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Das Interesse an Foldameren[1-3] und an helikal gefalteten Polymeren[4,5] hat in den letzten Jahren beträchtlich zugenommen, was das große Potential dieses Forschungsfeldes widerspiegelt. Insbesondere die wohldefinierte, jedoch dynamische Struktur des Rückgrats in Verbindung mit dem Ansprechverhalten auf externe Stimuli bietet geeignete Vorraussetzungen, um diverse Funktionen für Anwendungen in der Aktuatorik,[6-8] im Stofftransport[9,10] und in der Sensorik[11-13] zu implementieren. Im letztgenannten Fall ermöglicht die inhärente Chiralität des helikalen Rückgrats eine einfache Beobachtung von Konformationsumwandlungen durch Circulardichroismus(CD)-Spektroskopie. Im Idealfall führt die Wechselwirkung mit Gastmolekülen zu einem Überschuss einer der beiden Helizitäten, der sich als extern induzierter CD-Effekt nachweisen lässt.[14-17] Der Chiralitätstransfer auf das üblicherweise achirale Rückgrat erfolgt durch Wechselwirkung mit einem chiralen Gast, wobei eine Inversion des Helixdrehsinns (genauer dessen Überschusses) normalerweise durch Wechselwirkung mit dem anderen Enantiomer des Gastmoleküls hervorgerufen wird.[14,18] Ein tieferes Verständnis des Chiralitätstransfers und der Chiralitätsverstärkung sollte Einblick in den Ursprung der Homochiralität von Biomakromolekülen geben[19] und die gezielte Entwicklung neuer Materialien für Anwendung in der chiralen Erkennung, der Sensorik, der Stofftrennung und der Katalyse ermöglichen.[20] Zu diesem Zweck ist ein effektiver Zugang zu responsiven Foldameren, die gezielt in ihrer Beschaffenheit verändert werden können (idealerweise auch unter biotischen Bedingungen), wünschenswert.
Ziel dieser Arbeit ist es, neue Familien von helikal gefalteten, responsiven aromatischen Oligomeren, so genannten Klickameren, zu generieren, die 1,2,3-Triazolringe im Rückgrat in sich tragen. Dabei wird von neuartigen Monomeren ausgegangen, deren Synthetisierbarkeit zunächst überprüft wird. Für den Aufbau der Oligomerenstränge soll in den Kupplungsschritten die hohe Effizienz der Kupfer(I)-katalysierten 1,3-dipolaren Azid-Acetylen-Cycloaddition, der Klick-Reaktion,[21,22] ausgenutzt werden, woraus sich auch der Name “Klickamere“ für die Oligomeren ergibt. Der dabei generierte 1,2,3-Triazolring stellt hierbei keine rein verknüpfende Einheit dar, sondern in Kombination mit anderen Heteroaromaten bewirkt er maßgeblich die konformationelle Strukturausbildung im Oligomerenstrang. Wie in Abbildung 6–1 ersichtlich, sind prinzipiell drei verschiedene Oligomerenserien (104, 105, 106) mit verschiedenen Rückgraten über die Klick-Reaktion vorstellbar, die ein unterschiedliches helikales Faltungsverhalten zeigen sollten. Allen drei Modellen ist gemeinsam, dass das Oligomerenrückgrat aus (hetero)aromatischen Einheiten und Triazolringen, die sich in der Abfolge alternierend wiederholen, aufgebaut ist. Kleine strukturelle Unterschiede der aromatischen Ringe sind hierbei ausschlaggebend für das helikale Faltungsverhalten der Oligomere.
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Der Anteil an Pyridinringen im Oligomerenrückgrat der Oligomere in Abbildung 6–1 nimmt von links nach rechts hin zu. Die links dargestellte Oligomerenserie 104 wird aus einem 1,3-Phenylendiazid 107 und 1,3-Diethynylphenylen 108 dargestellt und das Oligomerrückgrat besteht daher aus alternierenden Einheiten von Phenyl-alt-Triazol-Ringen. Startmaterialien der mittleren Serie 105 sind 1,3-Phenylendiazid 107 und 2,6- Diethynylpyridin 9, das Oligomerenrückgrat setzt sich daher aus alternierenden Einheiten von Phenyl-alt-Triazol-alt-Pyridin-alt-Triazol-Ringen zusammen. Die rechts dargestellte Serie 106 besteht nur aus alternierenden Triazol- und Pyridinringen, Startmaterialien sind daher 2,6-Diethynylpyridin 9 und das 2,6-Pyridindiazid-Derivat 109. Die Art der in dem Foldamerrückgrat vorkommenden aromatischen Ringe sollte einen starken Einfluss auf die Tendenz der Ausbildung von helikalen Konformationen haben (vide infra).
Prinzipiell gibt es verschiedene in biologischen und artifiziellen Foldamerstrukturen wirkende Kräfte und Wechselwirkungen, die dazu führen, dass statt eines ungeordneten Knäuels eine kompakte helikale Konformation eingenommen wird (vgl. Abbildung 6–2), wobei der Ausbildung einer geordneten Struktur immer ein entropischer Verlust durch Reduzierung der Freiheitsgrade einhergeht. Als die wichtigsten attraktiven Wechselwirkungen sind an dieser Stelle nicht-kovalente Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen, elektrostatische Wechselwirkungen, sterische Packungseffekte und hydrophobe bzw. solvophobe Effekte genannt. Im Folgenden soll beschrieben werden, welche der Kräfte und Wechselwirkungen in den vorgestellten Oligomeren vermutlich primär wirken werden.
Abbildung 6–2: Übergang von einem ungeordneten Knäuel zu einer geordneten kompakten helikalen Konformation. | ||
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Alle hier vorgestellten Oligomerenstränge 104, 105 und 106 besitzen aufgrund des (relativ) unpolaren Oligomerrückgrats und der angeknüpften polaren Oligo(ethylenglycol)-Seitenketten eine amphiphile Struktur. Aufgrund der Amphiphilie kann der solvophobe Effekt als eine Triebkraft für die Ausbildung von helikalen Konformationen wirken.[23,24] Zudem wurden polare Tri- und Tetraethylenglycol-Seitenketten an das Oligomerrückgrat geknüpft, um die Löslichkeit der Foldamersysteme zu garantieren. Des Weiteren ermöglicht der gezielte Einbau von chiralen Seitenketten die Verwendung der Circulardichroismus(CD)-Spektroskopie zur Untersuchung des Konformationsverhaltens der aromatischen Oligomere in Lösung. Ergänzend wird das helikale Faltungsverhalten mit der UV/vis-Absorptions- und Fluoreszenz-Spektroskopie sowie teilweise der dynamischen Lichtstreuung (DLS) vermessen.
In ausgebildeten helikalen Konformationen kommt es zu einer stabilisierenden π-π -Wechselwirkung der gestapelten aromatischen Ringe. Die intramolekulare Stapelung ist dann als hypochromer Effekt mit der UV/vis-Spektroskopie detektierbar. Diese Art der Triebkraft der helikalen Faltung wirkt in allen drei Oligomersystemen, sollte in dem linken Foldamerstrang 104 jedoch eine der vorrangigen Triebkräfte der helikalen Faltung sein. Hier ist eine freie Rotation entlang aller ringverknüpfenden Bindungen möglich und das Oligomerrückgrat ist sehr flexibel verglichen mit den anderen Oligomerserien. Bei dem mittleren (105) und insbesondere dem rechten Foldamerstrang (10 6) wächst die Rigidität des Rückgrats durch Wahl der Oligomerbausteine des Foldamerrückgrats zunehmend an, so dass hier ein weiterer wesentlicher die helikale Struktur stabilisierender Faktor wirkt, der im Folgenden beschrieben werden soll.
In dem mittleren Foldamerstrang 105 sind alternierende Einheiten von Phenyl-alt-Triazol-alt-Pyridin-alt-Triazol-Ringen enthalten, deren Kombinationen in der bekannten Präorganisation der hufeisenförmigen 2,6-Bis(1,2,3-triazol-4-yl)pyridin-Struktur (BTP-Struktur) resultiert. Dies ist in Abbildung 6–3 an einem Klickamer mit 17 aromatischen Ringen (110) anhand der blauen Farbhinterlegung verdeutlicht. Die rigiden BTP-Strukturen sind als helikogene Einheit in das Foldamerrückgrat eingebettet und über meta-verknüpfte Phenyleneinheiten miteinander verbunden, die als „Scharniere“ fungieren. Um von einer ungeordneten Anordnung, der Knäuel-Struktur, zu einer helikalen Konformation zu gelangen, bedarf es einer minimalen Anzahl von vier Rotationen entlang der meta-Phenylen-„Scharniere“.
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In der helikalen Struktur liegen die aromatischen Ringe übereinander und es treten stabilisierende intramolekulare π-π-Wechselwirkungen auf. Da das Oligomerrückgrat 105 durch die eingebetteten BTP-Einheiten von Natur aus eine gewisse Rigidität besitzt, werden bei Einnahme einer helikalen Konformation weniger Freiheitsgrade eingebüßt als bei dem flexibleren Oligomerenstrang 104.
Diese Strategie der Generierung helikaler Architekturen durch Verwendung von präorganisierten Molekülelementen ist an den von Lehn und Mitarbeitern entwickelten Ansatz des „Helizitäts-Codons“ angelehnt, der die starke Präferenz von Bipyridin und anderen Aza-arenen, in einer anti-Konformation vorzuliegen, nutzt.[25-27] Während in dem eben genannten Model 105 zumindest einige wenige Rotationsfreiheitsgrade vorliegen, die ein reversibles helikales Falten und Entfalten ermöglichen, sollte in dem rechte Oligomermodel 106 durch die Wahl der Bausteine eine vollkommen rigide Konformation vorliegen. Hier besteht das Foldamerrückgrat aus einer alternierenden Abfolge von ausschließlich Triazol- und Pyridinringen, die alle zueinander eine transoide Konformation einnehmen, in der alle N-Atome der benachbarten Ringe voneinander wegzeigen (Abbildung 6–1, blau hinterlegt). Dies sollte in der Einnahme einer stabilen helikalen Gesamtkonformation resultieren, ähnlich wie es von den helikalen Systemen von Lehn [25-27] oder Huc [28,29] bekannt ist.
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Der Schwerpunkt der Arbeit ist die Untersuchung der Struktur-Eigenschaftsbeziehung der Oligomerrückgrate, also inwieweit sich die gezielt eingebrachte Rigidität in dem Rückgrat stabilisierend auf die Ausbildung einer helikalen Struktur auswirkt.
Zusätzlich soll ermittelt werden, inwieweit sich die Elektronendichte im Oligomerenrückgrat auf das helikale Faltungsverhalten der Oligomere auswirkt. Hierzu werden zwei Oligomerserien mit dem gleichen partiell rigiden Rückgrat 105 dargestellt, die sich in der Natur der angeknüpften Substituenten unterscheiden. Während Estersubstituenten an dem Oligomerrückgrat elektronenziehend wirken (105, Abbildung 6–4, mit blauer Kugel hinterlegt), erhöhen elektronenschiebende Ethersubstituenten (1 11, mit grüner Kugel hinterlegt) die Elektronendichte in dem Oligomerenrückgrat. Wie von Moore und Mitarbeitern in der Vergangenheit anhand inter- bzw. intramolekularer Stapelung von Phenylenringen in m-Phenylenethinylen-basierten Makrocyclen bzw. Foldameren gezeigt,[30,31] sollte sich die Elektronendichte im untersuchten Oligomerenrückgrat auf die π-π-Wechselwirkung der gestapelten (hetero)aromatischen Ringe und daher auf die Stabilität sowie Tendenz der Helixausbildung, auswirken.
Abbildung 6–4: Akzeptor- und Donorsubstituierte Oligomerenstränge mit einem Triazol-alt-Pyridin-alt-Triazol-alt-Phenyl-Rückgrat. | ||
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Zusammenfassend sollen in dieser Arbeit vier verschiedene Oligomerenserien (vgl. Abbildung 6–5) synthetisiert werden. Die drei Oligomerenserien 104, 105 und 106 besitzen unterschiedliche Oligomerenrückgrate, während sich die Oligomere 105 und 111 in der Art der angeknüpften Funktionalitäten voneinander unterscheiden. Von jeder Oligomerenserie sollen Oligomere unterschiedlicher Länge mit 9, 17 und 25 aromatischen Ringen dargestellt werden und das helikale Faltungsverhalten in Abhängigkeit von der Länge der Oligomere untersucht werden. Die Terminierung der Oligomerstränge erfolgt mit dem Arylmonoazid 112. Es ist zu erwarten, dass die helikale Faltung umso stabiler ausfällt, je länger das Oligomer und je rigider das Foldamerrückgrat sind.
Im Unterschied zu polymeren Foldameren, die eine polydisperse Molmassenverteilung besitzen, haben Oligomere eine genau definierte Molmasse. Diese ergibt sich aus der Art der Synthese, bei der die Oligomerenstränge schrittweise in definierten Reaktionssequenzen verlängert werden. Die kontrollierte, schrittweise Synthese wird ermöglicht durch die Verwendung einer blockierenden TIPS-Schutzgruppe an dem 1,3-Diethynylarylbaustein. Die Retrosynthese der Oligomerstränge 104, 105, 111 und 106 geht auf ein Aryldiazid und ein Diethynylaryl als kleinste Bauelemente zurück, wie sie in Abbildung 6–5 abgebildet sind.
