


83

Äquimolare Mengen und auch ein Überschuss an Dimethoxytritylchlorid führten beiDauermessungen über 20 Minuten (Diagramm 10) und auch nach 24 Stunden zukonstanten Absorptionen (Diagramm 9). Erst bei einem Überschuss an Borclusternverschwand auch hier die Farbe. Absorptionen gingen bei 3,3-fachem ÜberschussTBAB innerhalb von zwei Stunden fast auf den Nullwert zurück. Das stellte einenZusammenhang dar, der bei der Synthese von Oligomeren mit mehreren boriertenBausteinen berücksichtigt werden muss. Allerdings blieben dort abgespalteneDimethoxytritylkationen nur eine Minute mit dem Trägermaterial und denanheftenden Bausteinen in Kontakt.

4.5 Stöchiometrische Umsetzungen von Tritylkationen mitverschiedenen Borverbindungen

Mittels UV-Spektroskopie wurde im vorausgehenden Kapitel 4.4 festgestellt, dassTritylkationen in Gegenwart von Borclustern nicht beständig waren. Wie die beidenStoffe miteinander reagieren und wie die Produkte aussehen, sollte an dieser Stelleuntersucht werden. Nachdem Perleberg 1998 bereits ein Äquivalent Tritylbromid mitdem B12-Cluster in Gegenwart katalytischer Mengen 4-Dimethylaminopyridin (DMAP)umgesetzt hatte und das Produkt auch erfolgreich charakterisiert wurde, stellte sichnun die Frage, was bei säureaktivierter Umsetzung mehrerer Äquivalente Trityl-bromid entstand. Unbekannte Produkte, die dabei gefunden wurden, erhieltenzunächst die Buchstabenbezeichnungen X, Y und Z.

4.5.1 Bis-(tetramethylammonium)-mercaptoundecahydro-closo-dodecaborat (BSH) und zwei Äquivalente Tritylbromid

322 mg (1 mmol, 322,18 g/mol) BSH, 647 mg (2 mmol, 2 eq, 323,23 g/mol)Tritylbromid und eine geringe Menge Trichloressigsäure werden in 25 ml Acetonitrilgelöst und bei Raumtemperatur gerührt. Nach zwei Stunden und einem Farbwechselder klaren Lösung von Gelb über Grün zu Blau entfernt man das Lösungsmittel imHochvakuum und chromatographiert den Rückstand.


84


Stationäre Phase = 100 g Kieselgel (∅ = 3 cm, 30,5 cm Höhe)Mobile Phase (Produkt X+Y) = 125-450 ml Acetonitril/Chloroform (50:50)Mobile Phase (Produkt Z) = 125-300 ml (Maximum bei 200 ml) Acetonitril/Chloroform(50:50)

1H-NMR (Fraktion 125-150 ml, Chloroform-d1):

0,86-0,95 (m, 6 H, X), 1,25-1,49 (m, 10 H, X), 1,62-1,74 (m, 1 H), 4,2 (dd, 2 H, Y),5,55 (s, 0,1 H, HC(Ph)3), 6,4-7 (br, 4 H, Z), 7,09-7,14 (m, 2 H, HC(Ph)3), 7,47-7,56(m, 1 H, Y), 7,65-7,74 (m, 1 H, Y)


0,9-0,98 (m, 6 H, X), 1,3-1,51 (m, 9 H, X), 1,62-1,76 (m, 3 H), 4,2 (dbr, 2 H, Y), 5,03-5,47 (mbr, 2 H, Z), 6,42-7,44 (mbr, 24 H, Z), 7,48-7,56 (m, 1 H, Y), 7,65-7,73 (m, 1 H,Y)


0,3-2,8 (br, 1 H, -B12H11), 0,85-0,94 (m, 6 H, X), 1,24-1,48 (m, 9 H, X), 1,59-1,73 (m,1 H), 4,2 (dd, 2 H, Y), 7,48-7,56 (m, 1 H, Y), 7,65-7,74 (m, 1 H, Y)

1H-NMR (Fraktion 425-450 ml, Chloroform-d1, Acetonitril-d3):

0-2,5 (br, 5 H, -B12H11), 0,84-0,93 (m, 7 H, X), 1,22-1,45 (m, 9 H, X), 1,58-1,7 (m, 2H), 1,96 (s, 2 H), 2,39 (s, 1 H), 2,93 (s. 0,3 H), 4,1 (dd, 2 H, Y), 7,36-7,45 (m, 1 H, Y),7,5-7,58 (m, 1 H, Y)

11B-NMR (Fraktion 425-450 ml, Chloroform-d1, Acetonitril-d3):

-6,15 (sbr, 1 B), -9,32 (sbr, 10,6 B)


85

4.5.2 Bis-(tetrabutylammonium)-dodecahydro-closo-dodecaborat (TBAB)und zwei beziehungsweise vier Äquivalente Tritylbromid

10 mg (0,025 mmol, 384,3 g/mol) TBAB, 16 mg (0,05 mmol, 2 eq, 323,23 g/mol)Tritylbromid und eine geringe Menge Trichloressigsäure werden in 0,5 ml deuterier-tem Acetonitril gelöst und NMR-spektroskopisch untersucht.


0,8-2,9 (br, 7 H, B12H12), 0,96 (t, 24 H, -CH3), 1,35 (sex, 16 H, -CH2CH3), 1,52-1,68(m, 16 H, -NCH2CH2-), 3,04-3,12 (m, 16 H, -NCH2-), 5,1-5,5 (mbr, 3 H, Z), 5,61 (s,0,2 H, HC(Ph)3), 6,18-7,11 (mbr, 23 H, HC(Ph)3, Z), 7,12-7,37 (m, 23 H, C(Ph)3)

11B-NMR (Acetonitril-d3, nach 24 h):

-5,69 (sbr, 1 B), -15,07 (sbr, 2,32 B)

10 mg (0,025 mmol, 384,3 g/mol) TBAB, 32 mg (0,1 mmol, 4 eq, 323,23 g/mol)Tritylbromid, und eine geringe Menge Trichloressigsäure werden in 0,5 ml deuterier-tem Acetonitril gelöst und NMR-spektroskopisch untersucht.


0,2-2,95 (br, 7 H, B12H12), 0,97 (t, 24 H, -CH3), 1,35 (sex, 16 H, -CH2CH3), 1,52-1,68(m, 16 H, -NCH2CH2-), 3,04-3,13 (m, 16 H, -NCH2-), 3,07 (s, 3 H), 5,1-5,5 (mbr, 4 H,Z), 5,61 (s, 0,2 H, HC(Ph)3), 6,18-7,11 (mbr, 38 H, HC(Ph)3, Z), 7,12-7,37 (m, 34 H,C(Ph)3), 7,74 (m, 1 H)

11B-NMR (Acetonitril-d3, nach 24 h):

-5,69 (sbr, 1 B), -14,25 + -15,04 (2 x sbr, 1,34 B)

4.5.3 Dinatrium-dodecahydro-closo-dodecaborat (NaB) und 8,33Äquivalente Tritylbromid

100 mg (0,53 mmol, 187,81 g/mol) NaB, 1,434 g (4,44 mmol, 8,33 eq, 323,23 g/mol)Tritylbromid und eine geringe Menge Trichloressigsäure werden in 100 ml trockenemAcetonitril über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Nach einem Farbwechsel von


86

Gelb über Grün wird am Ende eine tiefschwarze Lösung vom Lösungsmittel befreitund der Rückstand in 200 ml Chloroform aufgenommen. Man filtriert von unlöslichemNatriumbromid ab und entfernt das Lösungsmittel erneut. Vom schwarzen Rohpro-dukt werden NMR-Spektren aufgenommen. Es werden 1,43 g Rohprodukt chromato-graphiert.

1H-NMR (Rohprodukt, Acetonitril-d3):

3,5-4,2 (mbr, 4 H), 2,29 (s, 2 H), 4,46 (sbr, 2 H), 4,88-5,56 (mbr, 1 H, Z), 6,12-7,76(mbr, 14 H, Z)

13C-NMR (Rohprodukt, Chloroform-d1):

56,6 (m), 125,8 (m), 128 (sbr), 129,4 (sbr), 144,6 (m)

11B-NMR (Rohprodukt, Chloroform-d1):

-5,98 (sbr)


Stationäre Phase = 200 g Kieselgel (∅ = 4 cm, 40 cm Höhe)Mobile Phase = 340-390 ml Acetonitril/Chloroform (50:50)Mobile Phase = 490-540 ml Acetonitril/Chloroform (50:50)

1H-NMR (Fraktion 340-390, Chloroform-d1):

1,21 (m, 2 H), 1,94 (s, 4 H), 3,07 (qa, 1 H), 3,63 (qa, 0,4 H), 5,54 (s, 1 H, HC(Ph)3),7,05-7,48 (m, 44 H, HC(Ph)3)

MS (Fraktion 340-390, EI, 70 eV), m/z, relative Intensität:

51 (14 %), 77 (C6H5+, 67 %), 105 (C7H5O+, 100 %), 154 (20 %), 165 (33 %), 167 (TrH

- C6H5, 18 %), 183 (TrOH - C6H5, 62 %), 244 (TrH, 29 %), 260 (TrOH, 28 %)

1H-NMR (Fraktion 490-540, Chloroform-d1):

0,35 (s, 1 H), 1,72 (s, 1 H), 4,9-5,45 (mbr, 1 H, Z), 6,32-7,9 (mbr, 15 H, Z)

MS (Fraktion 490-540, EI, 70 eV), m/z, relative Intensität:

28 (100 %), 32 (23 %), 51 (11 %), 78 (C6H6, 18 %), 115 (8 %), 152 (20 %), 165 (78%), 167 (TrH - C6H5, 68 %), 244 (TrH, 86 %)


87

4.5.4 Ergebnisse und Diskussion der stöchiometrischen Umsetzungenvon Tritylkationen mit verschiedenen Borverbindungen

Hervorzuheben waren bei diesen Umsetzungen vier Ergebnisse:

- Die makroskopischen Beobachtungen- Veränderungen in 1H- und 11Bor-Spektren- Massenspektrometrische Untersuchungen und NMR-Spektren der Produkte

vor und nach chromatographischer Aufreinigung- Entstehung nicht charakterisierbarer Verbindungen

Schwarzfärbungen von Reaktionslösungen sind in der Regel auf die Verkohlung vonStoffen zurückzuführen, die bei der Reaktion eingesetzt werden oder entstehen.Ursache ist eine zu hohe Temperatur, die entweder von außen zugeführt wird oder inForm von Reaktionswärme entsteht. Verkohlungsprodukte sind in den meisten Fällenin Lösungsmitteln jeglicher Art unlöslich und treten deshalb bestenfalls kolloidal auf.In unserem Fall war bei allen Reaktionen ein kontinuierlicher Farbwechsel derReaktionslösung von Gelb über Grün und Blau bis hin zu Schwarz zu erkennen unddie Farbe ging eindeutig von gelösten Substanzen aus. Dieses sichtbare Ergebnisdeutete auf polymere Strukturen hin, die möglicherweise im Reaktionsgemischkontinuierlich entstanden. Den Reaktionsgemischen wurde in allen Fällen einegeringe Menge Trichloressigsäure hinzugefügt, um Tritylkationen und die darausresultierende gelbe Farbe zu erzeugen. Interessant war die Reihenfolge derfarblichen Veränderungen. Bei einer Polymerstruktur erwartete man mitzunehmender Zahl der konjugierten Doppelbindungen einen Farbwechsel zugrößeren Wellenlängen des Lichtes, also von Gelb zu Blau und dann erst zu Grün.Der beobachtete Farbwechsel deutete somit eher auf das Entstehen eines blauenProduktes aus dem gelben Edukt hin, deren Gemisch zu der grünen Farbe führte.Eine anschließende Aufkonzentrierung des blauen Produktes würde zwar zu einerimmer dunkleren Lösung führen, erklärte aber nicht die schwarze Farbe, die amEnde der Reaktion auftrat und absolut keinen Blaustich mehr enthielt, sondern eherzu Grau tendierte.

Gingen vom Edukt Tritylbromid im 1H-Spektrum noch feine Aufspaltungen derMultipletts zwischen 7 und 7,5 ppm aus, so konnte man im Verlauf der Reaktioneneine stetige Verbreiterung der Signale erkennen, bis nur noch gröbste Aufspaltungenzu erkennen waren (Abbildung 31). Auch dieses Ergebnis war von polymeren


88

Strukturen bekannt, in denen sich die Signale vieler annähernd gleich strukturierterProtonen überlagern.

Die Reaktion von Tritylbromid mit dem Borcluster ergab neben einer Verbreiterungder Signale auch eine Verschiebung der Phenylprotonen zum höheren Feld(Abbildung 31, B und C). Bei der kurzzeitigen Umsetzung mit zwei ÄquivalentenTritylbromid (Abbildung 31, B) entstanden geringe Mengen Tritan (Singulett bei 5,61ppm) und daneben tauchte nun ein verbreitertes Signal zwischen 4,9 und 5,5 ppmauf, dessen Integral nach Umsetzung mit acht Äquivalenten Tritylbromid über Nacht(Abbildung 31, C) ein Verhältnis von 1:15 zum verbreiterten Multiplett zwischen 6,3und 7,9 aufwies. Ohne die Signalspreizung in Kombination mit einer Hochfeldver-schiebung entsprach dieses Muster dem Tritan, welches schließlich auch massen-spektrometrisch nachgewiesen wurde (siehe 4.5.3).

(ppm)

7.33

387.

2991

7.18

947.

1489

7.17.27.37.4

7.14

24

5.31

11

(ppm)5.06.07.08.0

7.16

32

5.61

385.

3337

(ppm)5.05.56.06.57.07.5

A B C

Abbildung 31: 1H-Spektrum der Phenylprotonen aus Tritylbromid (A), nach Umsetzung mitzwei Äquivalenten NaB (B, zur vollständigen Dokumentation siehe 4.5.2) und nach Umsetzung

mit NaB über Nacht (zur vollständigen Dokumentation siehe 4.5.3, Fraktion 490-540 ml)

In 11Bor-Spektren war ebenfalls eine Veränderung des Borclusters festzustellen. Derunsubstituierte Borcluster wies vor der Reaktion ein für Borspektren verhältnismäßig


89

scharfes Signal bei -15,2 auf (Abbildung 32, A). Je nach Menge an eingesetztemTritylbromid und Dauer der Reaktion wurde dieses Signal zu Gunsten eines breitenSignals bei -5,7 ppm zurückgedrängt. Dabei nahm auch die Breite des nochvorhandenen Eduktsignals zu (Abbildung 32, B und C). Nach Umsetzung über Nachtmit deutlichem Überschuss an Tritylbromid (siehe 4.5.3) war das Eduktsignalschließlich vollständig verschwunden und nur noch das neue Signal bei tieferem Feldzu finden (Abbildung 32, D).

(ppm)(ppm) (ppm)

-15.

2199

-15.

0733

-15.

0439

-5.6

850

-5.6

850

-5.9

784

(ppm)-40-40 -40 -404040 4000 0 040

A B C D

Abbildung 32: 11Bor-Spektren von Tritylbromid (A) und mit zwei, vier (B und C, zurvollständigen Dokumentation siehe 4.5.2) und acht (D, zur vollständigen Dokumentation siehe

4.5.3) Äquivalenten NaB umgesetzt

Neben Tritan konnte massenspektrometrisch nur Tritol als bekannte Verbindungnachgewiesen werden. Beide Verbindungen sind im Rohprodukt vor der chromato-graphischen Aufreinigung mit Hilfe der NMR-Technik nicht zu erkennen. Produkteoder Produktfragmente mit größeren Massen als Tritan (m/z 244) und Tritol (m/z 260)wurden in keinem der Massenspektren gefunden. Ob bei den Umsetzungentatsächlich polymere Strukturen entstanden sind, konnte natürlich durch dieangewendete Methode (EI) nicht geklärt werden. MALDI-TOF oder ESI bei mehrfachgeladenen Polymeren währen hier vorzuziehen gewesen.