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Oligomerenstränge unterschiedlicher Länge können prinzipiell über zwei Synthesewege dargestellt werden. Zum einen gibt es das lineare Wachstum, bei dem der Strang in einer Richtung schrittweise wächst. Dies soll anhand der Oligomerenserie 105 kurz erläutert werden, die aus alternierenden Phenyl-alt-Triazol-alt-Pyridin-alt-Triazol-Einheiten besteht. Wie in Schema 6–1 abgebildet, wird die freie Acetylengruppe des Diethynylaryls 9 mit einem Arylmonoazid 112 terminiert und es folgen als Reaktionsschritte die Aktivierung des Acetylens durch Abspaltung der TIPS-Schutzgruppe, Klick-Reaktion mit 107, und erneute Klick-Kupplung mit 9 usw.. Bei jeder Reaktion ist auf einen vollständigen Reaktionsumsatz zu achten, da Fehlsequenzen aufgrund der geringen Polaritätsunterschiede längerer Oligomere nur schwer oder gar nicht abtrennbar sind. Zudem wirkt sich vorteilhaft aus die Reaktion so durchzuführen, dass der wachsende Oligomerenstrang zu einem großen Überschuss des Phenyldiazids 107 hinzugegeben wird, um die Gefahr der zweifachen Kupplung zu minimieren (ganz verhindern läßt sie sich wahrscheinlich nicht). Mit jeder Klick-Kupplung wird der Oligomerenstrang um zwei aromatische Einheiten verlängert (um den angeknüpften Aromatenring und den dabei entstehenden Triazolring). Zum Schluss erfolgt die Terminierung der Oligomerseite durch Klick-Reaktion mit dem Arylmonoazid 112. Um so einen Oligomerenstrang mit beispielsweise 17 aromatischen Ringen zu generieren, müssen 11 Reaktionsschritte durchgeführt werden.
Schema 6–1: Schrittweise lineare Synthese des Oligomers 1 10 mit Hilfe der Klick-Reaktion. | ||
Dem entgegen bedarf es bei dem bidirektionalem Wachstum wie es in Schema 6–2 dargestellt ist, nur 5 Reaktionsschritten ausgehend von den gleichen Monomerbausteinen 107 und 9. In einem Syntheseschritt werden daraus die beiden makromolekularen Bausteine 113 und 114 gewonnen. Nach der Aktivierung der beiden Acetylene des Bausteins 114 durch Abspaltung der TIPS-Schutzgruppen mit TBAF zu 115, können weitere Klickreaktionen mit 113 folgen. Die Effizienz der Abspaltung der TIPS-Schutzgruppen konnte bereits bei der Modelreaktion der Synthese der unsymmetrischen BTP-Verbindung 51 gezeigt werden (Kapitel 4.4.3). Das Wachstum erfolgt bidirektional an beiden Enden der Verbindung 115 unter Ausnutzung der hohen Effizienz der Klick-Reaktion.
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Schema 6–2: Das schrittweise bidirektionale Wachstum ermöglicht eine schnelle Synthese des Oligomerenstrangs 110. | ||
Mit jeder Klick-Kupplung wird der Strang um 8 aromatische Einheiten verlängert. Nach der Kupplung zu 116 erfolgt die Abspaltung der TIPS-Schutzgruppe mit TBAF (= Aktivierung zu 11 7) gefolgt von der Terminierung beider Oligomer-Enden durch die Reaktion mit einem Arylmonoazid 112. Anstelle von 11 Kupplungsschritten sind also bei dem bidirektionalen Wachstum nur 5 Reaktionen notwendig, um zu 110 zu gelangen. Gleichzeitig wird über diese Schutzgruppen-Strategie sichergestellt, dass nur die dafür vorgesehenen funktionellen Gruppen abreagieren können (während im linearen Wachstum immer die Gefahr einer Zweifachkupplung mit dem Azid 107 besteht). Wenn notwendig, können Komponenten im Überschuss eingesetzt werden, um vollständige Umsetzungen zu garantieren.
Der größte Vorteil dieser Route gegenüber des linearen Synthesewegs und möglichen alternativen Routen ist, dass hierbei (theoretisch) die Möglichkeit besteht, den Reaktionscyclus aus Klickreaktions-Kupplung - Aktivierung - Klickreaktions-Kupplung beliebig häufig zu durchlaufen (Schema 6–3). Da in jedem Reaktionscyclus 8 aromatische Einheiten neu an den Oligomerenstrang geknüpft werden, sollten so sehr schnell, sehr effizient lange Oligomerenstränge darstellbar sein. Schema 6–3 soll folgend kurz erläutert werden: 115 kann entweder mit 112 zu dem terminierten Oligomer 118 umgesetzt werden oder mit 113 in einer Klick-Reaktion zu der Zwischenverbindung 116. Diese wird durch Abspaltung der TIPS-Schutzgruppen aktiviert und in 117 überführt. 117 kann wiederum zu 110 terminiert werden oder über den Reaktionscyclus zu Zwischenverbindung 119 umgesetzt werden, aus dem sich 120 ergibt. 120 kann nun erneut den Reaktionscyclus durchlaufen oder zu dem Oligomer 121, bestehend aus 25 aromatischen Einheiten, terminiert werden.
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Schema 6–3: Repetitiver bidirektionaler Synthesecyclus für die effiziente Darstellung von Oligomeren unterschiedlicher Länge. | ||
Aufgrund der eben genannten Vorteile des bidirektionalen Wachstums gegenüber anderen Syntheserouten wurde dieser Syntheseweg für die Darstellung der Oligomeren gewählt. Die in Abbildung 6–5 aufgeführten Oligomerenserien gehen auf die dort rechts abgebildeten Monomerbausteine zurück. Deren Synthese soll im Folgenden zunächst erläutert werden und anschließend folgt die Beschreibung der Darstellung der Oligomere.
Für die Synthese aller vier Oligomerenserien wird der gleiche 3-Azidobenzoesäureester 112 verwendet. Er dient der Terminierung der beiden Acetylenenden der Oligomerenstränge (Schema 6–2 bzw. Schema 6–3). Ausgehend von 3-Nitrobenzoesäure 122 wurde diese mit dem Alkohol Triethylenglycolmonomethylether 6 (Tg-OH) unter Verwendung von N,N’-Diisopropylcarbodiimid als Kupplungsreagenz und DPTS als Katalysator zu dem Ester 123 umgesetzt (Schema 6–4).
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Schema 6–4: Synthese des 3-Azidobenzoesäureesters 112. | ||
Es folgte die Reduktion zu dem entsprechenden Anilinderivat 124 mit Palladium auf Aktivkohle bei 2 bar Wasserstoffdruck in quantitativer Ausbeute. Das Anilin 124 wurde in salzsaurer Lösung mit NaNO2 in das Diazoniumsalz und nach Zugabe von NaN3 in den 3-Azidobenzoesäureester 112 überführt.
Die Oligomerserien 104, 105 und 111 gehen auf den chiralen 3,5-Diazidobenzoesäureester 107 zurück, unterscheiden sich aber in der Struktur der einzubauenden Acetylenbausteine.
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Der 3,5-Diazidobenzoesäureester 107 ist der Träger der chiralen Information, um später auf der Stufe der Oligomere die helikale Faltung mit Hilfe der CD-Spektroskopie vermessen zu können. Er trägt (2S)-4,7,10,13-Tetraoxatetradecan-2-ol (125) als chirale Seitenkette, die aus Triethylenglycol 6 und Milchsäuremethylester 126 synthetisiert wurde, wie in Schema 6–5 dargestellt ist.[10,32] Der Milchsäuremethylester 126 wurde in einer Williamschen Ethersynthese mit Benzylbromid umgesetzt und als Benzylether geschützt (127). Hierbei zeigte sich, dass Silber(I)oxid als sehr milde Base zu verwenden ist, um Racemisierung zu verhindern.[33] Mit Silberoxid verlief die Etherbildung unter vollständiger Retention der Konfiguration wie mit chiraler GC nachgewiesen wurde. Es folgte die Reduktion der Methylestergruppe mit LiBH4 zum Alkohol 128. Triethylenglykohol 6 wurde als Tosylat aktiviert (129) und mit dem Alkohol 128 unter Verwendung von NaH als Base in den Ether 130 überführt. Es folgte die Abspaltung der Benzylschutzgruppe durch Hydrierung mit Pd/C bei 2 bar Wasserstoffdruck und der chirale Alkohol 125 wurde enantiomerenrein erhalten (Nachweis über chirale GC).
Schema 6–5: Synthese des chiralen Tetra(ethylenglycol)alkohols 125. | ||
Die chirale Seitenkette 125 wurde mit 3,5-Dinitrobenzoesäure 131 mit dem Kupplungsreagenz N,N’-Diisopropylcarbodiimid und 4-(Dimethylamino)pyridinium-4-toluolsulfonat (DPTS)[34] als Katalysator zu 13 2 verestert (Schema 6–6). Der Kupplungsschritt verlief unter vollständiger Retention der Konfiguration wie mit chiraler HPLC nachgewiesen wurde. Der chirale Ester 132 konnte in Ausbeuten oberhalb von 85% dargestellt werden.
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Schema 6–6: Synthese des chiralen 3,5-Dinitrobenzoesäureesters 132. | ||
Die beiden Nitrogruppen wurden mit Pd/C bei 2 bar Wasserstoffdruck reduziert und das Phenylendiamin 133 in quantitativer Ausbeute erhalten (Schema 6–7). In einer Diazotierungsreaktion in salzsaurer Lösung mit NaNO2 gefolgt von der Zugabe von NaN3 wurde das Phenylendiamin 133 in den chiralen 3,5-Diazidobenzoesäureester 107 überführt.
Schema 6–7: Synthese des chiralen 3,5-Diazidobenzoesäureesters 107 über die Diazotierungsreaktion. | ||
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Der 3,5-Diethynylbenzoesäureester 108 wird ausgehend von 4-Aminobenzoesäureethylester 134 dargestellt (Schema 6–8). 134 wurde mit Iodchlorid auf beiden Seiten ortho zu der Aminogruppe zu 135 iodiert (Schema 6–8).[35] Es folgte die reduktive Desaminierung mit Isoamylnitrit zu 3,5-Diiodobenzoesäureethylester 136, basische Verseifung mit Natronlauge zu 3,5-Diiodobenzoesäure 137 [36] und die Überführung in den Ester 138 nach der Aktivierung mit Thionylchlorid.
Schema 6–8: Synthese des 3,5-Diiodobenzoesäureesters 138. | ||
In einer Sonogashira-Kreuzkupplung wurde 138 mit TIPS-Acetylen unter Palladium(0)-Katalyse zu 139 in 81% Ausbeute umgesetzt (Schema 6–9).
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Schema 6–9: Sonogashira-Kreuzkupplung mit TIPS-Acetylen zu Verbindung 139. | ||
An diesem wurde anschließend mit einem Äquivalent TBAF als Fluoridionendonor eine der beiden TIPS-Schutzgruppen abgespalten (Schema 6–10). Da die Entschützung einer statistischen Verteilung unterliegt, wurden neben dem Startmaterial der freie 3,5-Diethynylbenzoesäureester 140 in 30 – 50% Ausbeute isoliert, während das Produkt 108 in 30 – 34% Ausbeute erhalten werden konnte. Es zeigte sich, dass eine der beiden Acetylenfunktionalitäten der Verbindung 140 selektiv mit n-BuLi deprotoniert und mit TIPS-Cl geschützt werden kann. Über diesen Weg ist Verbindung 108 in 41% Ausbeute zugänglich.
Schema 6–10: Darstellung der Verbindung 108 über zwei Synthesewege. | ||
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Die Synthesen der beiden monogeschützen 2,6-Diethynylpyridin-Derivate 9 und 19 wurden bereits im Kapitel 4.2 bei der Synthese von BTP-Strukturen beschrieben.
Die Synthese der Pyridin-alt-Triazol-Oligomerenserie 106 (vgl. Abbildung 6–5) wird in dem separaten Kapitel 7 beschrieben, da sich die Darstellung von 109 oder ähnlicher 2,6-Diazidopyridin-Derivate als äußerst schwierig und bislang leider erfolglos herausstellte. Ebenso werden dort die Eignung hinsichtlich der Umsetzung in Klick-Reaktionen und die Eigenschaften der dargestellten Verbindungen diskutiert, die sich daraus ergeben.
Aufgrund der Vorteile des bidirektionalen Wachstums der Oligomersynthese gegenüber anderen Synthesewegen, wurde diese Methodik als Darstellungsmethode gewählt (Schema 6–3). Hierbei sollten unter Verwendung von Schutzgruppen lange Oligomerenstränge kontrolliert, in wenigen Syntheseschritten effizient dargestellt. Die Monomerbausteine verfügen über polare Seitenketten, die in den entsprechenden oligomeren Strukturen für eine gute Löslichkeit sorgen. Zudem kann so der solvophobe Effekt für die helikale Faltung genutzt werden. Der gezielte Einbau von chiralen Seitenketten in das Oligomerenrückgrat ermöglicht es, die CD-Spektroskopie als Nachweis- und Untersuchungsmethode der helikalen Faltung verwenden zu können.
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Zum Aufbau der Oligomerenstränge wurde der in Schema 6–3 dargestellte bidirektionale Synthesecyclus mit repetitiven Syntheseschritten verwendet. Dieser besteht aus sich abwechselnden Syntheseschritten von Klick-Reaktions-Kupplung und Protiodesilylierung mit TBAF.
Folgend ist zunächst die Darstellung von Oligomeren unterschiedlicher Länge der Oligomerserie 111 mit einem Oligomerenrückgrat bestehend aus Triazol-alt-Phenyl-alt-Triazol-alt-Pyridin beschrieben. Zunächst wurde das 2,6-Diethynylpyridin 19 (AA’-Monomer) mit dem Phenylbisazid 107 (B2-Monomer) in einem 1:1 Verhältnis in einer Klick-Kupplung umgesetzt (Schema 6–11). Hierbei wurden der zentrale Baustein 141 (A2’) und das monogeschützte Monomer 142 (A’B) in einem Syntheseschritt in Ausbeuten von 28 - 35% erhalten. Für die Klick-Reaktion wurde das Syntheseprotokoll bestehend aus CuSO4, Natriumascorbat und TBTA als Liganden verwendet (siehe Synthese der BTP-Verbindungen, Abschnitt 4.4.2). Der zentrale Baustein 141 (A2’) wurde durch Abspaltung der TIPS-Schutzgruppen für die folgende Klick-Reaktionen aktiviert (143, A2). Die höheren Oligomere wurden in Reaktionssequenzen bestehend aus der Klick-Reaktions-Kupplung des ungeschützten Kerns 143 mit dem Monomer 142 um acht heteroaromatische Wiederholungseinheiten pro Sequenz verlängert. Es folgte die Entschützung der Oligomerzwischenstufe 14 5 zu 14 4 und schließlich die Terminierung der beiden aktivierten Oligomerenden mit dem Arylmonoazid 112 zu den Oligomeren 146 und 147. Die Oligomere konnten in hohen Gesamtausbeuten von 90% und 86% erhalten werden, es stellte sich jedoch heraus, dass mit zunehmender Oligomerkettenlänge die Reaktion langsamer wurde und zum Teil mehrere Tage bis zu der Beendigung brauchte. Nicht erfolgreich war die Darstellung höherer homologer Oligomere wie die Umsetzung von 144 mit 142 unter Verwendung des beschriebenen Syntheseprotokolls.
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In Abbildung 6–6 ist das 1H-NMR-Spektrum des Oligomers 146 mit 9 aromatischen Ringen dargestellt. Die Triazolprotonen A erscheinen als zwei übereinandergelagerte Singuletts bei 7.77 ppm, das Proton B des Chiralitätszentrums der chiralen Seitenkette als Multiplett bei 5.50 ppm. Die Methylengruppen C der nicht-chiralen Oligoethylenglycol-Seitenketten geben zwei getrennte Tripletts bei 4.48 ppm und 4.39 ppm. Ein Dublett bei 1.45 ppm stammt von der Methylgruppe des chiralen Zentrums der chiralen Seitenkette. Die relativen Größen der Integrale und auch die chemische Verschiebung der anderen nicht diskutierten Signale stimmen sehr gut mit der dargestellten Struktur überein. Die mit Stern gekennzeichneten Signale sind dem noch in Spuren enthaltenen TBTA-Liganden zuzuordnen, der der Reaktion zugesetzt wurde.
Abbildung 6–6: 1H-NMR-Spektrum (CDCl3, 27 °C) des Oligomers 146 mit 9 aromatischen Ringen. | ||
Das 1H-NMR-Spektrum des längeren Oligomers 144 mit 13 aromatischen Ringen weist eine entsprechend starke Ähnlichkeit zu dem 1H-NMR-Spektrum des Oligomers 146 auf, ist jedoch komplexer aufgebaut (Abbildung 6–7). Viele Signalsätze haben die gleiche chemische Verschiebung und überlagern sich zu Multipletts. Auch anhand dieses 1H-NMR-Spektrums ist die hohe Reinheit des Oligomers zu erkennen (lediglich Schlifffett ist enthalten und mit einem Stern gekennzeichnet). Dennoch sind die Signale für ein Makromolekül dieser Größe beachtlich gut aufgelöst und scharf.
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Abbildung 6–7: 1H-NMR-Spektrum (CDCl3, 27 °C) des Oligomers 144 mit 13 aromatischen Ringen. | ||
Während dessen treten im 1H-NMR-Spektrum des terminierten längeren Oligomers 147 mit 17 aromatischen Ringen breite, nicht auflösbare Signale auf, die auf eine starke Aggregation hinweisen, die bei den für die 1H-NMR-Spektroskopie benötigten hohen Konzentrationen im Millimolbereich (relativ zu den im Mikromolbereich bei opto-spektroskopischen Methoden benötigten Konzentrationen) auftritt. Daher ist eine Aussage über die Reinheit des Oligomers 147 nicht anhand des 1H-NMR-Spektrums jedoch mit Hilfe der in Abbildung 6–8 dargestellten GPC-Analyse möglich.
Abbildung 6–8: GPC-Analyse des Klickamers 147 mit 17 aromatischen Ringen (THF, 27 °C, Standard: 2,6-Di-tert-butyl-4-methoxyphenol). | ||
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Obwohl sich das Syntheseprotokoll als universell anwendbar für die Darstellung verschiedenster BTP-Verbindungen erwiesen hatte und die Synthese der Ziel-Oligomere 146 und 147 damit in guten Ausbeuten gelang, wurden aber auch Einschränkungen dieser Synthese deutlich. Dies sind vor allem die langen Reaktionszeiten von bis zu mehreren Tagen. Zudem gelang die Synthese von längeren Oligomeren mit mehr als 17 aromatischen Ringen nicht und auch die Abtrennung des TBTA-Liganden war sehr aufwendig (und gelang bei der Synthese der Oligomerenserien 104 und 105 nicht mehr).
Vor diesem Hintergrund wurde für die Synthese der Oligomerserien 104 und 105 ein anderes Syntheseprotokoll mit leicht abtrennbaren Liganden entwickelt.
Es ist anzunehmen, dass das 2-Phasengemisch aus tert BuOH/H2O/CH2Cl2 sich bremsend auf den Reaktionsverlauf auswirken kann, da es möglicherweise zu einer Separation der Reaktionspartner untereinander oder von dem Katalysator führen könnte. Die Durchführung der Klick-Reaktion in wasserfreiem THF oder Acetonitril mit den Kupfer(I)-Quellen CuI, CuBr oder Cu(CH3CN)4PF6 (CuSO4 ist in den genannten Lösungsmitteln unlöslich) in Kombination mit den Liganden DIPEA, N,N,N’,N’-Tetramethylethylendiamin (tmeda) oder N,N’-Dimethylethylendiamin (dmen) als Liganden, führten zu der Bildung von schwer abtrennbaren Nebenprodukten und konnten nicht mit den folgend beschriebenen Resultaten der Reaktionsdurchführung in wässrigen Medien konkurrieren.
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Anstelle des 2-Phasengemischs wurden wässrige Mischungen von DMF, CH3CN und THF getestet. In wässrigem DMF (variierender Zusammensetzung) kam es zum Ausfallen der Reaktionskomponenten. Wässriges CH3CN zeigte gute Ergebnisse, jedoch lösten sich die längeren Oligomere nicht mehr. Die besten Resultate zeigten die Reaktionen in Wasser - THF-Mischungen (THF/H2O 8/2 bis 9/1), die alle Reaktionskomponenten vollständig zu lösen vermochten und eine schnelle Beendigung der Reaktion in Abhängigkeit von dem verwendeten Liganden ermöglichten.
Statt TBTA wurden andere Liganden auf ihre reaktionsbeschleunigende Wirkung bei der Oligomerensynthese getestet. Hauptaugenmerk lag bei der Verwendung von wasserlöslichen Liganden, die zum einen durch wässrige Aufarbeitung leicht entfernt werden können, zum anderen die Reaktionsführung in wässrigen Medien mit CuSO4 und Natriumascorbat erlauben (letztere sind nur in wässrigen Medien löslich). Die Verwendung von DIPEA und N,N,N’,N’-Tetramethylethylendiamin (tmeda) in der Klick-Reaktion zeigte keine vorteilhafte Wirkung.
Dinatrium-Bathophenanthrolindisulfonat,[37] ein von Finn verwendeter Ligand, um über die Klick-Reaktion biologisch aktive Moleküle an den Mosaik-Virus anzuknüpfen, zeigte eine reaktionsbeschleunigende Wirkung bei der Synthese kürzerer Oligomerer. Die Klickamere 118 und 148 mit 9 aromatischen Ringen konnten in mäßiger bis guter Ausbeute mit Hilfe des Bathophenanthrolindisulfonat-Liganden in wässrigem Acetonitril als Reaktionsmedium dargestellt werden. Bei der Reaktion zu höheren Oligomeren kam es jedoch zu der Bildung von schwer abtrennbaren Nebenprodukten.
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Aufgrund der Unlöslichkeit der höheren oligomeren Zwischenstufen in diesem Lösungsmittelgemisch wurde die Reaktion dann in wässrigem THF mit N,N’-Dimethylethylendiamin (dmen) als Liganden durchgeführt. Die Reaktionszeit konnte auf 8 Stunden verringert werden. Die reaktionsbeschleunigende Wirkung des dmen-Liganden war so stark, dass vor dessen Zugabe zu der Reaktionslösung auf 0 °C gekühlt werden musste, da die stark exotherme Reaktion sonst zu einer teilweisen Zersetzung der Startmaterialien führte. Die Oligomerzwischenstufen konnten in mäßiger bis guter Ausbeute dargestellt werden, die längeren Klickamere 110 und 149 mit 17 aromatischen Ringen in moderater Ausbeute von 36% bzw. 42%. Es wurde wieder der in Schema 6–12 dargestellte Reaktionscyclus verwendet. Da Nebenprodukte in nur vernachlässigbaren Mengen isoliert werden konnten und daher nicht die verringerte Ausbeute begründen, ist anzunehmen, dass einige der Esterfunktionalitäten der Oligomere während der Reaktion verseift wurden. Die Verseifungs-Produkte sind so gut wasserlöslich, dass sie während der wässrigen Aufarbeitung zum Entfernen der Kupferionen mit EDTA-Lösung in der wässrigen Phase verblieben und sich daher einer näheren Charaktertisierung entzogen. Auch mit den veränderten Reaktionsprotokollen konnten keine höheren Homologe als die 17mere 110 und 149 dargestellt werden.
Die gegenüber der Oligomerenserie 111 geringere Stabilität der Oligomerenserien 104 und 105 bedingt durch eine beispielsweise höhere Anfälligkeit der Verseifung einer Esterfunktionalität macht sich nicht nur in den geringeren Ausbeuten der Klick-Reaktion, sondern auch bei der TBAF-Entschützung bemerkbar. Um die eventuell eintretende Verseifungsreaktion zu unterbinden, wurde die Klick-Reaktion zu Klickamer 116 in einem auf pH-Wert 7.5 gepufferten wässrigen System unter ansonsten gleichen Reaktionsbedingungen durchgeführt. Jedoch verlief die Klick-Reaktion unter diesen Bedingungen sehr langsam (2 Tage) und nicht vollständig bis zu dem zweifachgekuppelten Produkt 116, so dass unklar bleibt, ob die Verseifung der Esterfunktionalitäten der Seitenketten verantwortlich ist für die niedrigere Ausbeute.
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Die Ziel-Klickamere sowie Oligomerzwischenstufen beider Serien 104 und 105 wurden in hoher Reinheit isoliert, wie mit NMR- und GPC-Messungen nachgewiesen wurde. Die übereinandergelegten GPC-Messungen sind in Abbildung 6–9 dargestellt.
Abbildung 6–9: Übereinandergelagerte GPC-Spektren (DMF, 70 °C, Standard: 2,6-Di-tert-butyl-4-methoxyphenol, RI-Detektion) der beiden Oligomerserien 104 und 105. | ||
Sie belegen die hohe Reinheit der Klickamere und zudem veranschaulicht die Abfolge der Signale im GPC-Spektrum die steigende Molmasse der Oligomere, die bei der Oligomerenserie 104 von 148 über 15 4, 15 3 zu 149 zunimmt bzw. bei der Oligomerenserie 105 von 118 über 11 7, 11 6 zu 110.
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Da die Synthese des 2,6-Pyridinbisazids 109 wie bereits im Kapitel 6.2.1 geschildert, nicht gelang, und sich die Darstellung ähnlicher Derivate als sehr schwierig herausstellte, ist deren Synthese und die Umsetzung in Klick-Reaktionen in einem separaten Kapitel 7 beschrieben.
Begleitend zu den spektroskopischen Untersuchungen der Oligomerenserien mit dem Rückgrat 104 und 105 wurden Kraftfeld-Rechnungen durchgeführt.
In Zusammenarbeit mit Matthias Wohlgemut h der Arbeitsgruppe Bonačić-Koutecký der Humboldt-Universität zu Berlin wurden Kraftfeld-Rechnungen durchgeführt, um das helikale Faltungsverhalten abschätzen zu können und einen Einblick in die Strukturen der helikalen Architekturen zu erhalten. Die relative Stabilität der helikalen Faltung der Oligomere wurde in Abhängigkeit von dem Oligomerenrückgrat sowie der Oligomerenlänge ermittelt. Schwerpunkt der Berechnung war die Studie, ob und inwieweit sich die Rigidität des Oligomerrückgrats 105, in den die präorganisierten BTP-Strukturen implementiert werden, im Vergleich zu dem flexiblen Oligomerenrückgrat 104 auf das helikale Faltungsverhalten auswirkt. Um die makromolekularen Strukturen mit vertretbarem Rechenaufwand beschreiben zu können, wurden die Parameter kleinerer Modellverbindungen quantenmechanisch mittels DFT optimiert, eine Schwingungsanalyse mittels DFT durchgeführt und diese Daten für die Optimierung des Kraftfelds genutzt. Die auf diese Weise optimierte Zielfunktion wurde verwendet, um die Oligomer-Strukturen mit den Rückgraten 104 und 105 in einem OPLS-AA Kraftfeld molekular-mechanisch zu ermitteln und die Energie in Abhängigkeit von der Länge der Oligomere in der gefalteten und entfalteten Form zu berechnen.
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Kraftfelder stellen einen rein klassisch-mechanischen Ansatz zur Berechnung von Molekülenergien dar. Unter Vernachlässigung der elektronischen Energie wird die Gesamtenergie (VMM) als Summe von Energiebeiträgen für innere Freiheitsgrade wie Bindungsstreckung (Vstr), Winkelbiegung (Vbend) und Torsion (Vtors), sowie für nichtbindende Anteile wie Ladungswechselwirkung (Vcc) und Van-der-Waals-Wechselwirkung (VVdw) erhalten:
Die Wechselwirkungen molekularer Systeme mit Lösungsmitteln haben einen großen Einfluss auf deren Energie. Diese sogenannten Lösungsmitteleffekte können im Rahmen der Kraftfeldmethoden durch eine explizite Einbeziehung von Lösungsmittelmolekülen erreicht werden, was jedoch rechnerisch aufwendig ist. Alternativ kann das Lösungsmittel als Kontinuum aufgefasst werden, in dem das solvatisierte Molekül eine Kavität erzeugt. Das Kontinuum wirkt nun mit einer konstanten Kraft (Kavitätspotential), die durch die lösungsmittelspezifische Dielektrizitätskonstante ε bestimmt wird, auf diese Kavität und erhöht dadurch die Energie des Moleküls. Die Kavität, die durch das Molekül erzeugt wird, kann als homogen geladene Kugel mit einer Ladungsdichte ρ(r) betrachtet werden. Das Kavitätspotential (Vcav) geht als energieanhebender Teil mit in die Gesamtenergie (VMM) ein. Dem entgegen, also energieabsenkend, wirkt die von der Größe der Kavität unabhängige Bornpolarisierung (Vpol). Sie beschreibt die Solvatationsenergie, die durch die Polarisierung der Elektronenwolke des gelösten Moleküls frei wird. Beide konträr wirkenden Kräfte fließen in die Gesamtenergie des Moleküls ein, so dass sich letztlich folgender Term ergibt:
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Schwache intermolekulare Wechselwirkungen wie Wasserstoff-Brückenbindungen oder Dipol-Dipol-Wechselwirkungen bleiben allerdings im Rahmen dieser Theorie unbetrachtet.