90

Nach der Umsetzung von BSH mit zwei Äquivalenten Tritylbromid (siehe 4.5.1) undchromatographischer Aufreinigung wurden einzelne Fraktionen 1H-spektroskopischuntersucht. Auch hier fanden sich wie bereits erwähnt verbreiterte Signale in denBereichen zwischen 5 und 5,5 ppm sowie 6,4 und 7,4 ppm, die einem postuliertenProdukt Z zugeordnet wurden. In allen untersuchten Fraktionen waren außerdem diepostulierten Produkte X und Y zu finden. Produkt Y lag insbesondere in den spätenFraktionen in hoher Reinheit vor, was anhand der Symmetrie und der Integrale derSignale zu erkennen war.

1.00

001.

0137

2.02

10

1.16

48

8.54

62

6.26

67

Inte

gral

7.67

527.

5411

4.17

45

1.65

31

1.28

92

0.88

27

(ppm)

0.01.02.03.04.05.06.07.0

Y Y X X

Abbildung 33: 1H-Spektrum der Fraktion 325-350 ml in Chloroform-d1 nach Umsetzung vonBSH mit zwei Äquivalenten Tritylbromid und chromatographischer Aufreinigung (zur

vollständigen Dokumentation siehe 4.5.1).

Leider wurde kein Massenspektrum von den späten Fraktionen aufgenommen. DieIdentifizierung von Y sollte dank der gut aufgelösten NMR-Spektren und insbeson-dere in Verbindung mit der Massenspektrometrie ein Leichtes sein. Sie wurde aberim Rahmen dieser Arbeit nicht mehr durchgeführt, da zu diesem Zeitpunkt mitDimethoxytrityl bereits eine andere Schutzgruppe für die Synthesen der Monomer-bausteine genutzt wurde, deren Reaktivität mit dem Borcluster ausreichendkontrolliert werden konnte.


91

Tritylkationen wurden wegen ihrer starken Affinität zu Hydridionen in dieser Arbeitauch zur Dehydrierung von Tropilidenderivaten eingesetzt. Cheng et al. (1998)ermittelten den Wert für [-∆GH-(A+)] mit 96,5 und fanden nur für protoniertes p-Benzochinon einen noch höheren Wert. Harmon et al. (1969) postulierten für dieUmsetzung von Tropyliumkationen mit dem B12-Cluster einen elektrophilen Angriff,bei dem ein freiwerdendes Hydridanion von einem weiteren Tropyliumring zumTropiliden gebunden wurde. Den umgekehrten Weg beschrieben Grubert et al.(1999), die nach elektrochemischer Erzeugung des Radikalkations von ver-schiedenen Tropilidenderivaten gleiche Mengen der entsprechenden Tropylium-derivate und ihrer jeweiligen Ausgangsverbindung erhielten, woraus eine zwischen-zeitliche Dimerisierung postuliert werden konnte. Die Dimerisierung eines Trityl-kations mit Tritan wäre zwar bindungselektronisch schwer nachzuvollziehen, aber diein dieser Arbeit beschriebenen Ergebnissen weisen zumindest auf eine mehrfacheDehydrierung des Borclusters durch Tritylkationen und mögliche Veränderungen anseiner Ikosaederstruktur hin.


92

4.6 Oligomersynthesen

4.6.1 Syntheseplanung und Verlauf für die Darstellung von Oligomeren

Das Fernziel dieses Abschnitts war die Synthese eines Oligomers, welches aus einerDNA-Sequenz mit einem Ende aus mehreren borierten Bausteinen bestand. DieseSequenz mit einem so genannten Bortrailer könnte in der Krebsforschung als Sondezur Detektion von Krebsgenen verwendet werden, an die sich die Sequenz anlagert.Als zweites Anwendungsgebiet kam die Bor-Neutronen-Einfang-Therapie in Frage.Hier war es erstrebenswert, einen reinen Bortrailer entweder über Kopplungsgruppenkovalent an einen Antikörper gegen Krebszellen zu binden oder das Oligomer alsHapten für eine Wechselwirkung mit einem bispezifischen Antikörper zu nutzen(siehe 1.2.1). Die kovalente Bindung an einen Antikörper und auch die Wechsel-wirkung eines entsprechenden Haptens wurde bereits mit Oligomeren durchgeführt,die nido-Carborane enthielten. Sowohl Oligomere nach dem Strickmuster der Peptid-synthese (Hawthorne und Maderna, 1999) also auch der Oligonukleotidsynthese(Primus et al., 1996) wurden dafür verwendet.

Zu 4.6.2.1:

Als feste Phasen standen das so genannte Merrifield-Harz - ein mit Divinylbrückenquervernetztes Polystyrol - und Controlled Pore Glass (CPG) als Bulk-Version zurVerfügung. Beide waren mit Aminogruppen funktionalisiert und konnten so mit einemLinker über eine Succinylbrücke verbunden werden. Der Ablauf der Synthese lehntesich dabei an die Vorgehensweise von Ito et al. (1982) an.

Zu 4.6.2.2:

Experimente zur Oligomerisierung borierter Monomerbausteine, die im eigenen Hausmanuell durchgeführt wurden, führten zu keiner nennenswerten Kopplungsausbeute.Erst durch kompetenten Rat durch Dr. Michael Hinz konnten in Ulm auf einemSyntheseautomat weitere Projekte in Angriff genommen werden. Auf die automa-tische Synthese von Oligomeren wurde danach auch die weitere Planungausgerichtet. Um die Verträglichkeit eines borierten Monomerbausteins mit DNA-Sequenzen und ihrer standardisierten Syntheseprozedur zu testen, sollte 10zunächst an drei verschiedenen Stellen (Anfang, Mitte und Ende) in eine


93

Testsequenz eingefügt werden (Abbildung 34). Man gab 10 gegenüber 9 denVorzug, weil man dann bei der späteren basischen Abspaltung des Oligomers mitdem möglicherweise entstehenden Thioether weniger Gefahr lief, die entstandeneKette zu zerstören. Die eingesetzte Testsequenz wird im weiteren Verlauf dieserArbeit als M13-3T bezeichnet, weil sie von einer -20 M13 Forward Primer genanntenSequenz des Virus M13mp18 abgeleitet wurde. Der Vektor des Virus stellt eineringförmige DNA aus einem Einzelstrang mit ca. 7000 Basen dar. Die Ableitung derTestsequenz von der Primersequenz des Virus erfolgte derart, dass das 3’-Ende umdrei Thymidineinheiten als Spacer verlängert wurde, damit man es besser an einenTräger binden konnte.

NH

O

O

O

3' T T 10 G A C C G G C A G C A A A A T GT 5'

NH

O

O

O

3' T T T G A C C G G 10 A G C A A A A T GT 5'

NH

O

O

O

3' T T T G A C C G G C A G C A A A A T GT 10 5'

CPG

CPG

CPG

Abbildung 34: Testsequenz M13-3T mit dem borierten Monomerbaustein 10 an dreiverschiedenen Positionen

Als Ideengeber für diese Vorgehensweise dienten Fulcrand-El Kattan et al. (1994),die ein mit dem closo-Carboran C2B10H11 beladenes Uridinderivat an den genanntenStellen in eine Sequenz aus zwölf Thymidinbausteinen einbauten.


94

O

HN

O N

O

O

PO N

O

O

CN

O

= C oder CH

Abbildung 35: Mit C2B10H11 beladenes Uridin als Monomerbaustein

Die Strategie dieser Vorgehensweise konnte wie folgt zusammengefasst werden:

- 10 wurde gegenüber 9 der Vorzug gegeben, da es den kürzeren Synthesewegaufwies und deshalb schneller in größerem Maßstab nachsynthetisiert werdenkonnte. Außerdem war die Stabilität von 10 gegenüber Basen im Vergleich zu9 höher zu bewerten.

- Die Testsequenz sollte alle vier Standardbasen der DNA enthalten, da davonauszugehen war, dass auch die Sequenz zur Detektion von Krebsgenenhauptsächlich aus diesen Basen besteht.

- Zunächst wurde nur ein borierter Baustein gemäß der Strategie eingefügt,immer nur einen Parameter der Oligonukleotidsynthese zu verändern.

- Um Einflüsse des neuen Bausteins auf die bekannte Sequenz besser zuuntersuchen, wurde das Experiment derart ausgeweitet, dass der Einbau andrei verschiedenen Stellen der Sequenz erfolgte.

- Alle weiteren Parameter wurden durch die Möglichkeiten der ArbeitsgruppeSeliger in Ulm vorgegeben.

Wegen seiner ausführlichen Beschreibung der Vorgehensweise dienten die Aus-führungen von Atkinson und Smith (1984) als Grundlage für alle Oligomersynthesen.Der Ablauf der Synthese eines Oligomers bestand generell aus folgenden Arbeits-schritten:

1. Synthese an einem Synthesizer mit fertigen Lösungen der Monomerbausteineund einem Support, dessen Linker mit seiner Konzentration die Ansatzgrößeder Synthese vorgab (in der Regel zwischen 0,05 und 10 µmol). UV-spektros-kopische Detektion über Ausbeuten an Dimethoxytrityl


95

2. Manuelle Abspaltung des fertigen Oligomers und seiner Schutzgruppen, wasje nach Methode zwischen 5 Minuten und 17 Stunden dauerte.

3. Aufreinigung des Oligomers mittels HPLC4. Bei „Trityl-on“ (letzte Dimethoxytritylgruppe wurde nicht abgespalten) Abspal-

tung mit Essigsäure über 15 Minuten5. Abtrennung von Acetonitril (aus HPLC) und eventuell vorhandenem

Dimethoxytritylacetat durch Gelfiltration6. Bestimmung des OD-Werts7. Charakterisierung mittels Kappilarelektrophorese und/oder Massenspektro-

metrie

Zu 4.6.2.3:

Die UV-spektroskopisch nachgewiesenen Kopplungsausbeuten für 10 waren einstarker Hinweis für eine erfolgreiche Kopplung. Da aber nach der Isolierung zu kleineProdukte massenspektrometrisch detektiert wurden, lag die Vermutung einerunerwünschten Fragmentierung bei der Abspaltung nahe, was auch als einziges denErfahrungen der Arbeitsgruppe Seliger entsprach. Deshalb wurde das Experimentder Kopplung von 10 an M13-3T in Kombination mit milderen Abspaltbedingungenwiederholt. Dazu waren spezielle Schutzgruppen an den Basen der Nukleotide nötig(Applied Biosystems, 2001; Glen Research Report: www.glenres.com). Zum Einsatzkamen Phenoxyacetyl (Pac) und Acetyl (Ac), die gebunden an die freien Amino-gruppen der Basen Adenin und Cytosin vorlagen. Sie wurden bei der Abspaltung desOligomers von der festen Phase mit entfernt.

O

N

HN

ONO

O

PO N

O

O

O

CN

O O

O

PO N

O

O

CN

N

NN

N

HN

O

O

Ac-dC Pac-dA

Abbildung 36: Monomerbausteine für milde Oligonukleotidsynthesen

Um die Syntheseprozedur etwas zu vereinfachen, wurde 10 außerdem nur noch am

Ende der Sequenz M13-3T gekoppelt. Die terminale Position hatte den Vorteil, dass

man mit so genannten „trityl-on“ Sequenzen, bei denen die terminale Dimethoxytrityl-

http://www.glenres.com/


96

gruppe am 5’-Ende nicht entfernt wurde, eine Unterscheidung von nicht tritylierten

Sequenzen mittels HPLC erreichte. Das wiederum konnte als Hinweis auf eine

erfolgreiche Kopplung des letzten Bausteins genutzt werden.

Zu 4.6.2.4:

Die Experimente mit milden Abspaltbedingungen führten wie erwartet zu größerenProdukten als zuvor. Allerdings entsprachen die detektierten Massen immer nochnicht exakt den berechneten Massen, wobei auch hier wieder die erste Vermutungeine unzureichende Kompatibiltät von 10 mit den angewendeten Abspaltbe-dingungen war. Daher wurde nun eine ganze Bandbreite an Abspaltbedingungen aufdie Verträglichkeit mit dem borierten Monomerbaustein getestet. Zu diesem Zweckvereinfachte man die Synthese einer Sequenz dahingehend, dass man sich auf dasallgemein stabilste und auch preisgünstigste Nukleotid Thymidin beschränkte,welches bei jeder der angewendeten Methoden zur Abspaltung ohne spezielleSchutzgruppen auskam. Eine Sequenz aus 14 Thymidinbausteinen wurde in einemgroßen Ansatz oligomerisiert und am Ende mit 10 modifiziert (Abbildung 37). Manteilte den Ansatz auf und wendete sieben verschiedene Methoden zur Abspaltungund Entschützung des Oligomers an. Insbesondere Methoden, die Ethanolamin oderauch Ethanolamin in Kombination mit Hydrazin und Methanol nutzen, stellen heutedie hohe Kunst der Oligonukleotidsynthese dar Polushin et al. (1994).

NH

O

O

O

3' T T T T T T T T T T T T T 10 5'T

CPGNH355 °C

NH3RT

NH3Mikro-wellen

K2CO3Methanol

NH3Methyl-amin

Ethanol-amin

EthanolaminHydrazinMethanol

Abbildung 37: Testsequenz aus 14 Thymidinbausteinen und 10 am Ende für die Abspaltungunter sieben verschiedenen Bedingungen

Die Synthese einer Sequenz mit mehreren borierten Bausteinen wurde ebenfalls inAngriff genommen. Dabei sollten mindestens vier 10 hintereinander gekoppeltwerden.


97

4.6.2 Synthesen der Oligomere

4.6.2.1 Mit Succinylthymidin (Linker) beladenes Polystyrol-Harz (11)

O

O

NH

O

ON

O

O

+1. DMAP, DCC

O

H3CHN

Polystyrol-Harz

O

OH

O

2. Trichloressigsäure

HO

NH

O

ON

O

O

N

O

O

O

CH3

17C35H36N2O10

Mol. Wt.: 644,6711

200 mg (mit 180 µmol Methylamin-Gruppen beladen; 1,2 eq) Polystyrol-Harz (sogenanntes Merrifield-Harz mit 2 % Quervernetzung durch Divinylbrücken), 20 mg (96µmol; 0,67 eq) 4-Dimethylaminopyridin, 40 mg (240 µmol; 1,5 eq) DCC und 100 mg

(150 µmol) 17 werden in eine d3-Säule (∅ = 1 cm, Länge = 7,5 cm) eingewogen.Man gibt 8 ml trockenes Dichlormethan hinzu und schüttelt 24 Stunden unterStickstoff.

Die Reaktionslösung wird entfernt, mit mehreren Portionen Dichlormethan (insge-samt 30 ml) aus der Reinigung des Harzes vereinigt und mit 5 ml Lösung aus 2 %Trichloressigsäure in Dichlormethan behandelt. Man entfernt das Lösungsmittel undbestimmt die Konzentration an Dimethoxytritylkationen UV-spektroskopisch (sieheunten).

Das Harz wird ebenfalls mit 5 ml Lösung aus 2 % Trichloressigsäure inDichlormethan behandelt. Nach kurzem Schütteln wird die orange Lösung in einemKolben gesammelt und mehrmals mit trockenem Dichlormethan nachgespült (insge-samt 30 ml), bis das Harz gelb bis farblos ist. Die orange Lösung wird vomLösungsmittel befreit und für UV-spektroskopische Untersuchungen weiterverwendet.


98

UV-spektroskopische Konzentrationsbestimmung:

Der orange Rückstand wird in 10 ml Gemisch aus 70 % Perchlorsäure/Ethanol (3:2,v/v) aufgenommen und schrittweise 1:10 verdünnt, um die Konzentration aus dergemessenen Absorption mit Hilfe des in 4.4.2 berechneten Extinktionskoeffizientenε495 nm = 66,5⋅106 mol-1 cm-1 zu ermitteln.

Proben-Bezeichnung

Gesamt-Volumen [l]

Abs495 nmAbs495 nm -Leerwert

BerechneteKonzentration

[µµµµmol]nicht gebunden

(Reaktionslösung)10 0,28 0,24 36,1

Gebunden (Harz) 20 0,27 0,23 69,2

Tabelle 3: Eichreihenmessungen (Leerwert (70 % Perchlorsäure/Ethanol 3:2, v/v): Abs495 nm =0,0395)

Die berechneten Konzentrationen entsprechen Ausbeuten von 24 % für nichtgebundenen Linker und 46 % für an Harz gebundenen Linker bezogen auf dieeingesetzte Menge 17.


99

4.6.2.2 Testsequenz M13-3T mit dem Monomerbaustein 10 am Anfang, in derMitte und am Ende der Sequenz

Die Synthesen werden auf einer ExpediteTM 8909 (Perkin - Elmer) mit Standard-Chemikalien (Hersteller Roth, Karlsruhe und Biosolve, Valkenswaard, Niederlande)und Standard-Programm ohne Abspaltung der letzten Dimethoxytritylgruppe („trityl-on“) auf Controlled Pore Glass (CPG) als fester Phase mit dem Linker Succinyl-thymidin durchgeführt. Die Testsequenz M13-3T besteht aus der Basenfolge 5’-GTAAAA CGA CGG CCA GTT TT-3’. Die Kopplungszeiten des Monomerbausteins 10betragen 15 Minuten. Jede Synthese wird zweimal durchgeführt.

Schritt Lösungsmittel/Reaktant Menge t [sek]

1 3 % Trichloressigsäure in Dichlormethan 960 µl 60

2 Acetonitril 720 µl 20

3 Monomerbausteine 0.05M/DCI 0.25M in Acetonitril 300-fach 100


5 Essigsäureanhydrid/N-Methylimidazol/Pyridin/THF 130 µl 15


7 0.1 M Iod/Collidin/Wasser/Acetonitril 240 µl 7




Tabelle 4: Allgemeiner Synthesezyklus zur Verlängerung des Oligomers (0,2 µµµµmol Ansatz)

Die Abspaltung vom Träger und den Schutzgruppen erfolgt mit konzentriertemAmmoniak (32 %) bei 55 °C für 17 Stunden. Anschließend wird eine Reinigungmittels HPLC auf Amberchrome CG 300 S Material (Partikelgröße 35 µm, 10x250mm; Start: 80 % Acetonitril und 20 % 0,1 M Triethylammoniumacetat-Puffer pH 7,5,Ende: 5 % Acetonitril nach 6,8 ml) und die Abspaltung der letzten Dimethoxytrityl-gruppe mit 80% Essigsäure bei Raumtemperatur über 15 Minuten durchgeführt. Dieessigsauren Lösungen werden über NAP™-10 Säulen (Sephadex G-25, PharmaciaBiotech AB) filtriert, um anschließend die optische Dichte zu bestimmen.


100

Testsequenz M13-3T mit dem Monomerbaustein 10 am Anfang der Sequenz:

Die vollständige Sequenz lautet 5’-GTA AAA CGA CGG CCA G10T TT-3’ mit einerberechneten Masse von 6146,8 Dalton (10 = 309,937 Dalton).

MS (MALDI-TOF, Matrix ATT/Spermin), m/z (Zuordnungen und Differenzen sind zurOrientierung in Klammern angegeben):

4848,3, 4861,6, 4895,8, 4975,1 (M - 10TTT + 50,9), 5011,3, 5212,4, 5214,4 (M - TTT+ 19,8)

Testsequenz M13-3T mit dem Monomerbaustein 10 am Ende der Sequenz:

Die vollständige Sequenz lautet 5’-10GT AAA ACG ACG GCC AGT TTT-3’ mit einerberechneten Masse von 6451,1 Dalton (10 = 309,937 Dalton).


5678,1, 5683,1, 5879,6 (M - 10 - 261,6)

Testsequenz M13-3T mit dem Monomerbaustein 10 in der Mitte der Sequenz:

Die vollständige Sequenz lautet 5’-GTA AAA CGA 10GG CCA GTT TT-3’ mit einerberechneten Masse von 6161,9 Dalton (10 = 309,937 Dalton).


2844,2 (M - 10GGCCAGTTTT + 88,3), 2848,1, 3044,6 (M - GTAAAACGA10 + 10,5)


101

T T T T G A C C G G X A G C A A A A T

rela

tive

Inte

nsitä

t der

Trit

ylfa

rbe

0

1

2

3

4

5

6

Diagramm 11: Kopplungsausbeuten für 10 in der Mitte (Synthese A)

T T T T G A C C G G X A G C A A A A T

rela

tive

Inte

nsitä

t der

Trit

ylfa

rbe

0

1

2

3

4

5

6

Diagramm 12: Kopplungsausbeuten für 10 in der Mitte (Synthese B)

Der geringe Wert aus dem ersten Schritt der Synthese ist auf das Alter der ein-gesetzten und bereits mit einem Linker funktionalisierten festen Phase zurück-zuführen. So entspricht dieser Wert nicht einer Kopplungsausbeute im eigentlichenSinne.


102

4.6.2.3 Testsequenz M13-3T mit 10 am Ende der Sequenz und Acetyl- undPhenoxyacetylgruppen zur Entfernung der Schutzgruppen undAbspaltung des Oligomers unter milden Bedingungen

Drei Synthesen werden auf einer ExpediteTM 8909 (Perkin - Elmer) mit Standard-Chemikalien (Hersteller Roth, Karlsruhe und Biosolve, Valkenswaard, Niederlande)und Standard-Programm ohne Abspaltung der letzten Dimethoxytritylgruppe („trityl-on“) durchgeführt. Die Testsequenz M13-3T besteht aus der Basenfolge 5’-GTA AAACGA CGG CCA GTT TT-3’. Abweichend von dieser Standard-Prozedur werden fürdie drei Sequenzen folgende Bausteine verwendet:

1. Synthese: N-Acetyl-desoxyribocytidin (Ac-dC)2. Synthese: N-Phenoxyacetyl-desoxyriboadenosin (Pac-dA)3. Synthese: N-Acetyl-desoxyribocytidin (Ac-dC) und N-Phenoxyacetyl-

desoxyriboadenosin (Pac-dA)

Als feste Phase dient Polystyrol Primer Support™ T von Pharmacia Biotech AB mitSuccinylthymidin als Linker. Die Kopplungszeiten des Monomerbausteins 10betragen 15 Minuten.






5 Phenoxyessigsäureanhydrid /N-Methylimidazol/Py/THF 130 µl 15




9 Phenoxyessigsäureanhydrid /N-Methylimidazol/Py/THF 110 µl 3


Tabelle 5: Allgemeiner Synthesezyklus zur Verlängerung des Oligomers (0,2 µµµµmol Ansatz)


103

Die Sequenzen werden unter drei verschiedenen Bedingungen vom Träger und denSchutzgruppen abgespalten:

1. M13-3T mit Ac-dC + 10: konzentrierter Ammoniak (32 %)/40 % Methylamin inWasser (1:1) bei 65 °C über fünf Minuten

2. M13-3T mit Pac-dA + 10: Konzentrierter Ammoniak (32 %), Raumtemperatur,17 Stunden

3. M13-3T mit Pac-dA + Ac-dC + 10: 0,05 M Kaliumcarbonat in Methanol,trocken, vier Stunden

Hochdruckflüssigchromatographie (HPLC):

Die Reinigung der Sequenzen erfolgt auf Amberchrome CG 300 S Material(Partikelgröße 35 µm, 10x250 mm) durchgeführt (Start: 80 % Acetonitril und 20 % 0,1M Triethylammoniumacetat-Puffer pH 7,5, Ende: 5 % Acetonitril nach 6,8 ml). VR-Werte werden bei 254 nm detektiert und in Millilitern angegeben.

1. M13-3T mit Ac-dC + 10 (NH3/Methylamin): 6,82. M13-3T mit Pac-dA + 10 (NH3, RT): 6,963. M13-3T mit Pac-dA + Ac-dC + 10 (K2CO3 in Methanol): 6,84

Bei allen drei Proben findet sich eine Schulter hinter dem detektierten Peak. Manfängt das Oligomer in einem oder mehreren Cups auf und führt die Abspaltung derletzten Dimethoxytritylgruppe mit 80% Essigsäure bei Raumtemperatur über 15Minuten durch. Die essigsauren Lösungen werden über NAP™-10 Säulen(Sephadex G-25, Pharmacia Biotech AB) filtriert, um anschließend die optischeDichte an einem Beckman DU® 7500 bei 260 nm zu bestimmen.

ProbennameAbsorption

(% Transmission)Optische Dichte

(Faktor 1,5)Berechnete

Stoffmenge [nmol]M-13/Pac+Ac/1 0,477 0,715 3,151

M-13/Pac+Ac/2 0,285 0,428 1,886

M-13/Pac 0,768 1,151 5,073

M-13/Ac 0,987 1,481 6,527

Tabelle 6: Umrechnung der gemessenen Absorptionen über die optische Dichte inStoffmengen. 10 bleibt dabei unberücksichtigt.


104

Massenspektrometrie (MS):

Die vollständige Sequenz lautet 5’-10GT AAA ACG ACG GCC AGT TTT-3’ mit einerberechneten Masse von 6451,1 Dalton (10 = 309,937 Dalton). Es werden MALDI-TOF-Spektren in der Matrix ATT/Spermin aufgenommen. Gemessen werden sowohlHPLC-aufgereinigte als auch unaufgereinigte Proben. Zuordnungen und Differenzensind zur Orientierung in Klammern angegeben.

1. M13-3T mit Ac-dC + 10 (NH3/Methylamin, aufgereinigt): 6178,8 (M - 10 +37,6), 6246,9, 6301 (M - B12H11 - 8,9)

2. M13-3T mit Pac-dA + 10 (NH3, RT, aufgereinigt): 6147,1 (M - 10 + 5,9)3. M13-3T mit Pac-dA + Ac-dC + 10 (K2CO3 in Methanol, aufgereinigt): 6172,3

(M - 10 + 31,1)3. M13-3T mit Pac-dA + Ac-dC + 10 (K2CO3 in Methanol, unaufgereinigt):

5557,6, 5862,6, 6164,6 (M - 10 + 23,4)


105

4.6.2.4 14mer Oligo-Thymidin (14T) mit dem Monomerbaustein 10 am Ende derSequenz bei anschließender Abspaltung unter sieben verschiedenenBedingungen

Die Synthese wird auf einer ExpediteTM 8909 (Perkin - Elmer) mit Standard-Chemikalien (Hersteller Roth, Karlsruhe und Biosolve, Valkenswaard, Niederlande)und Standard-Programm ohne Abspaltung der letzten Dimethoxytritylgruppe („trityl-on“) auf Controlled Pore Glass (CPG) als fester Phase mit dem LinkerSuccinylthymidin durchgeführt. Die Kopplungszeit des Monomerbausteins 10 beträgt15 Minuten.












Tabelle 7: Allgemeiner Synthesezyklus zur Verlängerung des Oligomers (1 µµµµmol Ansatz)

Der Ansatz wird in sieben Proben aufgeteilt und das Oligomer unter folgendenBedingungen von der festen Phase abgespalten:

1. Konzentrierter Ammoniak (32 %), 55 °C, 15 Stunden2. Konzentrierter Ammoniak (32 %), Raumtemperatur, 15 Stunden3. Konzentrierter Ammoniak (32 %), 450 Watt Mikrowellenbestrahlung, zwei

Minuten4. 0,05 M Kaliumcarbonat in Methanol, trocken, vier Stunden5. Konzentrierter Ammoniak (32 %)/40 % Methylamin in Wasser (1:1), 65 °C,

fünf Minuten6. Ethanolamin, Raumtemperatur, 15 Minuten


106

7. Ethanolamin/Hydrazin-hydrat/Methanol (5:1:5), Raumtemperatur, fünf Minuten

Hochdruckflüssigchromatographie (HPLC):

Es wird eine Reinigung mittels HPLC auf Amberchrome CG 300 S Material(Partikelgröße 35 µm, 10x250 mm) durchgeführt (Start: 80 % Acetonitril und 20 % 0,1M Triethylammoniumacetat-Puffer pH 7,5, Ende: 5 % Acetonitril nach 6,8 ml). VR-Werte werden bei 254 nm detektiert und in Millilitern angegeben.

0. 14T ohne Modifizierung (NH3, 55°C): 6,371. 14T + 10 (NH3, 55°C): 6,61, 6,932. 14T + 10 (NH3, RT): 6,58, 6,933. 14T + 10 (NH3, Mikrowellen): 6,46, 6,944. 14T + 10 (K2CO3 in Methanol): 6,95 (mit schwacher Schulter davor)5. 14T + 10 (NH3/Methylamin): 6,59, 6,936. 14T + 10 (Ethanolamin): 7,01 (mit schwacher Schulter davor)7. 14T + 10 (Ethanolamin/Hydrazin/Methanol): 6,54, 6,97

In allen Fällen des modifizierten Oligomers traten zwei Peaks auf, bei denen sich dererste Peak immer als Schulter des zweiten Peaks bei halber Höhe zeigt. Man fängtdas Oligomer in einem oder mehreren Cups auf und führt die Abspaltung der letztenDimethoxytritylgruppe mit 80% Essigsäure bei Raumtemperatur über 15 Minutendurch. Die essigsauren Lösungen werden über NAP™-10 Säulen (Sephadex G-25,Pharmacia Biotech AB) filtriert.

Kappilarelektrophorese (CE):

Nach der Analyse einer reinen 14T-Sequenz ohne Borbaustein erfolgt die Analysealler sieben Proben durch Kapillarelektrophorese in zwei Messreihen. Zum einenwerden die reinen Proben untersucht, zum anderen mischt man die Proben mit der14T-Sequenz als Vergleichsreferenz und führt mit diesem Gemisch die Analysedurch. Das verwendete Gel mit einer Lauflänge von 17 cm wird zurzeit patentiert undkann deshalb hier nicht beschrieben werden. Die angelegte Spannung beträgt 15 kVmit der Polarität von Minus zu Plus.


107

Gemessen wird bei einer Wellenlänge von 260 nm unter Angabe der Laufzeit inMinuten und der Fläche der detektierten Peaks in Prozent. Zuordnungen in Proben-gemischen sind in Klammern angegeben.