Für die Beschreibung eines Moleküls mittels Kraftfeldern ist die Delokalisierung von Elektronen äußerst wichtig. Um inkonsistenter Parametrisierung vorzubeugen, muss überprüft werden, inwieweit Elektronen eines Systems delokalisiert sind. Herges et al. haben die sogenannte AICD (anisotropic induced current density)-Methode entwickelt, mit der es möglich ist, die Delokalisierung von Elektronen in einem Molekül theoretisch zu bestimmen.[38,39] Trifft ein Magnetfeld auf bewegte Ladungen, so wird dem einstrahlenden Magnetfeld ein entgegengesetztes magnetisches Moment induziert. Dies wird beispielsweise bei der Durchführung von NMR-Experimenten an aromatischen Molekülen beobachtet, in denen es durch das induzierte Magnetfeld zu einer Tieffeldverschiebung des NMR-Signals kommt. Durch die von Herges entwickelte Methode können delokalisierte von lokalisierten Elektronen unterschieden werden und durch die Anisotropiefläche sichtbar gemacht werden.
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Um den Grad der Delokalisierung der π-Elektronen der vorliegenden Oligomersysteme zu bestimmen, wurde eine AICD Rechnung für das 3mer (15 5) der Klickamerserie 104 durchgeführt (Abbildung 6–10). Mittels DFT wurde die Struktur des 3mers optimiert und anschließend durch NMR Berechnungen die induzierte Stromdichte berechnet.[40] Im Ergebnis ist zu erkennen, dass die Feldvektoren des induzierten magnetischen Moments und die Anisotropiefläche, also die Flächen der delokalisierten Elektronen, über das gesamte Molekül verteilt sind. Hieraus lässt sich zumindest aus theoretischer Sicht schließen, dass die π-Elektronen komplett delokalisiert sind, keine Kreuzkonjugation zwischen den Ringen vorliegt und alle Atome ihren Hybridisierungszustand beibehalten. Anhand der Ergebnisse des Models 15 5 lässt sich folgern, dass auch die längeren Oligomerstränge eine aromatische Konjugation aufweisen.
Abbildung 6–10: AICD Berechnung des 3mers 155 der Oligomerenserie 104. Isofläche (links) und Isofläche mit Feldvektoren (rechts). | ||
Zur Beschreibung der Struktur der Oligomerenserien wurde von dem sogenannten OPLS-AA (Optimized Potential for Liquid Simulations for All Atoms)-Kraftfeld ausgegangen.[41-43] Es bietet einen großen Satz an vorparametrisierten Atomen und Atomtypen und wurde bereits erfolgreich für ähnliche Anwendungen eingesetzt.[44]
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Auf Grund fehlender bzw. unzureichender Parametrisierung des zu beschreibenden Systems (so existieren z.B. keine publizierten Kraftkonstanten für 1,2,3-Triazol) wurden, wie eingangs beschrieben, weitere individuelle Parameter anhand der Struktur des 3mers 155 quantenmechanisch mittels DFT berechnet und für die Optimierung des Kraftfeldes genutzt.
Die Strukturen verschiedener Oligomere der beiden Oligomerserien 104 und 105 wurden mittels des durch die oben ermittelten Parameter modizierten OPLS-AA Kraftfelds molekular-mechanisch optimiert und anschließend die Energie in Abhängigkeit von der Länge der Oligomere (Anzahl der Ringe) berechnet. Um den Rechenaufwand in Grenzen zu halten, wurden keine Seitenketten in der Rechnung berücksichtigt. Zur Simulation des Lösungsmittels wurde ein Kontinuummodell mit der Dielektrizitätskonstante für Wasser angewendet.
In Abbildung 6–11 sind links die Energien der Oligomere der Oligomerenserie 104 und rechts die der Oligomerenserie 10 5 (Berechnung ohne Seitenketten) in helikal gefalteter Form in Abhängigkeit von der Oligomerenlänge aufgetragen und außerdem in die Einzelkomponenten (Bindungsstreckung, Winkelbiegung etc.) aufgetrennt. Beiden Systemen ist gemeinsam, dass die Gesamtenergie zunächst linear ansteigt und hauptsächlich durch die strukturellen Energiebeiträge (Bindungsstreckung, Winkelbiegung und Torsion) gespeist werden.
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Abbildung 6–11: Energie der gefalteten Oligomere als Funktion der Oligomerenlänge. A) der Oligomerserie 104; B) der Oligomerenserie 105. Darunter die Oligomerenstrukturen vom 3mer bis zum 9mer. | ||
Zu beachten ist allerdings das starke Abknicken der Energiekurve beider Oligomerserien bei Erreichen der Oligomerenlänge von 7 Ringen (7mer), das allein durch die Van-der-Waals-Wechselwirkung hervorgerufen wird. Zu erklären ist der starke Anstieg dieser attraktiven Wechselwirkung mit der Helixfaltung. Ab dem 7mer ist nahezu eine Helixwindung ausgebildet, so dass sich die Atome ausreichend nahe kommen können und es zu einer ersten Wechselwirkung kommt. Dies führt dazu, dass die Energie der attraktiven Van-der-Waals-Wechselwirkung und damit die Gesamtenergie sinken. Diese intramolekulare Wechselwirkung ist anhand der 7mere 15 6 und 15 8 und 9mere 15 7 und 15 9 der beiden Oligomerenserien 104 (links) und 105 (rechts) dargestellt. Bei den 9meren ist bereits eine Helixwindung ausgebildet.
Abbildung 6–12: Optimierte Strukturen der Oligomerenserien 104 (links) und 105 (rechts). Bei den 7meren 15 6 und 15 8 ist eine beginnende Überlappung zu erkennen während bei den 9meren 15 7 und 15 9 bereits eine Helixwindung vorliegt. | ||
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Um zu zeigen, dass die Faltung in die helikale Konformation wirklich das stabilisierende Kriterium ist, wurden zusätzlich die entfalteten Strukturen der Oligomerenserie 104 optimiert und ihre Energie berechnet. Wie Abbildung 6–13 deutlich zeigt, bleibt die stabilisierende Wirkung der Van-der-Waals-Wechselwirkung aus.
Abbildung 6–13: Energie der Oligomere der entfalteten Oligomerserie 104 als Funktion der Länge. | ||
Die Gesamtenergie steigt linear mit der Länge bzw. mit der Anzahl der Ringe an. Es wirkt ausschließlich der repulsive Van-der-Waals Term der relativ nahen Wasserstoffatome der Triazol- und der Phenylringe.
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Abbildung 6–14 zeigt den Einfluss des simulierten Solvens Wasser im Kontinuummodell auf die Energie der gefalteten Oligomere der Oligomerenserie 104. Ab 7 Monomereinheiten ist eine zunehmende Stabilität der helikalen gegenüber der entfalteten Konformation zu erkennen, was auf die beginnende intramolekulare Wechselwirkung zurückzuführen ist. Zudem kommt es unter Einfluss des Lösungsmittels simuliert durch das Kontinuummodell zu einer signifikanten Absenkung der Energie ab 7 Monomereinheiten, sowohl für die gefaltete als auch die entfaltete Konformation.
Abbildung 6–14: Gesamtenergie der Oligomere der Serie 104 in entfalteter und helikaler Konformation mit und ohne Kontinuummodell. | ||
In Abbildung 6–15 ist die Abhängigkeit der Energie der helikal gefalteten Oligomere der beiden Oligomerenserien 104 und 105 von deren Länge in der Gasphase sowie unter Einfluss des Kontinuummodells aufgetragen. In der Gasphase wird die energetische Begünstigung der helikalen Faltung der Pyridinserie gegenüber der Phenylserie deutlich. Beispielsweise ist die Helixstruktur des Klickamers der Oligomerenserie 105 mit 17 aromatischen Ringen um 3,1 kcal/mol stabiler als die des 17mers der Oligomerenserie 104. Unter Einfluss des Kontinuummodells kehrt sich die Reihenfolge jedoch um. Hier wird die Helixbildung der Phenylserie gegenüber der Pyridinserie energetisch stärker stabilisiert, das Klickamer der Oligomerenserie 104 mit 17 aromatischen Ringen ist unter Einfluss des simulierten Lösungsmittels Wasser um 2,6 kcal/mol stabiler als das 17mer der Oligomerenserie 105.
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Dieser Effekt lässt sich auf die Dimensionen der beiden Oligomerenserien zurückführen. Das 17mer 149 der Oligomerserie 104 besitzt einen berechneten Innendurchmesser von 7,43 Å und eine Ganghöhe von 3,32 Å. Das 17mer 1 10 der Oligomerenserie 105 hingegen einen Innendurchmesser von 6,23 Å und einer Ganghöhe von 3,64 Å. Der geringere Helixdurchmesser des Oligomers 110 resultiert aus den unterschiedlich großen Bindungswinkeln der Triazol-Phenyl- bzw. Triazol-Pyridin-Einheiten (vgl. Abbildung 6–16, oben). Dieser ist bei dem Oligomer 110 mit der Triazol-Pyridin-Einheit um 3° kleiner. Weiterhin wirkt sich die intramolekulare Dipol-Dipol-Wechselwirkung der gestapelten (Hetero)aromaten auf das Stapelungsverhalten und damit den Helixdurchmesser aus.
Mit einem um 1,2 Å größeren Durchmesser und einer nur um 0,32 Å geringeren Höhe, erzeugen die Oligomere der Serie 104 eine größere Kavität der Solvathülle als die Oligomere der Pyridinserie (vgl. Abbildung 6–16). Da der Durchmesser (bzw. Radius) der Kavität reziprok in das Kavitätspotential Vcav eingeht, wird der Term der Kavität mit zunehmendem Helixdurchmesser kleiner und damit auch die Gesamtenergie. Hieraus folgt, dass das Kontinuummodell stärker stabilisierend auf die Oligomere der Phenylserie wirkt, als auf die Oligomere der Pyridinserie.
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Abschließend lässt sich zusammenfassen, dass auf Basis des optimierten Kraftfelds berechnet wurde, dass die helikalen Strukturen der Oligomere der Phenyl- und Pyridinserie ab einer Oligomerenlänge von 7 Ringen gegenüber den linearen Konformationen bevorzugt ausgebildet werden sollten. Als stabilitätsbestimmendes Kriterium konnte die van-der-Waals-Wechselwirkung identifiziert werden, die im Gleichgewichtsabstand der Helixwindungen zu einer attraktiven Wechselwirkung führt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass die Wechselwirkung mit Wasser – simuliert im Kontinuummodell – zu einer Stabilisierung führt und dabei die Oligomere der Phenylserie stärker stabilisiert werden als die der Pyridinserie, was mathematisch auf die Größe der erzeugten Kavität zurückzuführen ist. Letzteres Ergebnis widerspricht den ursprünglichen Erwartungen zur Stabilität der Helixausbildung, wonach die Oligomeren der Serie 105 mit den implementierten BTP-Strukturen aufgrund ihrer größeren Rigidität eine stärkere Tendenz der helikalen Faltung aufweisen sollten.
Potentielle Ungenauigkeiten der Kraftfeldrechnung können vor allem darauf zurückgeführt werden, dass unklar bleibt, mit welcher Gewichtung die Rigidität des Foldamerrückgrats 105 (bzw. 111) in die Rechnung eingeht und inwieweit sich die intramolekulare π-π-Wechselwirkung in dem Term der van-der-Waals-Wechselwirkung niederschlägt. Trotzdem lassen sich durch diese Rechnungen erste Aussagen zur Strukturbildung der Klickamere treffen.
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Das helikale Faltungsverhalten der drei Oligomerenserien 104, 105 und 111 wurde anhand der Oligomeren mit 9 aromatischen Ringen (9mer) und mit 17 aromatischen Ringen (17mer) untersucht. In Abbildung 6–17 sind die berechneten Strukturen der 9mere und 17mere (ohne Seitenketten) mit unterschiedlich rigidem Rückgrat als raumausfüllende Modelle dargestellt. Links (A) sind die Klickamere 118 und 110 der Oligomerenserie 105 mit dem Phenyl-alt-Triazol-alt-Pyridin-alt-Triazol-Rückgrat in der Seiten- und Aufsicht abgebildet und rechts (B) sind die Klickamere 1 48 und 149 der Oligomerenserie 104 mit dem Phenyl-alt-Triazol-Rückgrat dargestellt. Ohne auf die strukturellen Parameter einzugehen, die beireits in Zusammenhang mit Abbildung 6–16 erwähnt wurden, ist anhand der raumausfüllenden Modelle gut zu erkennen, dass die unterschiedlichen Innendurchmesser der Helices eine andere Packung der aromatischen Ringe innerhalb der Helix zur Folge haben. Dies wiederum wird sich auf die π- π- Wechselwirkung der gestapelten Ringe und damit auf die Stabilität der helikalen Faltung auswirken.
Abbildung 6–17: A) Oligomerenserie 105 mit Phenyl-alt-Triazol-alt-Pyridin-alt-Triazol-Rückgrat; B) Oligomerenserie 104 mit Phenyl-alt-Triazol-Rückgrat; oben: Seitenansicht 9mere, mittig: Seitenansicht 17mere; unten: Aufsicht 17mere (optimierte Modelle in der Gasphase, vgl. Abschnitt 6.3.2). | ||
Als Untersuchungstechniken für das helikale Faltungsverhalten wurden die Circulardichroismus-(CD)-Spektroskopie, UV/vis-Absorptions- und Fluoreszenz-Spektroskopie sowie teilweise die dynamische Lichtstreuung (DLS) verwendet. Im Folgenden werden die Ergebnisse der spektroskopischen Untersuchung der 17mere beschrieben.