0. 14T ohne Modifizierung (NH3, 55°C): 22,48 (2,85), 23,23 (3,2), 23,6 (13,15),24,12 (80,8)

1. 14T+10 (NH3, 55°C): 20,53 (75,98), 25,85 (24,02)1. 14T+10 im Gemisch mit 14T ohne Modifizierung (NH3, 55°C): 19,9 (14T+10,

26,76), 23,2 (14T, 4,21), 23,52 (14T, 24,74), 25,2 (14T+10, 8,96), 28,65(8,71), 29,36 (12,45)

2. 14T+10 (NH3, RT): 19,69 (15,78), 21,83 (11,15), 22,19 (19,1), 22,55 (25,06),23,25 (6,67), 23,88 (8,17), 24,94 (5,69), 28,37 (8,39)

2. 14T+10 im Gemisch mit 14T ohne Modifizierung (NH3, RT): 19,57 (14T+10,5,88), 22 (7,31), 22,22 (9,84), 22,57 (6,81), 23,02 (9,14), 23,35 (weder 14Tnoch 14T+10, 43,15), 28,41 (14T+10, 17,85)

3. 14T+10 (NH3, Mikrowellen): 19,35 (9,41), 19,43 (5,67), 20,08 (2,39), 21,48(4,97), 21,89 (6,53), 22,01 (11,02), 22,22 (14,18), 22,46 (6,61), 22,72 (5,73),23,01 (4,78), 23,14 (3,99), 23,3 (2,92), 25 (8,47), 26,88 (2,93), 28,45 (3,37),29,2 (7,03)

3. 14T+10 im Gemisch mit 14T ohne Modifizierung (NH3, Mikrowellen): 19,6(14T+10, 6,2), 21,72 (14T+10, 3,6), 22,21 (14T+10, 7,65), 22,44 (14T+10,5,66), 22,67 (14T+10, 2,04), 22,79 (2,26), 22,95 (14T+10, 3,52), 23,27(14T+10, 10,7), 23,66 (14T, 42,8), 25,23 (14T+10, 4,96), 28,74 (14T+10,6,53), 29,46 (14T+10, 4,09)

4. 14T+10 (K2CO3 in Methanol): 21,13 (2,86), 21,5 (6,01), 21,88 (6,69), 22,27(11,62), 22,46 (5,57), 22,66 (18,06), 23,04 (36,77), 24,37 (9,42), 24,72 (2,99)

4. 14T+10 im Gemisch mit 14T ohne Modifizierung (K2CO3 in Methanol): 20,71(1,4), 21,09 (1,85), 21,49 (2,8), 21,91 (5,1), 22,36 (14T+10, 8,44), 22,78(14T+10, 12,88), 23,22 (14T+10, 25,88), 23,55 (14T, 5,67), 24 (14T, 29,4),24,49 (14T+10, 3,38), 24,61 (1,86), 24,81 (14T+10, 1,23)


108

5. 14T+10 (NH3/Methylamin): 17,04 (17,12), 21,94 (3,77), 22,32 (7,25), 22,48(4,73), 22,72 (13,99), 23,12 (40,07), 24,47 (5,85), 24,61 (3,3), 24,84 (3,91)

5. 14T+10 im Gemisch mit 14T ohne Modifizierung (NH3/Methylamin): 22,33(5,99), 22,75 (14T+10, 10,1), 23,19 (14T+10, 28), 23,57 (14T, 8,44), 24,02(14T, 47,47)

6. 14T+10 (Ethanolamin): 20,3 (5,49), 20,65 (7,54), 21,01 (10,09), 21,36 (14,11),21,71 (16,09), 22,04 (17,32), 23,34 (8,04)

6. 14T+10 im Gemisch mit 14T ohne Modifizierung (Ethanolamin): 19,88 (0,86),20,13 (1,28), 20,47 (1,8), 20,85 (2,52), 21,26 (3,32), 21,68 (14T+10, 5,24),22,11 (14T+10, 7,35), 22,53 (14T+10, 10,9), 22,93 (14T+10, 13,04), 23,31(14T+10, 14,68), 23,69 (14T, 5,03), 24,13 (14T, 26,34), 24,65 (14T+10, 4,04),24,79 (1,75), 24,99 (1,84)

7. 14T+10 (Ethanolamin/Hydrazin/Methanol): 20,85 (2,05), 21,25 (2,25), 21,67(3,29), 22,09 (5,23), 22,52 (10,75), 22,95 (16,71), 23,41 (42,94), 24,68 (7,75),24,83 (4,41), 25,03 (2,95), 25,25 (1,67)

7. 14T+10 im Gemisch mit 14T ohne Modifizierung(Ethanolamin/Hydrazin/Methanol): 21,66 (14T+10/7, 1,79), 22,08 (14T+10,2,62), 22,53 (14T+10, 8,11), 22,93 (14T+10, 11,14), 23,38 (14T+10, 25,62),23,75 (14T, 6,44), 24,2 (14T, 36,45), 24,69 (14T+10, 3,87), 24,84 (14T+10,2,37), 25,03 (14T+10, 1,58)

Massenspektrometrie (MS):

Die berechnete Masse für die mit 10 modifizierte 14T-Sequenz beträgt 4506,9 Dalton(10 = 309,937 Dalton). Es werden MALDI-TOF-Spektren in der Matrix ATT/Sperminaufgenommen. Zuordnungen und Differenzen sind zur Orientierung in Klammernangegeben.

1. 14T + 10 (NH3, 55°C): 738,2, 924,1, 1063,5, 1233,9, 1373,3, 3335,52. 14T + 10 (NH3, RT): 627,2, 680,6, 766,2, 804,2, 857,2, 943, 980,3, 1081,6,

1119,6, 1258,2, 1296,9, 1397,1, 1435,1, 1574,2, 1612,7, 1712,6, 1751,9,1890, 1929, 2066,1, 2104,7, 2245,5

3. 14T + 10 (NH3, Mikrowellen): 764, 939,6 (3T + 88,9), 1073,8 (3T + 223,1),1254,5 (4T + 104,1), 1394 (4T + 243,6), 1569,5, 1750,2, 1910,3 (vergleiche14T+10/5)

4. 14T + 10 (K2CO3 in Methanol): 3351 (11T + 66,7), 3655,6 (12T + 67,1), 3960,3(13T + 67,6), 4259,8 (14T + 62,8), 4497,3 (14T+10 - 9,6)


109

5. 14T + 10 (NH3/Methylamin): 753,7, 939,6 (3T + 88,9), 1073,8 (3T + 223,1),1254,5 (4T + 104,1), 1394 (4T + 243,6), 1585, 1703,8 (vergleiche 14T+10/3)

6. 14T + 10 (Ethanolamin): 3299,3 (11T + 15), 3609,1 (12T + 20,6), 3903,5 (13T+ 10,8), 4208,1 (14T + 11,1), 4239,1 (14T + 42,1), 4290,7 (14T + 93,7),4517,9 (14T+10 + 11), 4538,6 (14T+10 + 31,7), 4595,4 (14T+10 + 88,5)

7. 14T + 10 (Ethanolamin/Hydrazin/Methanol): 3615,3 (12T + 26,8), 3666,5 (12T+ 78), 3919,1 (13T + 26,4), 3977 (13T + 84,3), 4214,9 (14T + 17,9), 4281 (14T+ 84), 4529,7 (14T+10 + 22,8)

NH

O

ON

O

HO

HH

HH

PO

O

OH

C10H13N2O7PMol. Wt.: 304,19

C5H5N2O2•

Mol. Wt.: 125,11

C5H8O5P•

Mol. Wt.: 179,09

C5H7O3••

Mol. Wt.: 115,11

HO2P•

Mol. Wt.: 63,98

Abbildung 38: Fragmente des Thymidinbausteins und ihre Massen


110

4.6.3 Ergebnisse der Oligomersynthesen

Zu 4.6.2.1:

Die Modifizierung des Merrifield-Harzes mit einem auf Thymidin basierenden Linkerzu 11 führte zu der gewünschten Kopplungsausbeute, die UV-spektroskopischbestimmt wurde. Die darauf folgenden Experimente zur manuellen Kopplung vonMonomerbausteinen am Linker brachten dagegen sehr geringe Ausbeuten von nur 2% und weniger. Als Monomere kamen der auf Thymidin basierende Baustein 3 undder borierte Baustein 1 zum Einsatz. Die Durchführung von Experimenten mit einemSyntheseautomaten verlief wesentlich erfolgreicher als die manuelle Vorgehensweiseund wurde in der Folgezeit bevorzugt.

Zu 4.6.2.2:

Die ersten Synthesen der an drei Stellen mit 10 modifizierten Sequenz M13-3Tführten nach ihrer Abspaltung und Isolierung laut MALDI-TOF-Aufnahmen zu zukleinen Massenzahlen. Obwohl diese nicht exakt zugeordnet werden konnten,wiesen sie auf den borierten Baustein 10 als Bruchstelle hin. Der Einbau von 10 amAnfang von M13-3T geschah genauer direkt hinter dem Spacer aus dreiThymidineinheiten. Detektierte Massenzahlen ließen danach den rechnerischenVerlust des Spacers unter Erhalt der Restsequenz mit 10 zu. Noch kleinere Werteentsprachen der Restsequenz ohne 10. Beim Einbau von 10 am Ende von M13-3Twurden anschließend nur Fragmente gefunden, die rechnerisch mindestens denborierten Baustein oder darüber hinaus noch mehr Bausteine verloren hatten. NachEinbau in der Mitte der Sequenz fanden sich Massenzahlen, die Teilsequenzenausgehend vom 3’- und 5’-Ende bis zum borierten Baustein 10 enthalten konnten.Dabei waren Fragmente mit und ohne 10 denkbar. Isotopenverteilungen, die vomB12-Cluster ausgingen, konnten mangels Auflösung der Spektren nicht erkanntwerden.

Da die Kopplungsausbeuten für 10 (Diagramm 11 und Diagramm 12) mit circa 50 %zwar nur mäßig aber für eine Isolierung erfahrungsgemäß ausreichend waren, wurdedie unerwünschte Fragmentierung des Oligomers im Zusammenhang mit derAbspaltung gesehen, was auch als einziges den Erfahrungen der ArbeitsgruppeSeliger entsprach.


111

Zu 4.6.2.3:

Aus diesem Grund wurden die Experimente unter Verwendung von dreiverschiedenen milderen Abspaltbedingungen wiederholt. 10 wurde nunausschließlich ans Ende von M13-3T gekoppelt, um mittels HPLC auf einer RP-Säule„trityl-on“ Produkte zu isolieren. So erhielt man schon an dieser Stelle den Hinweis,dass die Dimethoxytritylgruppe aus 10 in der isolierten Sequenz enthalten war. Dieim Massenspektrum auftretenden Signale fielen nun größer aus als bei der vorherverwendeten Standardmethode mit konzentriertem Ammoniak. Rechnerisch ent-sprachen die Signale Oligomeren, die zumindest Teilstrukturen des eingesetztenMonomerbausteins 10 enthalten konnten. Eine Differenz von 150,1 Dalton zwischendem größten detektierten Fragment (m/z 6301) und der berechneten Gesamtmassedes Oligomers (6451,1 Dalton) lies allerdings immer noch die Möglichkeit zu, dassder Borcluster (141,2 Dalton) verloren ging. Das Ergebnis dieser Untersuchungen mitmilden Abspaltbedingungen wurde auch in Form eines Proceedings bei einemKongressaufenthalt in Essen mitgeteilt (Gula et al., 2002).

Zu 4.6.2.4:

Nachdem die milderen Abspaltbedingungen zwar zu höheren Massen führten, dieseaber nicht die exakte gewünschte Masse widerspiegelten, sollten nun alleMöglichkeiten auf diesem Gebiet ausgeschöpft werden. Eine vergleichende Studiemit einem Oligomer aus 14 Thymidin und 10 am Ende (14T+10) wurde dazudurchgeführt, wobei man insgesamt sieben verschiedene Abspaltmethoden nutzte.Zusätzlich kam es zu einem Vergleich mit einer nicht modifizierten Sequenz, die nuraus Thymidin bestand (14T). Bei der Aufreinigung mittels HPLC waren so bereitserste Unterschiede und Gemeinsamkeiten festzustellen.

14T+10 wurde in allen Fällen deutlich später von der Säule eluiert als seinunmodifiziertes Pendant 14T und fast immer befand sich der Peak bei circa 6,93Minuten mit einer halb so großen Schulter bei circa 6,58 Minuten (Abbildung 39).Abweichungen um bis zu 0,08 Minuten wurden dabei erfahrungsgemäß mit derUngenauigkeit des Experiments begründet, da man die Proben manuell einspritzte.


112

Abbildung 39: Chromatogramm von 14T+10 nach Abspaltung mit Konzentrierter Ammoniak (32%)/40 % Methylamin in Wasser (1:1), 65 °C, fünf Minuten

Abbildung 40: Kapillarelektrophorese von 14T nach Abspaltung mit konzentriertem Ammoniakbei 55 °C und 14T+10 nach Abspaltung mit Ethanolamin/Hydrazin-hydrat/Methanol (5:1:5),

Raumtemperatur, fünf Minuten

Nach Durchführung der Kapillarelektrophorese fiel bei den meisten modifiziertenSequenzen besonders die große Anzahl an Peaks auf, die zum ersten Mal auf einemögliche katalytische Zersetzung des Oligomers hinwies. Während nach Abspaltungmit konzentriertem Ammoniak bei 55 °C nur zwei Peaks auftraten, lieferten dieSequenzen nach den anderen Abspaltbedingungen zwischen acht und 16 Signale.Anhand der Größe und der Abstände der Peaks zueinander konnten die Signale desmodifizierten und unmodifizierten Oligomers in ihrem Gemisch zugeordnet werden.Nach Anwendung der drastischeren Abspaltmethoden (konzentrierter Ammoniak und55 °C, Raumtemperatur und Mikrowellen) trat ein sehr früher und großer Peak


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zwischen 19 und 20 Minuten gefolgt von mehreren gestaffelt größer werdendenSignalen auf. Mildere Abspaltbedingungen führten ebenfalls zu gestaffelt größerwerdenden Peaks (Abbildung 40). Dem letzten und größten Peak dieser Reihefolgten aber mit einer Verzögerung von über einer Minute einige kleiner werdendePeaks, die ebenfalls gestaffelt vorlagen.

Die Gemeinsamkeiten zwischen Abspaltungen unter Beteiligung von Ammoniaksetzten sich bei den Aufnahmen aus dem Massenspektrometer fort, wo diegenannten drei Methoden und auch die als relativ milde, weil nur für kurze Zeitanzuwendende Abspaltung mit konzentriertem Ammoniak und Methylamin, deutlichzu kleine Fragmente (kleiner als 2300 Dalton) lieferten. Bei Einsatz andererReagenzien, respektive Kaliumcarbonat in Methanol, Ethanolamin allein und alsGemisch mit Hydrazin und Methanol wurde das bisher beste Ergebnis nachmassenspektrometrischer Charakterisierung erzielt. Hier traten auch Werte auf, dieim Bereich der berechneten Masse des mit 10 modifizierten Oligomers oder sogardarüber lagen.

Besonders auffällig ist bei fast allen Massenspektren das Auftreten von sich wieder-holenden Signalmustergruppierungen (Abbildung 41 und Abbildung 42), die im Falleder höheren Massen auch fast immer in nachvollziehbaren Abständen zueinanderstanden. So wurde mehrfach die Abspaltung von Thymidin erkannt, dessen Masseals Baustein im Oligomer mit exakt 304,2 Dalton aus den Signaldifferenzenhervorging. Auch die Abspaltung des borierten Bausteins 10 konnte in einem Fall ausder Differenz von 309,8 Dalton zwischen den Signalen bei 4208,1 und 4517,9 Dalton(Abbildung 42) abgeleitet werden. Da aber die Auflösung des Massenspektrometerszu gering war, um eventuelle Signalhäufungen zu detektieren, die durch dasIsotopenmuster des Bors hervorgerufen wurden, blieb es nur eine Vermutung, dassin der detektierten Masse von 4517,9 Dalton 10 enthalten war. Außerdem wird mitdieser Massenzahl die berechnete Masse von 14T+10 (4506,9 Dalton) um 11 Daltonverfehlt.


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Abbildung 41: Ausschnitt aus dem MALDI-TOF-Spektrum von 14T+10 mit einer zu erwartendenMasse von 4506,9 Dalton nach Abspaltung mit Ethanolamin/Hydrazin-hydrat/Methanol (5:1:5),

Raumtemperatur, fünf Minuten

Abbildung 42: Ausschnitt aus dem MALDI-TOF-Spektrum von 14T+10 mit einer zu erwartendenMasse von 4506,9 Dalton nach Abspaltung mit Ethanolamin, Raumtemperatur, 15 Minuten


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Nachdem ausreichende Mengen von 10 synthetisiert worden waren, konnte auch dieSynthese von vier borierten Basteinen am Ende einer Standardsequenz durchgeführtwerden. Leider war es unmöglich, eine Aussage aus den erhaltenen Messergeb-nissen zu bekommen, weshalb auf eine Dokumentation im Rahmen dieser Arbeitverzichtet wurde.

4.6.4 Diskussion der Ergebnisse der Oligomersynthesen

Die geringen Kopplungsausbeuten, die bei der manuellen Verknüpfung von 1 und 3an einen Harz-gebundenen Linker detektiert wurden, konnten abschließend nur aufeine nicht ausreichende Aktivierung durch Tetrazol zurück geführt werden. Für denFall, dass die Ausbeutebestimmung der abgespaltenen Schutzgruppen mittels UV-Absorption fehlschlug, wurde auch eine Abspaltung möglicher Dimere vorgenommen,die zu keinem Ergebnis führte. Eine Kopplung fand also definitiv nicht statt underhärtete die Vermutung der unzureichenden Aktivierung.

Der Einbau von 10 an verschiedenen Stellen einer Sequenz mit anschließenderAbspaltung durch konzentrierten Ammoniak über Nacht bei 55 °C (siehe 4.6.2.2)zeigte durch die gefundenen Fragmente im Massenspektrum, dass der borierteBaustein und diese Form der Abspaltung nicht kompatibel sind. Der Ort, an dem 10in den Oligomeren eingebaut wurde, konnte als Bruchstelle identifiziert werden. Ex-perimente mit diesem Baustein allein und den entsprechenden Abspaltbedingungenin einem Reaktionskolben könnten zur Aufklärung dieses Sachverhalts beitragen,wurden aber im Rahmen dieser Arbeit nicht mehr durchgeführt.

Als Ursache für die mäßigen Kopplungsausbeuten von circa 50 % für 10 kam diegeringe Reinheit des eingesetzten borierten Bausteins in Frage. Zusätzlich dazuwaren mittlerweile auch Alterungsprozesse nicht mehr auszuschließen, da diehergestellten Gebinde von 10 über einen größeren Zeitraum als sechs MonateVerwendung fanden.

Die Wiederholung der Experimente mit milderen Abspaltbedingungen ergabMassenzahlen, deren Differenzen zur berechneten Masse des Oligomers geringerals nach Anwendung der Standardabspaltung waren (siehe 4.6.2.3). Da aber wegenzu geringer Auflösung der Massenspektren nicht die typischen Isotopverteilungs-


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muster des Borclusters erkannt werden konnten, war es nicht möglich, Signalezuzuordnen, die aufgrund ihres Wertes zumindest Teilstrukturen von 10 enthalten.Ein weiterer Nachteil war das schlechte Verhältnis der Signalgrößen zumGrundrauschen in den Massenspektren (vergleiche zum Beispiel Abbildung 41). Fallseinzelne Signale von Produkten ausgingen, die den Borcluster enthielten, könnte hierdie Signalintensität durch Verwendung von 10Bor-angereichertem Material gering-fügig erhöht werden. Einfacher wäre aber sicherlich die Überprüfung und Ver-besserung der Messparameter am Ulmer Massenspektrometer, denn die erfolgreicheDetektion von Borclusterderivaten mittels FAB und DCI gelang in Bremen auch erstnach intensiver Forschung am Messgerät. Das Ziel, welches mit der Durchführungverschiedener Abspaltbedingungen erreicht werden sollte, war schließlich dieerfolgreiche Synthese und Isolierung einer mit 10 modifizierten Sequenz, die auch ineinem Massenspektrum mit geringer Auflösung und niedrigem Signal/Rausch-Verhältnis exakt die berechnete Masse wiedergab. In diesem Zusammenhang sollteauch das Auftreten von zu großen Massen nochmals eingehend untersucht werden.Es sind zwar Doppelkopplungen bekannt, die zu größeren Produkten als erwartetführen. Aber die Menge der Nebenprodukte aus diesen Doppelkopplungen ist in derRegel sehr gering und nicht mit den hier ermittelten Ergebnissen zu vergleichen.

Ein Vergleich der Sequenzen M13-3T (siehe 4.6.2.2 und 4.6.2.3) und 14T (siehe4.6.2.4) ergab unter gleichen Bedingungen bei Synthese und Abspaltung deutlichverschiedene Resultate. So zeigte das Massenspektrum von mit 10 modifiziertemM13-3T Fragmentsignale, deren Größen in der Nähe der berechneten Masse von6451,1 Dalton lagen, während von 14T in seiner modifizierten Form mit 10 nachAnwendung der gleichen Abspaltmethode mit Methylamin nur noch Fragmentegefunden wurden, die kleiner als 2300 Dalton waren. Offensichtlich war dieThymidinsequenz mit 10 hier wesentlich weniger stabil als das modifizierte M13-3T.

Zur Untersuchung der mit 10 modifizierten 14T-Sequenz wurde auch dieKapillarelektrophorese eingesetzt. So konnte erstmals im direkten Vergleich mit derunmodifizierten Sequenz das Auftreten einer erhöhten Fragmentierung erkanntwerden, was sich mit dem Ergebnis aus den Massenspektren deckte. Demnachfördert 10 die Zersetzung der Sequenz.

Der Einbau von 10 in eine Sequenz kann bisher nur durch die UV-spektroskopischnachgewiesenen Kopplungsausbeuten belegt werden. Eine Umesterung der Schutz-gruppe Dimethoxytrityl vom Baustein auf das Ende der Sequenz, bei der 10 nicht


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gekoppelt wurde und man trotzdem anschließend eine Kopplungsausbeute von circa50 % bekam, gilt als praktisch unmöglich. Ohne den Nachweis durch die Massen-spektrometrie kann die Kopplung von 10 aber nicht als bewiesen angesehen werden.

Bisher völlig außer Acht gelassen wurde der Umstand, dass man den Oxidations-schritt bei allen Oligomersynthesen mit Iod durchführte. Es war bekannt, dassHalogene mit dem verwendeten Borcluster reagieren (Knoth et al., 1964). Zwar warIod noch der langsamste Vertreter dieser Hauptgruppe, aber immer noch schnellgenug im Vergleich zu einer relativ kurzen Kontaktzeit von wenigen Sekunden(Hawthorne et al., 1999). Ein Austausch von Wasserstoff am Borcluster gegen Iodwurde in Kauf genommen, weil man nicht befürchtete, dass ein Syntheseerfolgdadurch ausblieb. Bei Verwendung von 10Bor-angereichertem Material, welchesspäter in der BNCT eingesetzt wird, sollte natürlich darauf Rücksicht genommenwerden, dass jede Nebenreaktion, die zur Erhöhung der Gesamtmasse des Produktsführt, im Rahmen der selektiven Anreicherung in Tumorgeweben von Nachteil ist. AlsAlternative zu Iod bei der Oxidation bietet sich hier Wasserstoffperoxid (Hébert et al.,1992; Klotz et al., 1994) oder Peressigsäure (Perleberg, 1998) an. Die Verwendungvon Letzterem wurde bisher nicht für die Synthese von Oligonukleotiden doku-mentiert, was wohl an Konflikten mit der säurelabilen Schutzgruppe Dimethoxytrityllag. Prinzipiell sollte eine Synthese mit Peressigsäure als Oxidationsmittel möglichsein, wobei die Detektion der Kopplungsausbeuten mittels UV-spektroskopischerAuswertung von Trityl-Äquivalenten mit dem Oxidationsschritt kombiniert werdenmüsste.

Die missglückte Kopplung von vier 10 hintereinander zeigt zurzeit deutlich, wieschwierig die auf dem B12-Cluster basierenden Bausteine für Oligomersynthesen zuhandhaben sind. Die Nutzung weiterer Möglichkeiten zur Synthese und Isolierung(siehe Abschnitt 2 dieser Arbeit) einer Sequenz mit diesem Baustein sollten dazubeitragen, dass die Synthese eines Bortrailers doch noch erfolgreich abgeschlossenwird.


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5 Ausblick

Die Synthese des NLO-Chromophors 25 auf Basis des Ammoniumderivats BNH3

(23) hängt maßgeblich von der erfolgreichen Synthese beziehungsweise Isolierungder Vorstufe 21 ab. Mehrere alternative Wege wurden im Rahmen dieser Arbeitaufgezeigt, die zu der Verbindung führen können. Die bisherige Vorgehensweise zurSynthese von 21, die als einzige fehlschlug, sollte in diesem Zusammenhangnochmals eingehend untersucht werden, was zum Ende der vorliegenden Arbeit ausZeitmangel nicht mehr geschah.

Eine zweite Zielverbindung mit dem Fulleren C60 als Elektronenakzeptor stelltebenfalls ein interessantes Chromophor dar. Experimente zur Züchtung vonKristallen aus diesem Chromophor und 25 würden den präparativen Teilabschließen. Die Röntgenstrukturanalyse dieser Kristalle und die möglicheBestimmung der nichtlinear optischen Effekte zweiter und dritter Ordnung gebendanach Aufschlüsse über die Verwendbarkeit als NLO-Material.

Vor dem Hintergrund einer Fortführung von Experimenten zur Oligomerisierunggeladener Borcluster stellt diese Arbeit eine breite Grundlage dar, die zu einerletztendlich doch erfolgreichen Synthese sicherlich beitragen wird. Weitere Schritte,die zum Erreichen dieses Ziels notwendig sind, zeichnen sich bereits jetzt ab:Möglichkeiten zur Aufreinigung von 10 wurden bereits in dieser Arbeit aufgezeigt undsollten im weiteren Verlauf umgesetzt werden. Neben 10 sind auch andereMonomerbausteine denkbar, die den geladenen B12-Cluster enthalten. Auf Basis derAmmoniumvariante BNH3 anstelle von BSH wäre sogar die Reduzierung von zweiauf nur noch eine negative Ladung in einem Baustein möglich. Nach einererfolgreichen Oligomerisierung sollte auch die Wiederholung der Synthese mit 10Bor-angereichertem Material für eine Anwendung in der BNCT erfolgen. Eine Sequenzaus mehreren borierten Bausteinen als Hapten oder kovalent an einen Antikörpergebunden würde große Hoffnung auf einen Erfolg in der Krebstherapie wecken(Hawthorne et al., 1999). Der Einsatz eines Bortrailers am Ende einer DNA-Sequenzbietet für die Krebsforschung einen weiteren Anreiz, die Arbeit auf diesem Gebietfortzuführen.


119

Die Alternativen zu einer erfolgreichen Durchführung der Oligomerisierung sindimmens und sollen hier nur beispielhaft mit der Erwähnung von photolabilen Linkern(Greenberg et al., 1994) für ultramilde Abspaltbedingungen wiederholt werden.Darüber hinaus stellt auch die Möglichkeit der postsynthetischen Darstellung einerSequenz mit mehreren Borclustern durch Verknüpfung von BSH und einem fertigenOligomer über Disulfidbrücken (Vinogradov et al., 1995) eine ernstzunehmendeAlternative dar.

Als letzter Ansatzpunkt für eine erfolgreiche Oligomerisierung von Derivaten des B12-Clusters steht eine Änderung der Synthesemethode zur Diskussion: Wenn sichBausteine nicht im Rahmen von Oligonucleotidsynthesen verknüpfen lassen, führenvielleicht Aminosäurederivate des B12-Clusters zum Ziel, deren Oligomerisierungebenfalls auf festen Phasen durch Peptidsynthese (Merrifield, 1985) erfolgen könnte.

Die MS-Technik zur Detektion von borierten Oligomeren mit geladenen Borclusternscheint ein entscheidender Punkt zu sein und sollte deshalb in ihrer Anwendungverbessert werden. Dazu eröffnen sich voraussichtlich schon in den nächsten zweiJahren Möglichkeiten im eigenen Haus durch die Anschaffung eines neuenMassenspektrometers für die Aufnahme von MALDI-TOF-Spektren (Dr. ThomasDülks, persönliche Mitteilung, 2003).


120

6 Zusammenfassung

Ein Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Synthese chromophorer Ver-bindungen, die gute Aussichten auf einen Einsatz als Materialien in der nichtlinearenOptik haben. So konnten Voraussetzungen zur Synthese einer Zielverbindung ge-schaffen werden, deren Struktur auf dem Ammoniumderivat BNH3 (23) basiert. DerWeg bis zur Zielverbindung 25 wurde aufgezeigt, scheiterte aber bisher noch an derSynthese der Verbindung 21. Die Ursachen für diesen Fehlschlag und mehrereAlternativen zur Darstellung von 21 sind ausführlich diskutiert worden. So wurdevermutet, dass bei der Dehydrierung des Tropilidenrings in 20 die Carboxylgruppeverloren ging, deren Verlust nachgewiesen wurde. Ein solches Problem könntemöglicherweise mit einer elektrochemische Dehydrierung nach Grubert et al. (1999)oder durch Umsetzung des Edukts zu einem stabileren Ester, der nach derDehydrierung wieder verseift wird, umgangen werden.

Ein weiterer Teil dieser Arbeit befasste sich mit der Synthese von borierten Bau-steinen, die nach der Phosphittriestermethode oligomerisiert werden sollten. Zumeinen war das Anbinden borierter Bausteine an eine Nukleotidsequenz geplant. Zumanderen war eine Sequenz für den Einsatz in der BNCT wünschenswert, die nur ausborierten Bausteinen bestand. Mit großem Aufwand wurden acht literaturunbekannteStrukturen synthetisiert und charakterisiert, die zu vier Monomerbausteinenbasierend auf dem geladenen Borcluster B12H12

2- führten. Bei den ersten beidenBausteinen 1 und 2 trat ein Konflikt der eingesetzten Schutzgruppe Trityl mit demBorcluster auf, der durch Auswahl der geeigneten Alternative Dimethoxytrityl in 9 und10 beseitigt werden konnte. Die Empfindlichkeit der Kopplungsgruppe gegenüberOxidation und Hydrolyse stellte eine besondere Herausforderung bei der Syntheseder Monomere dar. Erst nachdem alle an der Darstellung beteiligten Stoffe aus-reichend getrocknet und von Sauerstoff befreit werden konnten, war auch dasAnbinden dieser Gruppe an die Zielverbindungen durchführbar. Nach wiederholterSynthese von 9 und 10 existiert nun eine Vorlage, die eine leichte und vor allemschnelle Reproduzierbarkeit auch mit 10Bor-angereichertem Material und im größerenMaßstab zulässt.

Im Zuge der Problematik, dass die Schutzgruppe Trityl für borierte Monomereungeeignet war, gewann zufällig ein weiteres Forschungsfeld in dieser Arbeit anBedeutung. Die Gegenwart von B12-Clustern führte zu einem Verschwinden der


121

charakteristischen Farbe, die von Tritylkationen ausging. Dieser Zusammenhangwurde mit Hilfe verschiedener Methoden genauer untersucht und quantifiziert. Sostellte man mittels UV-VIS-Spektroskopie fest, dass zwei Äquivalente Tritylkationenschnell in Gegenwart des Clusters umgesetzt wurden, während sich darüber hinauslangsamer eine scheinbar unbegrenzte Menge an Tritylkationen vollständig entfärbte.NMR-Messungen zeigten deutliche Veränderungen an den Ausgangsverbindungen,die Hinweise auf eine Polymerisierung des Trityls und eine Dehydrierung desBorclusters gaben. Im Massenspektrum konnte Tritan und Tritol nachgewiesenwerden, wobei Tritan die Dehydrierung des Borclusters noch zusätzlich bekräftigte.