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Die UV/vis-Absorptionsspektren der drei Oligomere 149, 110 und 147 in wässrigem Acetonitril sind in Abbildung 6–18 dargestellt. Das helikale Faltungsverhalten wurde in Acetonitril und Acetontril-Wassermischungen mit steigendem Wasseranteil bei einer Konzentration von 8 · 10-6 mol/L für 110 und 149 sowie 5 · 10-6 mol/L für 147 vermessen. Um die solvophobe Triebkraft für die Faltung in eine helikale Konformation zu verstärken, wurde der Wasseranteil im Acetonitril und dadurch die Polarität des Lösungsmittels schrittweise erhöht. In den linken Auftragungen ist die UV/vis-Kurve der maximalen Intensität auf den Wert 1 gesetzt, in der rechten Auftragung sind alle Kurven auf den Wert 1 normiert. Die Absorptionsspektren der beiden Oligomere 110 und 147 gleichen einander recht stark in der Lage der Absorptionsmaxima sowie dem Kurvenverlauf. Sie besitzen ein lokales Maximum bei 327 nm bzw. 306 nm sowie ein absolutes Maximum bei 215 nm bzw. 230 nm. Außerdem befindet sich im Bereich von 265 nm eine von dem Kurvenverlauf abweichende Absorptionsstufe. Die Absorptionskurven des Oligomers 149 besitzen eine andere Kurvenform. Sie haben ein (angedeutetes) lokales Maximum bei 325 nm und ein breites absolutes Maximum bei etwa 235 nm.
Allen drei Serien ist ein mit steigendem Wasseranteil zu beobachtender hypochromer Effekt[24] gemeinsam, wie er durch Stapelung von aromatischen Ringen wie beispielsweise in helikalen Konformationen hervorgerufen wird. Wie die Einschübe der linken Auftragungen zeigen, setzt die Intensitätsabnahme deutlich erst ab einem Wasseranteil von 60 Vol% in Acetonitril ein.
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Rechts sind die auf den Wert 1 normierten Absorptionskurven aufgetragen, die die mit steigendem Wasseranteil einsetzende hypsochrome Bandenverschiebung veranschaulichen. Um diesen Trend zu verdeutlichen, sind hierzu die Wellenlängen bei der Absorptionsintensität 1 (bei dem Klickamer 110 der Intensität von 0.45) gegen den zunehmenden Wasseranteil im Acetonitril aufgetragen. In Übereinstimmung mit dem hypochromen Effekt setzt die hypsochrome Bandenverschiebung ausgeprägt erst ab einem Wasseranteil von 60 Vol% ein.
In Übereinstimmung mit den nachfolgend beschriebenen CD- und Fluoreszenz-Spektren sprechen die hypochrome und hypsochrome Bandenverschiebung der UV/vis-Kurven für die Population einer helikalen Konformation vorangetrieben durch den solvophoben Effekt. Der Verlauf der Auftragungen der abnehmenden Absorptionsintensitäten deutet darauf hin, dass die maximale Population der helikalen Konformation erst bei einem noch höheren Wasseranteil im Lösungsmittel erreicht werden wird. Das helikale Faltungsverhalten in wässrigem Acetonitril mit einem Wassergehalt oberhalb von 80 Vol% kann jedoch nicht für einen Vergleich herangezogen werden, da die UV/vis- und die folgend beschriebenen CD-Kurven in ihren Intensitäten stark schwanken (Ab- und Zunahme). Es liegt daher nahe, dass hier kein reines Helix-Knäuel-Gleichgewicht mehr vorliegt, sondern Aggregationsprozesse eine wesentliche Rolle spielen. Diese überragen den Effekt der Helixausbildung und machen einen sinnvollen Vergleich der Messergebnisse unmöglich.
Die CD-Spektren der drei Klickamere 110, 147 und 149 sind in Abbildung 6–19 dargestellt. In reinem Acetonitril ist nur bei dem Foldamer 149 mit dem Phenyl-alt-Triazol-Rückgrat ein deutliches CD-Signal zu beobachten, das auf die Population einer helikalen Konformation mit einem Überschuss einer Händigkeit hinweist. Durch das Erhöhen des Wasseranteils im Lösungsmittel wurde bei allen drei Oligomeren im Bereich der Absorptionsbanden ein starker induzierter Cotton-Effekt im CD-Spektrum beobachtet, wobei der CD-Effekt mit steigender Lösungsmittelpolarität anwächst.[23,24] Die ausgeprägten CD-Signale deuten auf die Population einer helikalen Konformation mit Überschuss eines Helixdrehsinns als Folge des Chiralitätstransfers von den chiralen Seitenketten auf das Oligomerenrückgrat hin (chirale Anisotropiefaktoren bei 80 Vol% Wasser: g(149) = 0.0053 (324 nm); g(110) = 0.0073 (346 nm); g(147) = 0.0081 (328 nm)).[18] Den CD-Spektren aller drei Oligomeren ist die ausgeprägte positive Excitonenchiralität im Bereich von 250 – 300 nm mit einem Nulldurchgang bei 240 nm gemeinsam. Außerdem besitzen die CD-Kurven aller drei Oligomerserien bei der langwelligen Absorptionsbande im Bereich von 300 – 350 nm eine positive Excitonenchiralität, die in Abhängigkeit von der Struktur des Oligomers in unterschiedlichem Maße mit dem CD-Signal des positiven bisignanten Excitonencouplets der kurzwelligen Absorptionsbande überlagert ist. Dies wirkt sich auf die Lage der folgend diskutierten Maxima und Minima aus. Die beiden 17mere 110 und 147 mit dem (Pyridin-alt-Triazol-alt-Phenyl-alt-Triazol)-Rückgrat gleichen einander in der Form der CD-Kurven und auch der Lage der Maxima. Das Oligomer 110 besitzt zwei Maxima bei 258 nm und 346 nm und ein Minimum bei 225 nm. Das Oligomer 147 hat zwei Maxima bei 259 nm und 328 nm sowie ein Minimum bei 235 nm. Während das Klickamer 147 bei 293 nm ein lokales Minimum aufzeigt, verfügt das Oligomer 110 über einen Bereich geringster Intensität von etwa 300 nm bis 320 nm innerhalb dessen die CD-Intensität Null beträgt. Im Gegensatz dazu verfügt das Oligomer 149 mit dem flexiblen (Phenyl-alt-Triazol) Rückgrat über kein derartiges Minimum. Die Intensität der CD- Kurven steigt hier ab dem lokalen Maximum bei 324 nm stetig bis zum Maximum bei 281 nm an, fällt dann ab, hat bei 256 nm einen Nulldurchgang und bei 239 nm ein Minimum.
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Bei allen Oligomeren 110, 147 und 149 verlaufen die in Acetonitril-Wasser-Mischungen vermessenen CD-Kurven jeder Serie durch einen isodichroischen Punkt (149 bei 259 nm; 110 bei 243 nm; 147 bei 248 nm). Dies spricht bei allen drei Oligomeren für das Vorliegen eines Gleichgewichts zwischen nur zwei Spezies: dem ungeordneten Knäuel und einer kompakten helikalen Konformation mit definierter Struktur, die mit wachsender Lösungsmittelpolarität zunehmend populiert wird. Läge kein isodichroischer Punkt vor, so würde dies für die Existenz von mehr als zwei verschiedenen Oligomerkonformationen in Lösung sprechen. Nicht durch den isodichroischen Punkt verläuft die CD-Kurve des Oligomers 149 in reinem Acetonitril (und schwächer ausgeprägt die entsprechende des Oligomers 110). Dies deutet darauf hin, dass in Acetonitril eine helikale Konformation mit einer anderen Struktur vorliegt als in den Wasser-Acetonitril-Lösungsmittelgemischen. Die Wechselwirkung mit dem Wasser scheint die Struktur der Helix zu verändern. Dies kann zum Beispiel mit der Fähigkeit von Wasser begründet werden, Wasserstoffbrückenbindungen auszubilden. Eine derartige Wechselwirkung mit den Oligomeren kann eine Strukturänderung wie beispielsweise eine Winkelaufweitung oder eine Veränderung der Ganghöhe der gestapelten aromatischen Ringe zur Folge haben. Denkbar ist auch eine Einlagerung einzelner Wassermoleküle in das Helixinnere, verbunden mit einer Aufweitung des Helixradius oder einer Wechselwirkung mit den polaren Oligo(ethylenglycol)seitenketten einhergehend mit einer Umstrukturierung. Welche Art der Strukturänderung einritt oder über welche Art Wechselwirkung dies geschieht, lässt sich nicht anhand der CD-Kurven bzw. deren Verlaufs erkennen.
Mit Hilfe von Verdünnungsreihen wurde nachgewiesen, dass es sich bei den beobachteten Phänomenen tatsächlich um intramolekulare Effekte, also helikale Faltung, handelt und nicht um intermolekulare Aggregation (vide infra).
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Ein Vergleich der CD-Intensitäten der drei Serien ist nicht ohne weiteres möglich, da die Struktur der ausgebildeten Helices in Lösung von der Natur des Oligomerenrückgrats abhängt. Eine Veränderung der Helixstruktur (durch unterschiedliche Oligomerrückgrate) führt zu stark unterschiedlichen CD-Spektren (von unterschiedlicher Intensität), da die Excitonenkopplung (Davydov-Splitting) von dem Winkel zwischen den Übergangsdipolmomenten abhängt. Ein stark ausgeprägtes CD-Signal muß also nicht notwendigerweise bedeuten, dass ein besonders großer Anteil an helikaler Konformation mit Überschuss einer Helixhändigkeit vorliegt oder anders herum. Durchaus miteinander vergleichen lassen sich aber die Entwicklung von Intensitäten oder Bandenverschiebungen.
Interessant ist der Vergleich der Auftragungen der CD-Intensitäten (in mdeg) der drei Oligomeren bei steigendem Wasseranteil. Bei dem Oligomer 149 ist ein stufenartiger Anstieg der CD-Intensität zu beobachten, der ab einem Wasseranteil von 70 Vol% abflacht. Das Maximum der Population der helikalen Konformation in Acetonitil-Wasser scheint erreicht zu sein. Währenddessen ist bei den beiden Oligomeren 110 und 147 mit dem Pyridin-alt-Triazol-alt-Phenyl-alt-Triazol-Rückgrat ab einem Wasseranteil von 60 Vol% in Acetonitril ein sprunghaft steiler Anstieg der CD-Intensität zu beobachten. Dessen Extrapolation lässt erwarten, dass die helikale Konformation erst bei einem sehr viel höheren Wasseranteil maximal populiert ist. Wie bereits bei der Diskussion der UV/vis-Spektren beschrieben (vide supra), kommt es ab einem Wassergehalt oberhalb von 80 Vol% zu Aggregatbildung, die eine sinnvolle Untersuchung des helikalen Faltungsverhaltens unmöglich macht.
Die entsprechenden normalisierten Fluoreszenz-Spektren sind in Abbildung 6–20 dargestellt. Die unterste Darstellung der Fluoreszenz-Spektren des Oligomers 147 zeigt in guter Übereinstimmung mit dessen CD- und Absorptionskurven einen Verlauf, der für den Übergang in eine kompakte gefaltete Konformation spricht. In Acetonitril liegt eine scharfe monomerähnliche Emission bei 373 nm vor, die bei steigendem Wasseranteil im Lösungsmittel zu einer breiten, excimerenähnlichen Emission bei 409 nm übergeht, was charakteristisch für gestapelte Chromophore (in einer helikalen Konformation) ist. Einher geht die bathochrome Wellenlängenverschiebung. Die stark einsetzende Abnahme der Fluoreszenz-Intensität ab einem Wasseranteil von 60 Vol% sprechen in Übereinstimmung mit den CD- und UV/vis-Kurven für eine (vor allem ab diesem Wasseranteil) stark einsetzende Population einer kompakten helikalen Konformation.
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Eine so deutliche Aussage bezüglich der helikalen Faltung lässt sich anhand der Trends der Fluoreszenz-Spektren der beiden Oligomere 149 und 110 nicht treffen, beiden gemeinsam ist jedoch die bei einem Wasseranteil oberhalb von 60 Vol% einsetzende hypochrome Bandenverschiebung sowie starke Bandenverbreiterung, hindeutend auf das Vorliegen von gestapelten Chromophoren.
Die Fluoreszenz-Spektren der Oligomere 149 und 110 zeigen zum Teil gegensätzliche Entwicklungen der normalisierten Fluoreszenz-Intensität sowie Verschiebungen der Banden an. Bei dem Klickamer 149 (Abbildung 6–20, oberste Darstellung) nimmt die Intensität bis zu einem Wasseranteil von 60 Vol% zu und eine hypsochrome Bandenverschiebung ist zu beobachten. Einhergehend mit der dann einsetzenden Intensitätsabnahme ist eine bathochrome Bandenverschiebung zu verzeichnen.
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Diese Intensitätszunahme gefolgt von der Abnahme ist bei dem Klickamer 110 ebenfalls zu verzeichnen, allerdings kommt es hier zunächst zu einer bathochromen Bandenverschiebung gefolgt von einer hypsochromen Bandenverschiebung ab 60 Vol% Wasser.
Um die beobachteten Effekte eindeutig auf die Population einer helikalen kompakten Konformation, also intramolekularen Effekten zuweisen zu können und um intermolekulare Effekte durch Ausbildung von Aggregaten ausschließen zu können, wurde die Gültigkeit des Lambert-Beerschen Gesetztes anhand von Verdünnungsreihen überprüft. Die Verdünnungsreihen wurden bei einer Lösungsmittelpolarität durchgeführt, bei der auch ein deutlicher CD-Effekt zu beobachten ist.