Die erfolgreiche Synthese borierter Monomerbausteine ermöglichte ausführliche undstrategisch ausgelegte Experimente zu ihrem Einbau in Oligonukleotidsequenzen.Bei der Verwendung von 10 an verschiedenen Stellen einer Standardsequenz undanschließender Abspaltung des Oligomers mit konzentriertem Ammoniak konnte 10als Bruchstelle ausgemacht werden. Eine erfolgreiche Kopplung des boriertenBausteins vor der Abspaltung des Oligomers wurde allerdings durch UV-VIS-spektroskopisch bestimmte Kopplungsausbeuten untermauert. Die Wiederholung desExperiments mit milderen Abspaltbedingungen unter Verwendung von Methylaminoder Kaliumcarbonat ergab zwar höhere Massenzahlen als zuvor. Allerdingsspiegelte auch hier keine detektierte Masse die exakte Massenzahl wieder, die fürdas Oligomer berechnet wurde.

Nach diesen Ergebnissen wurde die Untersuchung von Abspaltbedingungen syste-matisch ausgeweitet. Eine Sequenz aus 14 Thymidinbausteinen wurde am 5‘-Endemit 10 modifiziert, mit sieben verschiedenen Methoden von der festen Phase abge-trennt und untersucht. Konzentrierter Ammoniak, der in vier Fällen eingesetzt wurdeoder zumindest beteiligt war, disqualifizierte sich deutlich wegen zu kleiner Massen,die danach mittels Kapillarelektrophorese und MALDI-TOF gefunden wurden. DiesesNegativergebnis galt insbesondere für die 14T-Sequenz, während bei der Test-sequenz M13-3T bessere, wenn auch nicht restlos zufrieden stellende Ergebnissegefunden wurden. Das beste Ergebnis in der vergleichenden Studie mit der 14T-Sequenz wurde mit Ethanolamin allein und als Gemisch mit Hydrazin undMethylamin (Polushin et al., 1994) erzielt. Die detektierte Massenzahl M+11 wies hierdie kleinste Abweichung zur berechneten Masse des Oligomers auf. Weiteregefundene Werte lagen über der für das Oligomer berechneten Masse, für die esbisher keine sinnvolle Erklärung gibt. Ein wichtiger Nachteil beim Einsatz von 10 inOligomeren schien laut Kapillarelektrophorese und MALDI-TOF-Spektren eine


122

Zersetzung des Oligomers zu sein, da eine ungewöhnlich große Zahl von Signalengefunden wurde.

Da die geringe Auflösung der MALDI-TOF-Aufnahmen keine genauere Aussage überdie gefundenen Werte zuließ, sollte für weitere Experimente eine Verbesserung derin Ulm durchgeführten Vorgehensweise oder die Verfügbarkeit eines neuen Geräts inBremen abgewartet werden. Darüber hinaus wurden bereits weitere alternativeMethoden wie die Verwendung von photolabilen Linkern (Greenberg et al., 1994)oder der Ansatz einer postsynthetischen Einführung von B12-Clustern in ein fertigesOligomer (Vinogradov et al., 1995) in Betracht gezogen.

6.1 Summary

One part of this thesis was the synthesis of chromophoric compounds, which stands

a good chance of being used as materials for nonlinear optics. Based on the

ammonium derivative BNH3 (23) requirements for the synthesis of one target

compound could be established. The process leading to the target compound 25 so

far could not be achieved due to failure to synthesize the compound 21. The reasons

for this failure and several alternatives for the preparation of 21 were discussed in

detail. It has been supposed that the carboxylic group was lost during

dehydrogenation of the tropilidene ring in 20 and its loss was detected. Possibly such

a problem could be avoided either by means of electrochemical dehydrogenation

(Grubert et al., 1999) or through conversion of the educt to a stabile ester, which is

then saponified after dehydrogenation.

Another part of this thesis was the synthesis of boronated building blocks, which were

to be oligomerized using the phosphite-triester approach. On the one hand the

attachment of boronated building blocks to a nucleotide sequence was planned. On

the other hand a sequence for the use in BNCT was desirable, which consists only of

boronated building blocks. In a considerable acid eight structures thus far unknown in

the literature were synthesized and characterized, which led to four monomer

building blocks based on the charged boron cluster B12H122-. A conflict occurred in

the first two building blocks 1 and 2 between the used protecting group trityl and the


123

boron cluster, which could be avoided by selecting the useful alternative

dimethoxytrityl in 9 and 10. The sensitivity of the coupling group towards oxidation

and hydrolysis posed a special challenge in the process of synthesizing the

monomers. Only after all substances used for the preparation, had been sufficiently

dried and separated from oxygen, the attachment of this group to the target

compound could be achieved. After repeated synthesis of 9 and 10 there now exists

a pattern that allows for an easy and fast reproduction even with boron-10 enriched

material. Also it facilitates the reproduction in a larger scale.

Regarding the problematic nature of the protecting group trityl, i. e., its lack of

usefulness for boronated monomers, another research field addressed in this thesis

became important. The presence of B12-clusters led to the disappearance of the

characteristic color caused by trityl cations. This context was investigated and

quantified in more detail employing various methods. UV-VIS-spectroscopy revealed

that two equivalents of the trityl cation were converted rapidly in the presence of the

cluster, while an apparently unlimited number of trityl cations were slowly and

completely decoloured. NMR-measurement showed clear changes of the parent

compounds, which hinted towards polymerization of the trityl and a dehydrogenation

of the boron cluster. In the mass spectrum tritane and tritol could be detected,

whereas tritane further facilitated the dehydrogenation of the cluster.

The successful synthesis of boronated monomer building blocks made possible the

conduct of detailed and strategic experiments for the introduction of these into

oligonucleotide sequences. The use of 10 at different places in a standard sequence

and the following cleavage of the oligomer by concentrated ammonia revealed that

10 in fact marks a point of cleavage in the sequence. However, the successful

coupling of the boronated building block before cleavage of the oligomer was

underpinned by UV-VIS-spectroscopic detection of coupling yields. It is the case that

the repetition of the experiment under milder cleavage conditions using methylamine

or sodium carbonate led to higher mass numbers than before, but none of the

detected masses here gave the correct mass number either, which was calculated for

the oligomer.

Following these results the investigation in cleavage conditions was expanded

systematically. A sequence of 14 thymidylic building blocks was modified with 10 at


124

the 5’-end, cleaved from the solid support using seven different methods and

subsequently it was analyzed. Concentrated ammonia was either used or at least it

participated in four cases. It was clearly disqualified because of masses too small,

which were found by capillary electrophoresis and MALDI-TOF. This negative result

applied to the 14T-sequence in particular, whereas the sequence M13-3T led to

better, though not completely satisfactory results. The best results in the comparative

study using the 14T-sequence were achieved with ethanolamine alone and as a

mixture with hydrazine and methylamine (Polushin et al., 1994). In this case the

detected mass number M+11 had the smallest difference to the calculated mass of

the oligomer. Further detected values were above that of the calculated mass of the

oligomer and so far there is no convincing explanation for this. An important

disadvantage in the use of 10 in oligomers according to capillary electrophoresis and

MALDI-TOF-spectra seemed to be the decomposition of the oligomer, because an

unusually high number of signals could be found.

Since the low resolution of the MALDI-TOF-spectra allowed no better statement

about the detected values, further experiments should be postponed until the

procedure realized in Ulm has been improved or a new machine becomes available

in Bremen. Moreover further alternative methods such as usage of photolabile linkers

(Greenberg et al., 1994) or attempted post synthetic introduction of B12-clusters into a

finished oligomer have been taken into consideration.


125

7 Anhang

7.1 Referenzen

1. Abe, J.; Nemoto, N.; Nagase, Y.; Shirai, Y., and Iyoda, T. A new class ofcarborane compounds for second order nonlinear optics: Ab initiomolecular orbital study of hyperpolarizabilities for 1-(1´,X´-dicarba-closo-dodecaborate dianion (X = 2, 7, 12). Inorganic Chemistry. 1998;37:172-173.

2. Adam, Waldemar; Adamsky, Friedhelm; Klärner, Frank-Gerrit; Peters, Eva-Maria; Peters, Karl; Rebollo, Hector Rüngeler Wolfgang, and vonSchnering, Hans Georg. Stereochemistry and product distribution in thesinglet oxygen cycloaddition with 7,7-disubstituted 1,3,5-cycloheptatrienes. Chemische Berichte. 1983; 116:1848-1859.

3. Applied Biosystems, Manual for ABI 3948 Nucleic Acid Synthesis andPurification System. Automated DNA Synthesis Chemistry (Drei Teile:a, b und c). Applied Biosystems. 2001.

4. Applied Biosystems, User Bulletin for DNA Synthesizer Model 380. Methylphosphonamidite reagents and the synthesis and purification of methylphosphonate analogs of DNA. Applied Biosystems. 1987(43):1-11.

5. Atkinson, Tom and Smith, Michael. Solid-phase synthesis ofoligodeoxyribonucleotides by the phosphitetriester method. Title:Oligonucleotide Synthesis : a Practical Approach / Edited by M.J. Gait.Publisher: Oxford [Oxfordshire] ; Washington, DC : IRL Press, C1984.1984; Chapter 3:35-81.

6. Barth, Rolf F.; Soloway, Albert H.; Goodman, Joseph H.; Gahbauer, ReinhardA.; Gupta, Nilendu; Blue, Thomas E.; Yang, Weilian, and Tjarks,Werner. Boron Neutron Capture Therapy of brain tumors: An emergingtherapeutic modality. Neurosurgery. 1999; 44(3):433-451.

7. Beaucage, S. L. and Caruthers, M. H. Deoxynucleoside phosphoramidites - anew class of key intermediates for deoxypolynucleotide synthesis.Tetrahedron Letters. 1981; 22(20):1859-1862.


126

8. Beijer, Barbro; Sulston, Ingrid; Sproat, Brian S.; Rider, Peter; Lamond, AngusI., and Neuner, Philippe. Synthesis and applications ofoligoribonucleotides with selected 2´-O-methylation using the 2´-O-[1-(2-fluorophenyl)-4-methoxypiperidin-4-yl] protecting group. NucleicAcids Research. 1990; 18(17):5143-5151.

9. Birch-Hirschfeld, Eckhard; Földes-Papp, Zeno; Gührs, Karl-Heinz, and Seliger,Hartmut. A versatile support for the synthesis of oligonucleotides ofextended length and scale. Nucleic Acids Research. 1994; 22(9):1760-1761.

10. Bourhill, Grant ; Brédas, Jean-Luc; Cheng, Lap-Tak; Marder, Seth R.; Meyers,Fabienne; Perry, Joseph W., and Tiemann, Bruce G. Experimentaldemonstration of the dependence of the first hyperpolarizability ofdonor-acceptor-substituted polyenes on the ground-state polarizationand bond length alternation. Journal of the American Chemical Society.1994; 116(6):2619-2620.

11. Brattsev, Victor A. and Morris, John H. United States Patent: BoronCompounds. Patent Number: 6,143,264. 2000:1-12.

12. Brattsev, Victor A.; Storozhenko, Pavel A., and Danilova, Galina N. EuroboronII: BSH Synthesis and purification by an oxidation-reduction procedure.Abstracts of the 2nd European Symposium on Boron Chemistry (Dinard,France). 2001:O-06.

13. Bregadze, Vladimir I.; Sivaev, Igor B.; Gabel, Detlef, and Wöhrle, Dieter.Polyhedral boron derivatives of porphyrins and phthalocyanines.Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 2001; 5:767-781.

14. Broka, Chris; Hozumi, Toyosharu; Arentzen, Rene, and Itakura, Keiichi.Simplification in the synthesis of short oligonucleotide blocks. NucleicAcids Research. 1980; 8(22):5461-5471.


127

15. Cerollo, N. and Esposito, J. Research and development in Neutron CaptureTherapy: Proposal of a new BNCT irradiation facility based onalternative compact fusion neutron source. Monduzzi Editore -International Proceedings Division (Proceedings of the 10th InternationalCongress on Neutron Capture Therapy, Essen, Germany). 2002:207-211.

16. Chanteloup, Luc and Beau, Jean-Marie. Phenylsulfenyl D-ribofuranosides asefficient ribosyl donors: Application to the synthesis of [1'-13C]-(deoxy)nucleosides. Tetrahedron Letters. 1992; 33(37):5347-5350.

17. Chen, Charng-Jui; Kane, Robert R.; Primus, F. James; Szalai, Gyórgy;Hawthorne, M. Frederick, and Shively, John E. Synthesis andcharacterization of oligomeric nido-carboranyl phosphate diesterconjugates to antibody and antibody fragments for potential use inBoron Neutron Capture Therapy of solid tumors. BioconjugateChemistry. 1994; 5(6):557-564.

18. Cheng, Jin-Pei; Lu, Yun; Zhu, Xiaoqing, and Mu, Linjing. Energetics ofmultistep versus one-step hydride transferreactions of reduced nicotinamide adenine dinucleotide (NADH)models with organic cations and p-quinones. Journal of OrganicChemistry. 1998; 63(18):6108-6114.

19. Coderre, Jeffrey A. and Morris, Gerard M. The Radiation Biology of BoronNeutron Capture Therapy. Radiation Research. 1999; 151(1):1-18.

20. Conrow, Kenneth . Isomerization of alkyl tropilidenes. Journal of the AmericanChemical Society. 1961; 83:2343-2350.

21. Daub, J.; Lüdemann, H.-D.; Michna, M., and Strobl, R. M. Über daskorrespondierende Verhalten von heteroatom-stabilisiertenCarbokationen und dem Cycloheptatrien-Norcaradien-Gleichgewicht.Chemische Berichte. 1985; 118:620-633.

22. Devivar, Rodrigo V.; Koontz, Steve L.; Peltier, William J., and Pearson, JamesE. A new solid-phase support for oligonucleotide synthesis. Bioorganic& Medicinal Chemistry Letters. 1999; 9:1239-1242.


128

23. Dewar, J. S. and Ganellin, C. R. The Tropylium Ion. Part IV. Conversion ofcyclohepta-2,4,6-trienecarboxylic acid into tropylium salts. Journal ofthe American Chemical Society. 1959; 56:2438-2441.

24. Diehl, Roland. Photonik, die Zukunft der Informationstechnik. Spektrum DerWissenschaft. 1996:102-106.

25. Ernst, Christian. Moleküldesign von Chromophoren für die nichtlineare Optik.Dissertation, Technische Universität Braunschweig. 2000.

26. Faul, Margaret M.; Winneroski, Leonard L.; Krumrich, Christine A.; Sullivan,Kevin A.; Gillig, James R.; Neel, David A.; Rito, Christopher J., andJirousek, Michael R. Macrocyclic bisindolylmaleimides: Synthesis byinter- and intramolecular alkylation. Journal of Organic Chemistry. 1998;63(6):1961-1973.

27. Franken, P. A.; Hill, A. E.; Peters, C. W., and Weinreich, G. Generation ofoptical harmonics. Physical Review Letters. 1961; 7:118.

28. Fulcrand-EI Kattan, Géraldine; Lesnikowski, Zbigniew J.; Yao, Shijie; Tanious,Farial; Wilson, W. David, and Schinazi, Raymond F. Carboranyloligonucleotides. 2. Synthesis and physicochemical properties ofdodecathymidylate containing 5-(o-carboran-1-yl)-2'-deoxyuridine.Journal of the American Chemical Society. 1994; 116:7494-7501.

29. Föhlisch, Baldur and Haug, Erwin. Tropylium-Ionen und Tropilidene, I: DieReaktivität des Chlortropylium-Kations mit Nucleophilen. ChemischeBerichte. 1971; 104:2324-2337.

30. Gabel, Detlef. Low molecular weight compounds for Boron Neutron CaptureTherapy. Progress in Medicinal Chemistry. 1994(4):239-270.

31. ---. Boron Neutron Capture Therapy: From physics to treatment. ReprintedFrom International Conference: Neutrons in Research and Industry.1996a; 2867:1-11.

32. ---. Compounds for Boron Neutron Capture Therapy. Chimica Oggi. 1996b:37-42.


129

33. Gait, M. J.; Singh, M., and Sheppard, R. C. Rapid Synthesis ofOligodeoxyribonucleotides IV. Improved Solid Phase Synthesis ofOligodeoxyribonucleotides through Phosphotriester Intermediates.Nucleic Acids Research. 1980; 8(5):1081-1096.

34. Gait, Michael J.; Matthes, Hans W. D.; Singh, Mohinder; Sproat, Brian S., andTitmas, Richard C. Rapid Synthesis of Oligonucleotides VII. SolidPhase Synthesis of Oligonucleotides by a Continuous FlowPhosphotriester Method on a Kieselguhr-Polyamide Support. NucleicAcids Research. 1982; 10(20):6243-6254.

35. Gomis, J.-M.; Santolini, J.; Andre, F., and Noel, J.-P. Grignard reaction of 4-bromo-benzoic acid with [α-14C]benzoic acid methyl ester. Journal ofLabelled Compound Radiopharmacology. 1999; 42 (12):1175-1182.

36. Greenberg, Marc M. and Gilmore, John L. Cleavage of oligonucleotides fromsolid-phase supports using o-nitrobenzyl photochemistry. Journal ofOrganic Chemistry. 1994; 59(4):746-753.

37. Grote, Norbert. Materialien und Technologien für Glasfasernetze. SpektrumDer Wissenschaft. 1996:107-110.

38. Grubert, D. Jacobi and Abraham, W. Electrochemical oxidation of arylcycloheptatrienes. Journal Der Praktischen Chemie. 1999; 341(7):620-630.

39. Grüner, Bohumír; Janoušek, Zbynek; King, Benjamin T.; Woodford, Jeffrey F.;Wang, C. H.; Všetecka, Václav, and Michl, Josef. Synthesis of 12-substituted 1-carba-closo-dodecaborate Anions and firsthyperpolarizability of the 12-C7H6

+-CB11H11- ylide. Journal of the

American Chemical Society. 1999; 121:3122-3126.

40. Gula, Marc. Funktionalisierung von Mercapto-undecahydro-closo-dodecaborat(BSH) für die Oligomerisierung nach der Phosphittriestermethode.Diplomarbeit, Universität Bremen. 1999.


130

41. Gula, Marc; Perleberg, Olaf, and Gabel, Detlef. Contemporary BoronChemistry: Synthesis of boron-rich building blocks for phosphodiesteroligomers in Boron Neutron Capture Therapy. Royal Society ofChemistry - IMEBORON X (Proceedings of the 10th InternationalCongress on the Chemistry of Boron, Durham, England). 2000a:115-119.

42. ---. Neutron Capture Therapy for Cancer: Boron-rich oligomers for BNCT.Abstracts of the Ninth International Symposium (Osaka, Japan).2000b:287-288.

43. ---. Euroboron II: BSH-oligomers as boron trailers in DNA and otherbiomolecules. Abstracts of the 2nd European Symposium on BoronChemistry (Dinard, France). 2001:O-16.

44. Gula, Marc; Perleberg, Olaf; Hinz, Michael, and Gabel, Detlef. Research anddevelopment in Neutron Capture Therapy: B12-cluster compounds forthe Oligomerization on solid supports using the phosphitetriesterapproach. Monduzzi Editore - International Proceedings Division(Proceedings of the 10th International Congress on Neutron CaptureTherapy, Essen, Germany). 2002:75-79.

45. Gunzenhauser, Sigmund; Biala, Ewa, and Strazewski, Peter. Tetraethyleneglycol-derived spacer for oligonucleotide synthesis. TetrahedronLetters. 1998; 39:6277-6280.

46. Günther, Harald. NMR-Spektroskopie, Grundlagen, Konzepte undAnwendungen der Protonen- und Kohlenstoff-13-Kernresonanz-Spektroskopie in der Chemie. 3. Auflage, Georg Thieme VerlagStuttgart, New York. 1992.

47. Habus, Ivan; Xie, Jin; Iyer, Radhakrishnan P.; Zhou, Wen-Qiang; Shen, LingX., and Agrawal, Sudhir. A mild and efficient solid-support synthesis ofnovel oligonucleotide conjugates. Bioconjugate Chemistry. 1998; 9:283-291.


131

48. Hakala, Harri; Heinonen, Pia; Iitiä, Antti, and Lönnberg, Harri. Detection ofoligonucleotide hybridization on a singlemicroparticle by time-resolved fluorometry: Hybridization assayson polymer particles obtained by direct solid phase assembly ofthe oligonucleotide probes. Bioconjugate Chemistry. 1997; 8(3):378-384.

49. Harfst, Sven; Moller, Detlef; Ketz, Hartmut; Rösler, Jens, and Gabel, Detlef.Reverse-phase separation of ionic organoborate clusters by high-performance liquid chromatography. Journal of Chromatography A.1994; 678:41-48.

50. Harmon, A. B. and Harmon, K. M. Ionic Organoboranes. II. CesiumTropenylium Undecahydro-closo-dodecaborate. Cage-Ring interactionsin C7H6B10H9

- and C7H6B12H11- ions. Journal of the American Chemical

Society. 1966; 88:17:4093-4094.

51. Harmon, K. M.; Harmon, A. B., and MacDonald, A. A. Ionic Organoboranes.IV. Preparation and properties of the C7H6B10H9

- and C7H6B12H11-

hemiousenide ions. Journal of the American Chemical Society. 1969;91:2:323-329.

52. Hatanaka, H. and Nakagawa, Y. Clinical results of long-surviving brain tumorpatients who underwent boron neutron capture therapy. InternationalJournal of Radiation Oncology and Biological Physics. 1994; 28:1061-1066.

53. Hawthorne, M. Frederick. New horizons for therapy based on the boronneutron capture reaction. Molecular Medicine Today. 1998:174-181.

54. Hawthorne, M. Frederick and Maderna, Andreas. Applications of radiolabeledboron clusters to the diagnosis and treatment of cancer. ChemicalReviews. 1999; 99(12):3421-3434.

55. Hesse, Manfred; Meier, Herbert, and Zeeh, Bernd. SpektroskopischeMethoden in der organischen Chemie. 5. Auflage, Georg ThiemeVerlag Stuttgart, New York. 1995.


132

56. Huijts, R. A. and Hessellink, G. L. J. Length dependence of the second-orderpolarizability in conjugated organic molecules. Chemical PhysicsLetters. 1989; 156(2,3):209-212.

57. Hébert, N.; Beck, A.; Lennox, R. B., and Just, G. A new reagent for theremoval of the 4-methoxybenzyl ether: Application to the synthesis ofunusual macrocyclic and bolaform phosphatidylcholines. Journal ofOrganic Chemistry. 1992; 57:1777-1783 .

58. Itakura, Keiichi; Rossi, John J., and Wallace, R. Bruce. Synthesis and Use ofSynthetic Oligonucleotides. Annual Reviews of Biochemistry. 1984;53:323-356.

59. Ito, Hirataka; Ike, Yoshimasa; Ikuta, Satoshi, and Itakura, Keiichi. Solid PhaseSynthesis of Polynucleotides. VI Further Studies on PolystyreneCopolymers for the Solid Support. Nucleic Acids Research. 1982;10(5):1755-1769.

60. Iwai, Shigenori and Ohtsuka, Eiko. 5´-Levulinyl and 2´-tetrahydrofuranylprotection for the synthesis of oligoribonucleotides by thephosphoramidite approach. Nucleic Acids Research. 1988; 16:9443-9456 .

61. Iyer, Radhakrishnan P.; Yu, Dong; Habus, Ivan; Ho, Nan-Hui; Johnson,Suzanne; Devlin, Theresa; Jiang, Zhiwei; Zhou, Wen; Xie, Jin, andAgrawal, Sudhir. N-pent-4-enoyl (PNT) Group as a universalnucleobase protector: Applications in the rapid and facile synthesis ofoligonucleotides, analogs and conjugates. Tetrahedron. 1997;53(8):2731-2750.

62. Jay, Ernest; Bambara, Robert; Padmanabhan, R., and Wu, Ray. DNASequence Analysis: A General, Simple and Rapid Method forSequencing Large Oligonucleotide Fragments by Mapping. NucleicAcids Research. 1974; 1(3):331-353.

63. Jutz, C. and Voithenleitner, F. Über Carbonium-Ionen, I: SubstituiertePhenyltropylium-Ionen. Chemische Berichte. 1964; 90:29-48.


133

64. Kageji, Teruyoshi; Otersen, Birte; Gabel, Detlef; Huiskamp, René; Nakagawa,Yoshinobu, and Matsumoto, Keizo. Iteraction ofmercaptoundecadydrododecaborate (BSH) with phosphatidylcholine:Relevance to Boron Neutron Capture Therapy. Biochimica EtBiophysica Acta. 1998; 1391:377-383.

65. Kane, Robert R. ; Drechsel, Karin, and Hawthorne, M. Frederick. Automatedsynthesis of carborane-derived homogeneous oligophosphates:Reagents for use in the immunoprotein-mediated Boron NeutronCapture Therapy (BNCT) of cancer. Journal of the American ChemicalSociety. 1993; 115:8853-8854.

66. Kim, Mahn-Joo and Choi, Yoon Kyung. Lipase-catalyzed enantioselectivetransesterification of O-trityl 1,2-diols. Practical Synthesis of (R)-Tritylglycidol. Journal of Organic Chemistry . 1992; 57:1605-1607.

67. Kim, Young Soo; Kane, Robert R.; Beno, Cynthia L.; Romano, Solomon;Mendez, Gabriel, and Hawthorne, M. Frederick. Synthesis of newbuilding blocks for boron-rich oligomers in Boron Neutron CaptureTherapy (BNCT). II. Monomers derived from 2,2-disubstituted-1,3-diols. Tetrahedron Letters. 1995; 36(29):5147-5150.

68. King, Gary T. and Miller, Norman E. 1,12-Bis(hydroxymethyl)decahydrododecaborate(2-) and B12H10(CH2X)2

2-

and B12H10(CH2L)2 derivatives. Inorganic Chemistry. 1986; 25(23):4309-4311.

69. Klotz, Philippe ; Cuccia, Louis A.; Mohamed, Nazim; Just, George, andLennox, R. Bruce. Synthesis and properties of newbisphosphatidylcholine lipids. Journal of the Chemical Society andChemical Communication. 1994; 18:2043-2044 .

70. Knoth, W. H.; Miller, H. C.; Sauer, J. C.; Balthis, J. H.; Chia, Y. T., andMuetterties, E. L. Chemistry of boranes: IX. Halogenation of B10H10(2-)and B12H12(2-). Inorganic Chemistry. 1964; 3:159-167.

71. Koerner von Gustorf E., Henry M. C. Kennedy P. V. 8,9-Diacetyl-sesquifulvalen. Angewandte Chemie. 1967; 79(13):616-617.


134

72. Kohli, V.; Balland, A.; Wintzerith, M.; Sauerwald, R.; Staub, A., and Lecocq, J.P. Silica Gel: An Improved Support for the Solid-Phase PhosphotriesterSynthesis of Oligonucleotides. Nucleic Acids Research. 1982;108:7439-7448.

73. Köster, H.; Biernat, J.; McManus, J.; Wolter, A.; Stumpe, A.; Narang, Ch. K.,and Sinha, N. D. Synthesis of Oligodeoxynucleotides on ControlledPore Glass (CPG) Using Phosphate and a new Phosphite TriesterApproach. Tetrahedron. 1984; 40(1):103-112.

74. Kück, Kirsten. Reaktionen von Ammoniumundecahydro-closo-dodecaborat (1-). Diplomarbeit, Universität Bremen. 1996.

75. Lamrani, Mouad; Mitsuishi, Masaya; Hamasaki, Ryo, and Yamamoto,Yoshinori. Engineered fullerene-carborane conjugated rods: New hybridmaterials for NLO devices. Royal Society of Chemistry - IMEBORON X(Proceedings of the 10th International Congress on the Chemistry ofBoron, Durham, England). 2000:77-83.

76. Lehmann, Christian; Xu, Yao-Zhong; Chrisdodoulou, Chris; Tan, Zu-Kan, andGait, Michael J. Solid-phase synthesis of oligoribonucleotides using 9-fluorenylmethoxycarbonyl (Fmoc) for 5´-hydroxyl protection. NucleicAcids Research. 1989; 17:2379-2390 .

77. Letsinger, Robert L. Oligonucleotide Synthesis on a Polymer Support. Journalof the American Chemical Society. 1965; 87(15):3526-3527.

78. Levine, B. F. and Bethea, C. G. Second and third order hyperpolarizabilities oforganic molecules. Journal of Chemical Physics. 1975; 63(6):2666-2682.

79. Locher, G. L. Biological effects and therapeutic possibilities of neutrons.American Journal of Roentgenology and Radium Therapy. 1936; 36:1-13.

80. Marder, Seth R. ; Gorman, Christopher B.; Tiemann, Bruce G., and Cheng,Lap-Tak. Stronger acceptors can diminish nonlinear optical response insimple donor-acceptor polyenes. Journal of the American ChemicalSociety. 1993; 115(7):3006-3007.


135

81. Martín, Nazario; Sánchez, Luis; Illescas, Beatriz, and Pérez, Ignacio. C60 -based electroactive organofullerenes. Chemical Reviews. 1998;98:2527-2547.

82. Matteucci, M. D. and Caruthers, M. H. Synthesis of Deoxyoligonucleotides ona Polymer Support. Journal of the American Chemical Society. 1981;103(11):3185-3191.

83. McCollum, Christie and Andrus, Alex. An optimized polystyrene support forrapid, efficient oligonucleotide synthesis. Tetrahedron Letters. 1991;32(33):4069-4072.

84. Melissaris, A. P. and Litt, M. H. Economical and convenient synthesis of p-ethynylbenzoic acid and p-ethynylbenzoyl chloride. Journal of OrganicChemistry. 1992; 57:6998-6999.

85. Mellor, Ben J. and Thomas, Eric J. Synthesis of analogues of oligonucleotides;synthesis of unprotected C-linked di- and tri-nucleotides. Journal of theChemical Society, Perkin Transactions 1. 1998; 4:747-758.

86. Merrifield, Robert Bruce. Festphasen-Synthese (Nobel-Vortrag). AngewandteChemie. 1985; 97(10):801.

87. Meyers, F.; Marder, S. R.; Pierce, B. M., and Brédas, J. L. Tuning of largesecond hyperpolarizabilities in organic conjugated compounds.Chemical Physics Letters. 1994; 228:171-176.

88. Mills, D. L. Nonlinear Optics, basic concepts. Second Edition, Springer-VerlagBerlin, Heidelberg . 1998.

89. Mitchell, Alexander R.; Kent, Stephen B. H.; Erickson, Bruce W., andMerrifield, Robert B. Preparation of aminomethyl-polystyrene resin bydirect amidomethylation. Tetrahedron Letters. 1976(42):3795-3798.

90. Miura, M.; Micca, P. L.; Fisher, C. D.; Gordon, C. R.; Heinrichs, J. C., andSlatkin, D. N. Evaluation of carborane-containing porphyrins as tumourtargeting agents for Boron Neutron Capture Therapy. The BritishJournal of Radiology. 1998; 71:773-781.


136

91. Miura, Michiko; Morris, Gerard M.; Micca, Peggy L.; Lombardo, Diana T.;Youngs, Kelly M.; Kalef-Ezra, John A.; Hoch, Duane A.; Slatkin, DanielN.; Ma, Ruimei, and Coderre, Jeffrey A. Boron Neutron CaptureTherapy of a murine carcinoma using a lipophiliccarboranyltetraphenylporphyrin. Radiation Research. 2001; 155:603-610.