In Abbildung 6–21 links sind die CD- und UV/vis-spektroskopischen Vermessungen des Oligomers 149 in einem Gemisch aus Acetonitril mit 60 Vol% Wasser dargestellt. Die Konzentration wurde beginnend bei 8 · 10-6 mol/L in Schritten von 1 · 10-6 mol/L verdünnt und die CD- bzw. UV/vis-Kurven von 200 - 400 nm aufgenommen. Alle Verdünnungskurven verlaufen durch einen isodichroischen Punkt bei 257 nm. Das Vorhandensein eines isodichroischen Punktes spricht für das Vorliegen von nur zwei Spezies, die miteinander im Gleichgewicht stehen. Würden beispielsweise bei hohen Konzentrationen neben der helikalen Konformation noch Aggregate bestehen, so würden diese bei der Verdünnung aufbrechen und dadurch kein isodichroischer Punkt mehr bestehen. Auf der rechten Seite sind die Auftragungen der Signal-Intensitäten bei angegebener Wellenlänge abgebildet. Mit nur kleineren (durch Messungenauigkeiten begründeten) Abweichungen ergeben sich deutlich lineare Zusammenhänge (linearer Regressionsfaktor > 0.999), so dass bei der Interpretation der obigen Spektren ohne Zweifel von einem rein intramolekularen Effekt ausgegangen und intermolekulare Aggregation ausgeschlossen werden kann.
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Ebenso verhält es sich bei der spektroskopischen Vermessung der Verdünnungsreihen des Oligomers 110 in Abbildung 6–22 in einem Lösungsmittelgemisch von Wasser/Acetonitril 8/2. Die Auftragungen der Signal-Intensitäten der CD- und UV/vis-Spektroskopie-Kurven ergeben einen linearen Zusammenhang mit nur kleineren Abweichungen. Auch in diesen Verdünnungsreihen liegen isodichroische Punkte bei 242 nm, 301 nm und 320 nm vor. Dieselbe Verdünnungsreihe in einem 7/3 Wasser-Acetonitril-Gemisch (nicht abgebildet) ergibt denselben linearen Zusammenhang.
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Auch die spektroskopischen Vermessungen der Verdünnungsreihen des Oligomers 147 in Acetonitril mit 60 Vol% Wasser zeigen denselben linearen Zusammenhang, der für das Vorliegen der helikalen Konformation spricht (Abbildung 6–23). Bei 248 nm liegt ein isodichroischer Punkt vor. Bei dem Oligomer 147 wurden weiterhin dynamische Licht-Streuungsexperimente durchgeführt, in denen – in Übereinstimmung mit den Resultaten der Verdünnungsreihen – keine Aggregate nachgewiesen wurden.
Mit Hilfe der Messungen der Verdünnungsreihen können für alle drei Oligomere 149, 110 und 147 intermolekulare Effekte wie Aggregatbildung ausgeschlossen werden. Die Ergebnisse der Verdünnungsexperimente stimmen sehr gut mit den oben beschriebenen Resultaten der CD-, UV/vis- sowie Fluoreszenz-Spektroskopie überein, die deutlich die Faltung in eine helikale Konformation belegen. Hierbei bleibt anzumerken, dass in allen drei Serien der solvophobe Effekt die ausschlaggebende Triebkraft der helikalen Faltung ist, die zu der vermehrten Population der helikalen Konformation mit Überschuss einer Händigkeit bei steigender Lösungsmittelpolarität führt.
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Das Oligomer 149, das im Gegensatz zu den beiden anderen Oligomeren in reinem Acetonitril deutlich eine Population der helikalen Konformation mit Überschuss einer Helixhändigkeit zeigt, lässt sich durch schrittweises Erhöhen des Anteils an denaturierendem Chloroform in Acetonitril vollkommen entfalten, wie mit CD-Messungen gezeigt wurde (Abbildung 6–24).
Abbildung 6–24: Mit steigendem CHCl3-Anteil in CH3CN kommt es zu einer Depopulation der helikalen Konformation des Oligomers 149 Phenyl (c = 8 · 10-6 mol/L, 25 °C). | ||
Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkung der konformationellen Restriktion – wie sie in den Oligomeren 110 und 147 vorliegt – auf das helikale Faltungsverhalten. Diese Klickamere verfügen in ihrem Oligomerrückgrat über alternierende Einheiten von Phenyl-alt-Triazol-alt-Pyridin-alt-Triazol-Ringen, die, wie es bei den BTP-Strukturen nachgewiesen wurde, eine eingeschränkte Rotationsfreiheit zur Folge haben. Hieraus bedingt sich eine gewisse Rigidität des Oligomerrückgrats. Wie in Abbildung 6–3 dargestellt, müssten die präorganisierten Strukturelemente des Oligomer-Rückgrats nur entlang vier m-Phenylen-„Scharniere“ gedreht werden, um zu einer helikalen Konformation zu gelangen. Der einhergehende Entropieverlust sollte dementsprechend geringer ausfallen als im Oligomer 149, in dem durch das flexiblere Phenyl-alt-Triazol-Oligomerrückgrat eine höhere Anzahl an Rotationsfreiheitsgraden vorliegt, die bei Ausbildung einer helikalen Konformation verloren gingens.
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Wenngleich ein direkter Vergleich der Intensitäten der CD-Kurven aufgrund der unterschiedlichen Oligomerrückgrate, die verschiedene helikale Strukturen zur Folge haben, nur sehr eingeschränkt möglich ist, so kann dennoch aus der Betrachtung der Messkurven ein Trend der Stabilität der helikalen Faltung abgelesen werden. Das Oligomer 149 mit 17 aromatischen Ringen weist bereits in reinem Acetonitril bei Raumtemperatur eine ausgeprägte helikale Faltung mit Überschuss einer Helixhändigkeit auf, wie die CD-Kurve anzeigt. Währenddessen ist bei den beiden anderen Oligomeren 110 und 147 mit dem Triazol-alt-Pyridin-alt-Rückgrat dieser CD-Effekt nicht zu beobachten bzw. er ist nur vernachlässigbar klein. Die Klickamere 110 und 147 mit rigideren Oligomerrückgraten zeigen kein stabileres helikales Faltungsverhalten als das 17mer 149; so wie es auch die Kraftfeldrechnungen vorhersagen (Abschnitt 6.3.3). Dies widerspricht unseren Erwartungen, nach denen aufgrund der Rigidität der Oligomerenrückgrate der Oligomere 110 und 147 eine besonders stabile helikale Faltung zu erwarten gewesen wäre.
Es zeigte sich, dass der solvophobe Effekt die bei dem Faltungsprozess der Oligomere dominierende Triebkraft ist, der alle anderen Wechselwirkungen und Kräfte untergeordnet sind. Dies wird bei der Betrachtung der CD- sowie UV/vis-Intensitäten in Abhängigkeit von dem Wasseranteil im Acetonitril deutlich. Bei allen drei Serien setzt die helikale Faltung deutlich erst ab einem Wassergehalt von über 40 Vol% ein, bei dem Oligomer 147 sogar erst deutlich ab 60 Vol%. Weiterhin zeigen alle drei Klickamere mit 17 aromatischen Ringen in unpolaren Lösungsmitteln wie CH2Cl2 und CHCl3 kein helikales Faltungsverhalten.
Das Oligomerrückgrat 105 bzw. 111 wirkt sich also aufgrund seiner Rigidität nicht nur positiv auf die Ausbildung von helikalen Konformationen aus, sondern die Rückgratstruktur scheint weitere Faktoren zu bedingen, die die helikale Konformation destabilisieren.
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Anhand der bisherigen Ergebnisse lassen sich hierfür nur Vermutungen anstellen, die mit Hilfe weiterer detaillierter Untersuchungen erst noch bewiesen werden müssen. Denkbar ist, dass es bei der Ausbildung einer helikalen Konformation des Oligomerenrückgrats 105 zu ungünstigen Stapelungen der Dipolmomente der Triazol- oder Pyridinringe kommt, die sich auf die Helix destabilisierend auswirken (vergleiche hierzu Abbildung 6–16). Zum anderen ist das Dipolmoment, das sich durch die Kombination der Triazol- mit den Pyridinringen ergibt, ein anderes als das, das der Kombination der Triazol- mit den Phenylringen entspringt. Je polarer das Oligomerrückgrat ist, desto geringer fällt die Amphiphilie des Rückgrats aus und desto weniger wird der solvophobe Effekt als Triebkraft für die Ausbildung der helikalen Strukturen wirken können. Diese fehlende Triebkraft führt schließlich dazu, dass in reinem Acetonitril ohne beigemischten Wasseranteil aufgrund der zu geringen Polarität eine helikale Faltung nicht beobachtet werden kann.
Wenn die letztgenannten Punkte mit der hohen Gewichtung zutreffen wie eben vermutet, dann sollte jedoch auch ein ausgeprägter Unterschied in dem Faltungsverhalten der beiden Oligomeren 110 und 1 47 feststellbar sein. Diese verfügen über Substituenten von entgegengesetztem elektronischen Charakter (elektronenschiebend vs. elektronenziehend). Ein signifikanter Unterschied der helikalen Faltung trat jedoch nicht zu Tage.
Letztlich bleibt festzuhalten, dass der solvophobe Effekt die entscheidende Triebkraft für die Einnahme einer helikalen Konformation der Oligomerenstränge dieser Länge zu sein scheint und andere stabilisierende oder destabilisierende Faktoren dieser Kraft untergeordnet sind. Bei wesentlich längeren Systemen scheint die π-π-Stapelwechselwirkung zu dominieren, was zu stabilen helikalen Konformationen selbst in unpolaren Lösungsmitteln führt (siehe Kapitel 8).
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Um weitere Einblicke in die helikale Faltung in Abhängigkeit von der Struktur des Oligomerenrückgrats zu erlangen, wurden temperaturabhängige Messungen bei verschiedenen Lösungsmittelzusammensetzungen mit den Oligomeren 110 und 149 durchgeführt. Diese beiden Oligomere unterscheiden sich nur in der Art des Oligomerenrückgrats voneinander (Pyridin vs. Phenyl, d.h. eingeschränkt rigide vs. flexibel) und besitzen ansonsten identische Seitengruppenfunktionalitäten. In Abbildung 6–25 (oben) ist das helikale Faltungsverhalten der beiden Oligomere 149 (links) und 110 (rechts) in einem Acetonitril-Wasser-Gemisch (60 Vol% Wasser) dargestellt.
Bei beiden Oligomeren nimmt die CD-Intensität mit steigender Temperatur ab, was auf die Depopulation der helikalen Struktur hindeutet, verbunden mit dem Übergang in eine ungeordnete Knäuel-Struktur. Das temperaturabhängige helikale Faltungsverhalten wurde in Lösungsmittelgemischen mit unterschiedlicher Polarität, d.h. Wasseranteil, untersucht. Der Wasseranteil in Acetonitril wurde schrittweise von 20 Vol%, über 40 Vol% und 60 Vol%, auf schließlich 70 Vol% erhöht. In Abbildung 6–25 (unten) sind die temperaturabhängigen CD-Intensitäten bei den genannten Lösungsmittelzusammensetzungen aufgetragen.
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Den Kurven ist ein mit steigender Temperatur exponentiell abfallender Kurvenverlauf gemeinsam, der ab einer Temperatur von etwa 75 °C flacher wird und das Ende der Depopulation der helikalen Konformation andeutet.13 Die Kurvenverläufe der Entfaltung der beiden Serien sind einander recht ähnlich, aufgrund der anfänglich höheren CD-Intensität des Oligomers 149 fallen die CD-Intensitäten mit steigender Temperatur etwas stärker ab. Mit steigendem Wasseranteil werden die Kurven zu höheren Elliptizitätswerten verschoben, d.h. höhere Anfangs- und Endelliptizitäten. Als einzige Ausnahme ist im Oligomer 149 der ab einer Temperatur von 40 °C steil abfallende Verlauf der CD-Intensität bei einem Wasseranteil von 70 Vol% in Acetonitril zu vermerken. Bis zu einer Temperatur von 40 °C liegt die CD-Intensität wie zu erwarten oberhalb der Messreihe mit 60 Vol% Wasser, dann jedoch sinkt die Intensität zum Teil deutlich darunter. Dieses Ergebnis ist insofern überraschend, als die helikale Faltung primär von dem solvophoben Effekt vorangetrieben wird und demnach zu erwarten wäre, dass die CD-Intensitäten umso höher liegen, je polarer das Lösungsmittel ist (in dem bisher diskutierten Bereich der Lösungsmittelzusammensetzung von max. 80 Vol% Wasser in Acetonitril). Die hohe Polarität des Lösungsmittels bedingt durch den hohen Wasseranteil in Verbindung mit der Temperatur von über 40 °C scheint einen in Konkurrenz zu der helikalen Faltung eintretenden Effekt, z.B. Aggregatbildung, zur Folge zu haben (vide infra).
Der durch die Temperatur hervorgerufene Prozess der Entfaltung ist vollständig reversibel, was für eine große Stabilität und Inertheit der Oligomersysteme spricht, die selbst Temperaturen von 85 °C in stark wässrigen Systemen überdauern.
Ein außergewöhnlicher Effekt ist mit steigender Temperatur bei einem Wasseranteil von 80 Vol% in Acetonitril zu beobachten (vgl. Abbildung 6–26). Bei dem Klickamer 110 sinkt wie zu erwarten zunächst die CD-Intensität mit steigender Temperatur, ab einer Temperatur von 45 °C zeigt sich jedoch sprunghaft ein vollständig anderer Kurvenverlauf mit einer anderen Kurvenform. Bereits die CD-Kurve der Temperatur von 45 °C durchläuft nicht mehr den isodichroischen Punkt der vorherigen Kurven bei 243 nm, indikativ für das Einsetzen eines anderen strukturellen Umorganisationsprozesses. Die Kurven oberhalb 45 °C „kippen“ in den stark negativen CD-Bereich, der Kurvenverlauf ist nicht mehr klar definiert und zudem schlecht aufgelöst. Der isodichroische Punkt bei 243 nm wird nicht mehr durchlaufen, stattdessen entsteht ein neuer bei 211 nm.
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Bei dem Oligomer 149 ist ebenfalls ein ähnlich sprunghaft auftretender Effekt ab einer Temperatur von 45 °C zu beobachten, die Kurve bei 45 °C durchläuft nicht mehr den isodichroischen Punkt bei 258 nm. Die Kurven des Temperaturbereichs von 55 °C bis 75 °C besitzen eine nur geringe Intensität und vollkommen andere Kurvenform.
Bei beiden Serien ist dieser sprunghafte Effekt ab 45 °C in seiner Tendenz reproduzierbar zu beobachten, die genauen Kurvenverläufe sind oberhalb dieser Temperatur jedoch nicht reproduzierbar. Nach Abkühlen unter 45 °C folgt die CD-Kurve wieder dem vorherigen Verlauf. Die mangelnde Reproduzierbarkeit, die sprunghafte Veränderung des Kurvenverlaufs, das Fehlen eines über den gesamten Temperaturberich bestehenden isodichroischen Punktes sowie der zum Teil stark verrauschte Kurvenverlauf sprechen nicht für das Vorliegen von wohldefinierten und isolierten helikalen Strukturen unter diesen Bedingungen, als vielmehr für dynamische Aggregationsprozesse diverser Konformere. Vorstellbar ist, dass die Oligomere bei diesem hohen Wasseranteil im Lösungsmittel schlecht solvatisiert werden und daher eine höhere Tendenz der Aggregatbildung zeigen (Minimierung der Wechselwirkung mit der Umgebung). Die erhöhte Temperatur vergrößert den Entropieterm in der Gibbschen Gleichung derart stark, dass die Freisetzung von Lösungsmittel als Folge der Aggregation entropisch begünstigt wird. Dieses Phänomen wurde vor kurzem bei Klick-Dendrimeren in der Arbeitsgruppe Hecht beobachtet.[45]
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Weder bei den Experimenten mit steigender oder sinkender Lösungsmittelpolarität noch bei den temperaturabhängigen Messungen wurden bei Auftragungen der Intensitäten sigmoidale Kurvenverläufe erhalten, bei denen die Kurven zu Beginn der Messreihe sanft ansteigen und zum Ende hin flach auslaufen. Ein solcher sigmoidaler Kurvenverlauf wäre eine charakteristische, typische Signatur eines kooperativen Faltungsprozesses, der einem Zweizustandsübergang, d.h. dem Übergang zwischen Knäuel und Helix (jeweils vollständig) entspricht. Zum einen konnte unter den möglichen Versuchbedingungen keine komplette (Ent)faltung erreicht werden und zum anderen wurde kein scharfer, d.h. sigmoidaler Übergang gefunden. Letzteres impliziert, dass die helikale Faltung in den untersuchten Oligomeren nur sehr gering kooperativ abläuft, wobei eine Quantifizierung experimentell leider nicht möglich ist.[46] Aus demselben Grund konnten thermodynamische Parameter wie die Helixstabilisierungsenergie ΔG leider nicht bestimmt werden.[2]
Die kürzeren Oligomere 148, 118 und 146 mit 9 aromatischen Ringen wurden ebenfalls mit Hilfe der CD-, UV/vis sowie Fluoreszenz-Spektroskopie unter den gleichen Bedingungen wie die längeren Klickamere mit 17 aromatischen Ringen vermessen. Es zeigte sich jedoch, dass eine helikale Faltung unter den zugänglichen Versuchsbedingungen mit Hilfe der optischen Spektroskopie nicht eindeutig nachgewiesen werden konnte. Alle drei Serien zeigen in Acetonitril eine Nulllinie im CD-Spektrum. Bei erhöhtem Wasseranteil von 80 Vol% in Acetonitril und einer Konzentration oberhalb von 1.0 · 10-5 mol/L konnten bei den beiden 9meren 146 und 118 von der Nulllinie abweichende CD-Kurven erhalten werden, die in ihrem Kurvenverlauf auch denen der entsprechenden 17mere gleichen, jedoch änderte sich der Cotton-Effekt stark mit der Zeit in seiner Intensität (Zu- und Abnahme), so dass unter diesen Messbedingungen von der Ausbildung von Aggregaten ausgegangen werden kann.
Abbildung 6–27: CD-Kurven der Klickamere (9mer) 146 (rote Kurve; c = 1 · 10-5 mol/L) und 118 (schwarze Kurve; c = 1.6 · 10-5 mol/L) in Acetonitril mit 80 Vol% Wasseranteil (25 °C). | ||
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Verdünnungsexperimente konnten wegen der stark variierenden Signalintensität sowie dem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis nicht sinnvoll durchgeführt werden. Auch eine mögliche durch Chloridionen induzierte helikale Faltung (vergleiche Abschnitt 6.4.3, vide infra) konnte nicht anhand eines Cotton-Effektes oder eines hypochromen Effekts im UV/vis-Spektrum nachgewiesen werden. Genauere Einblicke in die Vorgänge der Aggregation dürften hierzu noch ausstehende Messungen der dynamischen Lichtstreuung geben.
In das Oligomergerüst der Klickamere 110 und 147 wurden BTP-Einheiten implementiert, die aufgrund ihrer Präorganisation in die gebeugte hufeisenförmige anti-anti-Konformation helikogene Eigenschaften besitzen sollten. Wie in den Untersuchungen oben gezeigt, trifft diese helikogene Eigenschaft nur limitiert zu und ist dem solvophoben Effekt als Triebkraft für die helikale Faltung stark untergeordnet. Dennoch besitzt die BTP-Struktur die besondere Eigenschaft, durch Protonierung oder Koordination an Übergangsmetallionen in Lösung und an Oberflächen in Flüssig-Fest-Grenzflächen konformationell geschaltet werden zu können. Mit der Konformationsumwandlung geht eine bemerkenswerte strukturelle Änderung einher: wie in Kapitel 4.5 beschrieben ändert sich die Geometrie von der geknickten hufeisenförmigen hin zu einer gestreckten, länglichen Struktur. Die Geometrieänderung einzelner BTP-Einheiten sollte zur Folge haben, dass die helikale Konformation denaturiert wird und stattdessen ein protonierter bzw. metallierter Strang vorliegt (Abbildung 6–28). Idealerweise könnte dies in einer Titration schrittweise gesteuert erfolgen und etappenweise die kontrollierte Entfaltung bewirken.
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Der Effekt der pH- und Metallionen-Responsivität wurde zunächst bei dem Klickamer 147 überprüft. Zu dem in einer helikalen Konformation vorliegenden Klickamer 147 wurde in einer pH-neutralen Lösung (in Anlehnung an die Ausbildung von Fe(II)-Komplexen der BTP-Liganden) Fe(II)(OTf)2 gelöst in CH3CN gegeben, jedoch ohne eine Änderung des CD-Signals zu beobachten (auch nicht bei 100 Äquivalenten). Ebenso führte die Einwirkung von Cu(I)-Ionen zu keiner Abnahme des CD-Signals, die indikativ für die Auflösung der helikalen Konformation wäre. Erst die Zugabe einer 0.1 molaren wässrigen HCl-Lösung hatte einen bemerkenswerten Effekt zu Folge, allerdings nicht den erwarteten der Denaturierung.
Durch den Zusatz der 0.1 molaren HCl-Lösung wurde augenblicklich das exakte Spiegelbild der CD-Kurve erhalten (Abbildung 6–29). Die Inversion des CD-Signals lässt sich plausibel nur mit einer Inversion des Helixdrehsinns der vorliegenden Helixstruktur erklären – bei ansonsten gleich bleibender Helixstruktur!
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Solch ein Effekt der Helixinversion wird, wie in Kapitel 2.1.1 beschrieben, normalerweise nur durch die Wechselwirkung mit dem anderen Enantiomer eines chiralen Stimulus beobachtet. In diesem Fall müssten, um einen derartigen Effekt der Helixinversion hervorzurufen, normalerweise die Seitenketten an dem Oligomerrückgrat mit der S -Konfiguration gegen die gleichen Seitenketten mit R-Konfiguration ausgetauscht werden. In der wässrigen Salzsäure liegt jedoch überhaupt kein chiraler Stimulus vor, der die chirale Information auf das Oligomerenrückgrat transferieren könnte. Erstaunlicherweise muss es sich hierbei um eine Helixinversion handeln, die durch einen achiralen Stimulus hervorgerufen wird (vgl. Abbildung 6–30).
Abbildung 6–30: Inversion des Helixdrehsinns hervorgerufen durch einen achiralen Stimulus. | ||
Um diesem erstaunlichen Effekt nachzugehen und die Rolle des Gegenions in diesem Erkennungsprozess zu untersuchen, wurde der Einfluss unterschiedlicher Halogenidionen auf den Verlauf des CD-Signals bei neutralem pH-Wert untersucht. Während die Zugabe von Fluoridionen zu einem leichten Anstieg der CD-Intensität bei ansonsten gleichem Kurvenverlauf führte, verursachten Chlorid- und Bromidionen invertierte Kurvenverläufe. Mit KCl wurde eine deutlich kleinere invertierte CD-Intensität beobachtet als mit HCl. Der isodichroische Punkt bei 248 nm und die konstante Lage bei gleicher relativer Intensität der Kurven unterstreichen das Vorhandensein einer „sauberen“ Inversion, d.h. eines Zweizustandsübergangs, bei ansonsten gleichbleibender helikaler Konformation. Die Bildung von Aggregaten konnte durch das Vermessen der vorliegenden Lösung mit dynamischer Lichtstreuung ausgeschlossen werden.
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Die Recherche in der Literatur nach einem solchen Phänomen zeigte, dass es sich hierbei um das erste Beispiel einer Helixinversion hervorgerufen durch einen achiralen Stimulus handelt.[18] Bemerkenswert ist auch die Selektivität bezüglich der Halogenidionen, vor allem vor dem Hintergrund, dass Halogenidionen insbesondere in wässrigen Medien bekanntermaßen schwer zu erkennen sind.[47,48]
Über den Mechanismus der Anionenerkennung lässt sich bislang nur spekulieren, offenbar scheint aber die Größe des Anions bei der Wechselwirkung mit der Helix eine wesentliche Rolle zu spielen. Eine Absenkung des pH-Werts scheint den Effekt noch zu verstärken, allerdings spielt das Gegenion beim Erkennungsprozess augenscheinlich nur eine untergeordnete Rolle, wie durch ein unverändertes CD-Signal nach Komplexierung des Kaliumions mit [18] Krone-6 nachgewiesen wurde (Abbildung 6–31).
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Erste Überlegungen zu dem Prozess der Anionenerkennung legten eine Wechselwirkung der Anionen mit den Oligo(ethylenglycol)-Seitenketten nahe, die die Träger der chiralen Information sind. Hierbei könnte sich die Wechselwirkung mit den Protonen der HCl über Wasserstoffbrücken positiv auf die Einlagerung auswirken. Der durch die Einlagerung veränderte Raumanspruch der chiralen Seitenketten könnte die Helixinversion zur Folge haben bei ansonsten gleich bleibender helikaler Struktur.
Plausibler erscheint mittlerweile allerdings die folgende Erklärung: nachdem das Phänomen der Helixinversion von uns entdeckt worden war, erschienen von Flood und Mitarbeitern[49-51] sowie Craig und Mitarbeitern[52] Publikationen, die die Thematik der Wechselwirkung von cyclischen und linearen (hetero)aromatischen-Triazol-Gerüsten mit Halogenidionen und insbesondere mit Chloridionen, behandeln. Hierin wird beschrieben, dass die Wechselwirkung mit den Halogenidionen über die positiv polarisierten Protonen der C-H-Gruppen der Triazole, aber auch den Protonen der meta-Phenyleneinheiten stattfindet, wobei sich das große Dipolmoment der Triazole von 5 D[53,54] positiv auf die Wechselwirkung auswirkt. Craig und Mitarbeiter konnten über die Wechselwirkung mit Chloridionen die Faltung eines linearen Oligomerstrangs in eine helikale Konformation hervorrufen.[52] Hierbei ist allerdings zu betonen, dass alle diese Untersuchungen in schwach polaren organischen Lösungsmitteln durchgeführt wurden. Bei dem von uns beobachteten Phänomen der Helixinversion ist daher anzunehmen, dass die Halogenidionen in dem Innern der vorliegenden Helix anbinden und dadurch eine Helixinversion hervorrufen. Hierbei ist allerdings festzuhalten, dass die Helixstruktur durch die Wechselwirkung ansonsten nicht beeinflusst wird, da alle Kurven durch denselben isodichroischen Punkt bei 248 nm verlaufen.
Der Effekt der Helixinversion mit Chloridionen wurde auch mit den beiden Klickameren 110 und 149 untersucht. Das Oligomer 149 mit dem Phenyl-alt-Triazol-Rückgrat, das strukturell verwandt mit dem System von Craig, jedoch amphiphil ist, zeigte nur eine ganz schwache Veränderung der Intensität des CD-Signals, die wahrscheinlich auf die veränderte Polarität des Lösungsmittelmediums zurückgeht.
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Das CD-Signal des Oligomers 110 änderte sich zwar massiv bei Zusatz von wässrigen KCl- oder HCl-Lösungen, jedoch lassen die folgend geschilderten Beobachtungen nur den Rückschluss zu, dass die Klickamere unter diesen Bedingungen intermolekular zu hierarchischen Architekturen höherer Ordnung aggregieren.