92. Miyoshi, Ken-ichi; Arentzen, Rene; Huang, Ting, and Itakura, Keiichi. Solid-phase synthesis of polynucleotides. IV. Usage of polystyrene resins forthe synthesis of polydeoxyribonucleotides by the phosphotriestermethod. Nucleic Acids Research. 1980c; 8( 22):5507-5517.

93. Miyoshi, Ken-ichi; Huang, Ting, and Itakura, Keiichi. Solid-phase synthesis ofpolynucleotides. III. Synthesis of polynucleotides with definedsequences by the block coupling phosphotriester method. Nucleic AcidsResearch. 1980b; 22 (8):5491-5505.

94. Miyoshi, Ken-ichi; Miyake, Tetsuo; Hozumi, Toyoharu, and Itakura, Keiichi.Solid-phase synthesis of polynucleotides. II. Synthesis of polythymidylicacids by the block coupling phosphotriester method. Nucleic AcidsResearch. 1980a; 8(22):5473-5489.

95. Moller, Detlef; Harfst, Sven; Rösler, Jens; Ketz, Hartmut, and Gabel, Detlef.Synthesis of S-alkyl and S-acyl derivatives of mercaptoundecahydro-closo-dodecaborate, a possible boron carrier for Neutron CaptureTherapy. Inorganic Chemistry. 1993; 32:2276-2278.

96. Morrell, James A. and Albrecht, A. C. Second-order hyperpolarizability of p-nitroaniline calculated from perturbation theory based expression usingCNDO/S generated electronic states. Chemical Physics Letters. 1979;64(1):46-50.

97. Narang, Saran A. DNA Synthesis. Tetrahedron. 1983; 39(1):3-22.

98. Nicoud, J. F. and Twieg, R. J. Design and synthesis of organic molecularcompounds for efficient second-harmonic generation/Nonlinear opticalproperties of organic molecules and crystals. Band I, Academic Press,New York. 1987.


137

99. Niem, T. and Rausch, M. D. 1-Cycloheptatrienylidene-4-cyclopentadienylidene-2,5-cyclohexadiene System. Journal of OrganicChemistry. 1977; 42:275-279.

100. Ogilvie, Kelvin K. and Nemer, Mona J. Silica gel as solid support in thesynthesis of oligoribonucleotides. Tetrahedron Letters. 1980(29).

101. Ohtsuka, E.; Takashima, H., and Ikehara, M. Semiautomated Synthesis ofOligonucleotides on a Silica Gel Support. Tetrahedron Letters. 1982;23(30):3081-3084.

102. Okuhara, Kunio . Introduction and extension of ethynyl group using 1,1-dichloro-2,2-difluoroethylene. A convenient route to lithium acetylidesand derived acetylenic compounds. Journal of Organic Chemistry.1976; 41(9):1487-1494.

103. Ozawa, T.; Afzal, J.; Wyrick, B. J.; Hu, L. J.; Lamborn, K. R.; Bollen, A. W.;Bauer, W. F.; Fike, J. R.; Phillips, E. A. Blakely E. A.; Kahl, S. B., andDeen, D. F. In vivo evaluation of a boronated porphyrin in malignantglioma models. Proceedings of the American Assembly for CancerResearch. 1998; 39:586-590.

104. Paley, M. S.; Harris, J. M.; Looser, H.; Baumann, J. C.; Bjorklund, G. C.;Jundt, D., and Twieg, R. J. A solvatochromic method for determiningsecond-order polarizabilities of organic molecules. Journal of OrganicChemistry. 1989; 54(16):3774-3778.

105. Pandey, R. K. and Dougherty, T. J. Synthesis and photosensitizing activity ofporphyrins joined with ester linkages. Cancer Research. 1989; 49:2042-2047.

106. Panunto, Thomas W.; Urbánczyk-Lipkowska, Zofia; Johnson, Ruth, and Etter,Margeret C. Hydrogen-bond formation in nitroanilines: The first step indesigning acentric materials. Journal of the American Chemical Society.1987; 109(25):7786-7797.

107. Patel, T. P.; Millican, T. A.; Bose, C. C.; Titmas, R. C.; Mock, G. A., and Eaton,M. A. W. Improvements to solid phase phosphotriester synthesis ofdeoxyligonucleotides. Nucleic Acids Research. 1982; 10(6):5605-5620.


138

108. Perleberg, Olaf. Darstellung borhaltiger Monomere zur Oligomerisierung nachder Phosphodiestermethode. Dissertation, Universität Bremen. 1998.

109. Polushin, Nikolai N.; Morocho, Alan M.; Chen, Ban-chin, and Cohen, Jack S.On the rapid deprotection of synthetic oligonucleotides and analogs.Nucleic Acids Research. 1994; 22(4):639-645.

110. Pon, Richard T. and Yu, Shuyuan. Hydroquinone-O,O'-diacetic acid as a morelabile replacement for succinic acid linkers in solid-phaseoligonucleotide synthesis. Tetrahedron Letters. 1997a; 38(19):3327-3330.

111. ---. Rapid automated derivatization of solid-phase supports for oligonucleotidesynthesis using uronium or phosphonium coupling reagents.Tetrahedron Letters. 1997b; 38(19):3331-3334.

112. Primus, F. James; Pak, Roger H.; Richard-Dickson, Karen J.; Szalai, György;Bolen, James L. jr.; Kane, Robert R., and Hawthorne, M. Frederick.Bispecific antibody mediated targeting of nido-carboranes to humancolon carcinoma cells. Bioconjugate Chemistry. 1996; 7(5):532-535.

113. Ravikumar, Vasulinga T.; Wyrzykiewicz, Tadeusz K., and Cole, Douglas L.Synthesis of oligonucleotides via phosphoramidite approach utilizing 2-diphenylmethylsilylethyl (DPSE) as a phosphorus protecting group.Tetrahedron. 1994; 50(31):9255-9266.

114. Salo, Harri; Guzaev, Andrei, and Lönnberg, Harri. Disulfide-tethered solidsupports for synthesis ofphotoluminescent oligonucleotide conjugates: Hydrolytic stabilityand labeling on the support. Bioconjugate Chemistry. 1998; 9(3):365-371.

115. Sanghvi, Yogesh S.; Guo, Zhiqiang; Pfundheller, Henrik M., and Converso,Antonella. Improved process for the preparation of nucleosidicphosphoramidites using a safer and cheaper activator. Organic ProcessResearch & Development. 2000; 4(3):175-181.

116. Schuster, Peter; Vedrilla, Dagmar, and Polansky, Oskar E. Eletronenstrukturund Spektren von Phenylcycloheptatrienylium-Kationen. MonatshefteFür Chemie. 1969; 100:1-27.


139

117. Scremin, Carlo L.; Zhou, Liang; Srinivasachar, Kasturi, and Beaucage, SergeL. Stepwise regeneration and recovery of deoxyribonucleosidephosphoramidite monomers during solid-phase oligonucleotidesynthesis. Journal of Organic Chemistry. 1994; 59:1963-1966.

118. Sinha, N. D.; Biernat, J., and Köster, H. β−cyanoethyl N,N-dialkylamino-/N-morpholinomonochloro phosphoramidites, new phosphitylating agentsfacilitating ease of deprotection and work-up of synthesizedoligonucleotides. Tetrahedron Letters. 1983; 24(52):5843-5846.

119. Sinha, N. D.; Biernat, J.; McManus, J., and Köster, H. Polymer supportoligonucleotide synthesis XVIII: Use of β−cyanoethyl-N,N-dialkylamino-/N-morpholino phosphoramidite of deoxynucleosides for the synthesisof DNA fragments simplifying deprotection and isolation of the finalproduct. Nucleic Acids Research. 1984; 12(11):4539-4557.

120. Soloway, A. H. ; Tjarks, W.; Barnum, B. A.; Rong, F.-G.; Barth, R. F.; Codogni,I. M., and Wilson, J. G. The chemistry of Neutron Capture Therapy.Chemical Reviews. 1998; 98(4):1522 und 1533.

121. Sproat, Brian S. and Gait, Michael J. Solid-phase synthesis ofoligodeoxyribonucleotides by the phosphotriester method. Title:Oligonucleotide Synthesis : a Practical Approach / Edited by M.J. Gait.Publisher: Oxford [Oxfordshire] ; Washington, DC : IRL Press, C1984.1984; Chapter 4:83-115.

122. Stiriba, Salah-Eddine; Frey, Holger, and Haag, Rainer. Dendritische Polymerefür medizinische Anwendungen: Auf dem Weg zum Einsatz inDiagnostik und Therapie. Angewandte Chemie . 2002; 114(8):1385-1389.

123. Subramanian, Govindan; Ragué Schleyer, Paul von, and Jiao, Haijun. Habendie stabilsten anellierten Heterobicyclen auch den stärkstenaromatischen Charakter? Angewandte Chemie. 1996; 108(22):2824-2827.


140

124. Takeda, Naoya; Shibata, Masahiko; Tajima, Nobuo; Hirao, Kimihiko, andKomiyama, Makoto. Kinetic and theoretical studies on the mechanismof alkaline hydrolysis of DNA. Journal of Organic Chemistry . 2000;65(14):4391-4396.

125. Tibbitts, Jay; Fike, John R.; Lamborn, Kathleen R.; Bollen, Andrew W., andKahl, Stephen B. Toxicology of a boronated porphyrin in dogs.Photochemistry and Photobiology. 1999; 69(5):587-594.

126. Tiemann, Bruce G.; Cheng, Lap-Tak, and Marder, Seth R. The effect ofvarying ground-state aromaticity on the first molecular electronichyperpolarizabilities of organic donor-acceptor molecules. Journal ofthe Chemical Society and Chemical Communication. 1993; 17:735-737.

127. Tjarks, Werner . Borhaltige Thioharnstoffe in der Neutroneneinfangtherapie.Dissertation, Universität Bremen. 1993.

128. Tolpin, E. I.; Wellum, G. R., and Berley, S. A. Synthesis and chemistry ofmercaptoundecahydro-closo-dodecaborat (2-). Inorganic Chemistry.1978; 17:2867-2873.

129. Verheijen, Jeroen C.; Marel, Gijsbert A. van der; Boom, Jacques H. van;Bayly, Suzanne F.; Player, Mark R., and Torrence, Paul F. 2',5'-Oligoadenylate-peptide nucleic acids (2-5A-PNAs) activate RNase L.Bioorganic & Medicinal Chemistry. 1999; 7:449-455.

130. Vinogradov, Serguei V.; Doan, Trung Le, and Claude, Helene. Synthesis ofphospholipid-oligodeoxyribonucleotide conjugates. Tetrahedron Letters.1995; 36(14):2493-2496.

131. Wada, Takeshi; Kato, Ryohei, and Hata, Tsujiaki. Nonoxidative chlorination ofdialkyl phosphonates to dialkyl phosphorochloridites. A new approachto oligonucleotide synthesis. Journal of Organic Chemistry. 1990;56(3):1243-1250.

132. Wettling, Wolfram. Nichtlineare Optik, Konstanzer Universitätsreden.Universitätsverlag Konstanz GmbH. 1980.


141

133. Yau, E. K. and Coward, J. K. Synthesis of complex 6'-alkynyl-6'-dethianucleoside analogues of S-adenosyl-homocysteine as potentialinhibitors of methyltransferases. Journal of Organic Chemistry. 1990;55:3147-3158.

134. Yu, Dong; Tang, Jin-yan; Iyer, Radhakrishnan P., and Agrawal, Sudhir.Diethoxy N,N-diisopropyl phosphoramidite as an improved cappingreagent in the synthesis of oligonucleotides using phosphoramiditechemistry. Tetrahedron Letters . 1994; 45(46):8565-8568.

135. Zhang, Zhaoda and Tang, Jin Yan. A novel phosphitylating reagent for in situgeneration of deoxyribonucleoside phosphoramidites. TetrahedronLetters. 1996; 37(3):331-334.


142

7.2 Abkürzungen

14T 14mer Oligo-Thymidin-20 M13 Primer des Virus M13mp18Ac AcetylAc-dC N-Acetyl-desoxyribocytidinATT 6-Aza-2-thiothymidinBLA Bond Length AlternationBNCT Boron Neutron Capture TherapyBNH3 Tetramethylammonium-ammoniumundecahydro-closo-dodecaboratBOA Bond Order AlternationBPA L-4-DihydroxyborylphenylalaninBSH Mercaptoundeca-hydro-closo-dodecaboratCDP Chlor-(2-cyanethoxy)-diisopropylamino-phosphoramiditCE KappilarelektrophoreseCPG Controlled Pore GlassCT Charge-TransferDCC DicyclohexylcarbodiimidDCI 4,5-DicyanoimidazoleDCI Direkte Chemische IonisationDIEA(H) Diisopropylethylamin(ammonium)DMAP 4-DimethylaminopyridinDMTr DimethoxytritylDNA Desoxyribonucleic AcidDPSE 2- DiphenylmethylsilylethylEDTA Ethylendiamin-tetraessigsäureEFISH Electric Field Induced Second Harmonic GenerationEI ElektronenstoßionisationEIFM Equivalent Internal Field ModelESI Elektrospray Ionisationesu Electrostatic UnitsFAB Fast Atom BombardmentFmoc 9-Fluorenyl-methoxycarbonylFT-IR Fourier-Transformation InfrarotHPLC High Pressure/Performance Liquid ChromatographyHRS Hyper-Rayleigh-Scattering


143

Laser Light amplification by stimulated emission of radiationLEO Elektrooptischer EffektM13-3T Virus-Primer -20 M13 mit drei Thymidinbausteinen modifiziertM13mp18 ringförmige Virus-DNA, Einzelstrang mit ca. 7000 BasenMALDI Matrix Assisted Laser Desorption IonizationMS MassenspektrometrieMSNT 1-Mesitylensulphonyl-3-nitro-1,2,4-triazolNaB Dinatrium-dodecahydro-closo-dodecaboratNBA 3-Nitro-benzylalkoholNd:YAG Neodym Yttrium Aluminium GranatNLO Nichtlineare OptikNMR Nuclear Magnetic ResonanceNMTP N-MethylthiopyrrolidonOD(U) Optical Density (Units)Pac PhenoxyacetylPac-dA N-Phenoxyacetyl-desoxyriboadenosinPDT Photodynamic TherapyPNA Peptide Nucleic Acidsppm Parts per millionQDA O,O’-Diessigsäure-hydrochinonRP Reverse phaseSHG Second harmonic generationSOS Sum-Over-StatesTBAB Bis-(tetrabutylammonium)-dodecahydro-closo-dodecaboratTEA(H) Triethylamin(ammonium)TEAH TriethylammoniumTMA TetramethylammoniumTOF Time Of FlightTr(H/OH) Trityl(Tritan/Tritol)Tris Tris-hydroxymethylaminomethanUV/VIS Ultraviolett/Visible


144

7.3 Strukturformelverzeichnis

1 Seite 51, 542 Seite 51, 563 Seite 23, 524 Seite 23, 525 Seite 53, 57, 616 Seite 53, 59, 637 Seite 53, 61, 658 Seite 53, 63, 679 Seite 53, 6510 Seite 53, 6711 Seite 9712 Seite 29, 51, 5413 Seite 29, 51, 5614 Seite 7515 Seite 29, 53, 6116 Seite 29, 53, 6317 Seite 9718 Seite 37, 38, 3919 Seite 3820 Seite 39, 4021 Seite 40, 4122 Seite 41, 4323 Seite 36, 4224 Seite 36, 42, 4325 Seite 34, 4226 Seite 34, 4327 Seite 2928 Seite 2929 Seite 2930 Seite 2931 Seite 35

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