In Abbildung 6–32 sind die CD- und UV/vis-Spektren des Klickamers 110 in Wasser-Acetonitril-Mischungen ohne Chloridionen (H2O/CH3CN 8/2, gestrichelte Kurve) und mit Chloridionen (0.075 M KCl) abgebildet. In der wässrigen Acetonitril-Lösung wurde ein CD-Signal mit positivem Cotton-Effekt beobachtet, während die Wechselwirkung mit Chloridionen zu einem Cotton-Effekt mit negativem CD-Signal führte. Die Intensität der CD-Kurven wuchs mit der Zeit stark an wie die Abbildung 6–32 zeigt. Erst nach einem Zeitraum von drei Tagen wurde die endgültige CD-Intensität erreicht. Alle CD-Kurven zunehmender Intensität verlaufen durch einen isodichroischen Punkt bei 242 nm. Allein die Kurve der Probe in dem wässrigen Acetonitril (H2O/CH3CN 8/2) ohne Chloridionen schneidet den isodichroischen Punkt nicht und hat auch eine leicht veränderte CD-Kurvenform. Interessanterweise änderte sich im Gegensatz zu der CD-Intensität die UV-Absorption fast gar nicht (Abbildung 6–32, rechts). Aufgrund der stark schwankenden Intensität waren Verdünnungsexperimente nicht erfolgreich (bei Verdünnung der Probe setzte die Intensitätsequilibrierung erneut ein). Diese dargestellten Eigenschaften der Probe bei Anwesenheit von Chloridionen sprechen für die dynamische Ausbildung von zunächst kleineren Aggregaten durch die Wechselwirkung mit den Chloridionen. Die Aggregate besitzen wahrscheinlich teilweise einen der Helix entgegengesetzten Drehsinn. Mit der Zeit stapeln die kleineren Aggregate übereinander unter Ausbildung größerer Architekturen, die einen einheitlichen der Helix entgegengesetzten Drehsinn besitzen.[55] Dies äußert sich in der Zunahme der CD-Intensität, während das Absorptionsverhalten der Aggregate dasselbe bleibt. Das Gleichgewicht zwischen kleineren und größeren Aggregaten hat das Vorliegen eines isodichroischen Punktes zur Folge. Die CD-Kurve der Probe ohne Chloridionen verläuft nicht durch diesen Punkt, da hier ein anderes Gleichgewicht vorliegt, nämlich zwischen Knäuel und Helix.
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Ein ähnlicher Effekt wurde bei dem Oligomer 110 mit 0.1 molarer wässriger HCl beobachtet. Auch hier wurde eine CD-Kurve mit einem negativen Cotton-Effekt erhalten, wiederum jedoch nicht das exakte Spiegelbild der CD-Kurve in wässrigem CH3CN. Wieder schwankte die CD-Intensität sehr stark und blieb erst nach einer Woche konstant. Gleichermaßen spricht die Zunahme der negativen CD-Intensität über einen großen Zeitraum für die dynamische Ausbildung von Aggregaten, bei der sich das Gleichgewicht zwischen Knäuel und Aggregat sehr langsam einstellt.
In dieser Arbeit konnte mit Hilfe der Klick-Reaktion eine neue, als Klickamere bezeichnete Klasse von Foldameren mit außergewöhnlichen Faltungs- und Erkennungseigenschaften in wässrigen Systemen synthetisiert werden. Hierzu wurden nach erfolgreicher Monomersynthese verschiedene Reaktionsprotokolle für die Klick-Reaktion erarbeitet und optimiert. Die Darstellung der Oligomerstränge erfolgte in einem bidirektionalen repetitiven Synthesecyclus, der ein schnelles kontrolliertes Wachstum der Oligomerenstränge ermöglicht. Auf diese Weise konnten Klickamer-Nonamere und -Heptadecamere mit 9 bzw. 17 aromatischen Ringen von drei verschiedenen Oligomerenserien dargestellt werden, die sich zum Teil in der Art ihres Rückgrats unterscheiden. Die Oligomerenserie 104 besteht aus Phenyl-alt-Triazol-Einheiten und besitzt ein recht flexibles Rückgrat verglichen mit dem der beiden Oligomerenserien 105 und 111. Diese besitzen in ihrem Rückgrat bestehend aus Phenyl-alt-Triazol-alt-Pyridin-alt-Triazol-Ringen integrierte BTP-Einheiten, die in eine gebeugte Konformation präorganisiert sind. Diese verleihen dem Rückgrat eine höhere Rigidität, die sich stabilisierend auf die Ausbildung einer helikalen Konformation auswirken sollte. Das Faltungsverhalten der Oligomerenserien 105 und 1 11 wurde weiterhin in Abhängigkeit von der Art der Funktionalität angeknüpfter Seitenketten untersucht;[30,31] während die Oligomerenserie 105 elektronenziehende Estergruppen besitzt, verfügt 111 teilweise über elektronenschiebende Ethergruppen.
Nicht erfolgreich war die Synthese des Monomerbausteins 109 (Abbildung 6–1) und damit die Darstellung von Oligomeren der Serie 106, die sich vermutlich durch ein vollkommen steifes Rückgrat definieren und somit eine äußerst stabile helikale Konformation aufweisen sollten.
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Begleitend zu der Synthese und den spektroskopischen Untersuchungen wurden Kraftfeldrechnungen mit Kontinuummodell (Simulation von Wasser) mit den beiden Oligomerenserien 104 und 105 durchgeführt. Hier zeigte sich, dass bereits ab einer Oligomerenlänge von nur 7 aromatischen Ringen bei beiden Oligomerenserien 104 und 105 die helikale Konformation gegenüber der gestreckten Konformation stabilisiert sein sollte. Im Kontinuummodell wurde wider Erwarten für das 17mer der Oligomerserie 104 eine größere Stabilität der helikalen Konformation berechnet.
Die dargestellten Oligomeren der Serien 104, 105 und 111 besitzen chirale Oligo(ethylenglycol)-Seitenketten, die es ermöglichen, die helikale Faltung mit Hilfe der CD-Spektroskopie zu untersuchen. Weiterhin wurden die UV/vis- und Fluoreszenz-Spektroskopie als Analysemethoden verwendet. Während die 9mere der genannten Oligomerenserien teilweise die Aggregation zu chiralen Architekturen vermuten lassen, zeigen die entsprechenden drei 17mere ein ausgeprägtes helikales Faltungsverhalten in wässrigem Acetonitril, wie die hypochrome Verschiebung der Absorptionsbanden in den UV/vis-Absorptionsspektren sowie der signifikante Kurvenverlauf im CD-Spektrum mit einer positiven Excitonenchiralität belegen. In den Fluoreszenzspektren ist teilweise der Übergang von einer scharfen monomerähnlichen Emission zu einer breiten, excimerenähnlichen Emission zu beobachten. Um Aggregationseffekte bei der helikalen Faltung auszuschließen, wurden Verdünnungsexperimente sowie teilweise Analysen mit der dynamischen Lichtstreuung durchgeführt. Es zeigte sich, dass die rigideren Klickamere 147 und 110, in denen präorganisierte BTP-Einheiten in das Rückgrat integriert sind, sich in der UV-Absorption sowie dem Verlauf der CD-Kurven sehr ähnlich sind, aber keine stabilere helikale Konformation aufweisen als das flexiblere Klickamer 149. Bei allen drei 17meren ist die Haupttriebkraft der helikalen Faltung der solvophobe Effekt beruhend auf der Amphiphilie der Oligomeren, hervorgerufen durch die polaren Seitenketten.
Das Klickamer 110 bildet in Gegenwart von Chloridionen Aggregate mit einem zur Helix entgegengesetzten Drehsinn aus, wie anhand des über mehrere Tage anwachsenden CD-Signals mit negativem Cotton-Effekt abzuleiten ist. Dementgegen zeigt das Klickamer 147 ein beachtliches Phänomen: die Wechselwirkung mit Chloridionen führt hier augenblicklich zu exakt dem invertierten CD-Signal bei unveränderter Kurvenform. Dies lässt sich nur mit einer Helixinversion erklären, hervorgerufen durch die Wechselwirkung mit einem achiralen Stimulus, dem Chloridion. Helixinversionen sind sonst nur bei Wechselwirkung mit chiralen Stimuli wie dem anderen Enantiomer bekannt. Zudem zeigt sich die beachtliche (Größen)-Selektivität des Systems in wässrigen Medien gegenüber Halogenidionen, denn nur Chloridionen führen zu exakt dem invertierten CD-Signal.
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Teile dieser Arbeit wurden veröffentlicht in “Angewandte Chemie“.[56]
Weiterführende Studien sollen die strukturellen Grundlagen der Halogenidionenerkennung sowie den Prozess der Helixinversion klären. Beispielsweise wäre es interessant zu analysieren, ob die einzigartige Helixinversion immer noch stattfindet, wenn strukturell leicht veränderte chirale Oligo(ethylenglycol)seitenketten an das gleiche Oligomerrückgrat gebunden werden. Dies würde Gewissheit darüber schaffen, ob die Chloridionenerkennung im Innern der Helix stattfindet oder ob die Helixinversion durch die Wechselwirkung der Chloridionen mit den chiralen Seitenketten hervorgerufen wird. Zusätzliche Studien können auf die Erkennung von Übergangsmetallionen ausgeweitet werden. Bei den Erkennungsprozessen von grundlegender Bedeutung sind die Nachweisgrenzen der Halogenidionen bzw. Metallionen, die im Folgenden ermittelt werden müssten.
In weiterführenden Studien sollten die Seitenketten über stabilere Funktionalitäten wie Amidbindungen angeknüpft werden, da anzunehmen ist, dass die zum Teil geringen Ausbeuten der Synthese der Klickamere mit 17 aromatischen Ringen auf die Labilität der Estergruppen zurückzuführen sind. Dies könnte potentiell auch die Synthese längerer oligomerer Stränge ermöglichen. In diesem Zusammenhang sollte auch die Synthese an der Festphase genannt werden,[22] die die Darstellung langer definierter Oligomerer quasi über Nacht ermöglichen könnte, wobei hier auf leicht zugängliche Monomerbausteine zurückgegriffen werden müsste.
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Von besonderem Interesse ist die Darstellung von Oligomeren, die ein vollkommen rigides Rückgrat aus Pyridin-alt-Triazol-Ringen besitzen (106), das unabhängig von der Umgebung eine sehr stabile helikale Konformation ausbildet (vgl. folgendes Kapitel 7). Dies könnte die Gewinnung von Kristallstrukturen ermöglichen und dadurch detaillierte Einblicke in helikale Architekturen auf Basis von Triazol-alt-Pyridin-Rückgraten erlauben.
Derzeit wird auf den Ergebnissen dieser Arbeit aufbauend die Möglichkeit untersucht, photoschaltbare Azogruppen in das entsprechende Polymerrückgrat zu integrieren, um die Faltung in eine helikale Konformation mit nicht-invasiven externen Stimuli (die zudem genau dosiert werden können) wie Licht oder Wärme kontrolliert an- bzw. auszuschalten. Hierbei kann die hohe Toleranz der Klick-Reaktion gegenüber funktionellen Gruppen genutzt werden. Gerade in Verbindung mit helikalen Strukturen, die einen größeren Innendurchmesser besitzen, z.B. durch die Integration von linearen heteroaromatischen Bausegmenten wie Pyridazinen in das Rückgrat, ergibt sich die Möglichkeit, Transportersysteme zu generieren, die eingeschlossene Gastmoleküle gesteuert freigeben könnten.[9,10]
Starting materials were used as received, solvents were distilled prior to use. 3,6,9-Trioxadecan-1-ol (triethyleneglycol monomethyl ether) 6, 3,5-dinitrobenzoic acid 131, 3-nitrobenzoic acid 122, citrazinic acid 3, N,N′-diisopropyl-carbodiimide, triisopropylsilylacetylene (TIPS acetylene) and tetrabutyl ammoniumfluoride solutions (1 M TBAF-THF solution) are commercially available as bulk chemical and were used without further purification. Tetrahydrofuran (THF) was distilled under an inert gas (Ar) atmosphere from sodium/benzophenone prior to use for the reactions requiring absolute THF. The chiral side chain (2S)-4,7,10,13-tetraoxatetradecan-2-ol,[10] 3,5-diiodobenzoic acid[35] and esterification catalyst 4-dimethylaminopyridinium p-toluenesulfonate (DPTS)[34] were prepared using previously published procedures. Pd(PPh3)4 was freshly prepared.[57] All reactions requiring inert gas were performed under Ar atmosphere. The Cu-catalyzed cycloaddition reactions were performed in the dark under argon atmosphere, solid sodium ascorbate and concentrated aqueous CuSO4 stock solutions (10 mg CuSO4/0.3 mL of H2O) were used as in-situ Cu(I)-source. An aqueous EDTA-disodium salt solution (16 g/L Na2-EDTA), adjusted to a pH ~ 8-9, was used to remove Cu-ions in aqueous extraction steps. Column chromatography was carried out with 130 – 400 mesh silica gel using the eluents specified (Hex = hexane, PE = petroleum ether, EtOAc = ethyl acetate).
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TLC was performed on Merck Silica Gel 60 F254 TLC plates with a fluorescent indicator with a 254 nm excitation wavelength. Compounds were visualized under UV light at 254 nm.
Column chromatography was carried out with 130 – 400 mesh silica gel using the eluents specified (Hex = hexane, PE = petrol ether, EtOAc = ethyl acetate).
NMR spectra were recorded on a 300 MHz (75.6 MHz for 13C) Bruker DPX 300 spectrometer or a 300 MHz Bruker Avance II spectrometer at 27 °C using residual protonated solvent signals as internal standard (1H: δ(CHCl3) = 7.26 ppm, δ( CH2Cl2) = 5.30 ppm, δ(﴾CH3﴿2SO) = 2.50 ppm, δ(CH3OH) = 3.31 ppm and 13C: δ(CHCl3) = 77.16 ppm, δ(CH2Cl2) = 53.52 ppm, δ(﴾CH3﴿2SO) = 39.52 ppm, δ(CH3OH) = 49.00 ppm). Assignments are based on chemical shifts (Ar is used as abbreviation for assigning both aromatic as well as triazole moieties).
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Mass spectrometry was performed on Thermo LTQ FT instrument (ESI, ESI-HRMS; additives of mixtures of MeOH/H2O 75/25 + 0.5 % formic acid) and MSI Concept 1H (EI, 70 eV ionization), on a QSTARXL Applied Biosystems ESI Q-TOF with a ISV of 950 V and on a Bruker-Apex III (Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance Mass Spectrometer (FTICR-MS), ESI-HRMS). The longer oligomers were ionized by electrospray-ionization: electrospray-ionization Fourier-transform ion-cyclotron-resonance (ESI-FTICR) mass spectrometric experiments were performed with a Varian/IonSpec QFT-7 FTICR mass spectrometer equipped with a superconducting 7 Tesla magnet and a micromass Z-spray ESI ion source utilizing a stainless steel capillary with a 0.65 mm inner diameter. The solutions of samples were introduced into the source with a syringe pump (Harvard Apparatus) at a flow rate of approximately 2.0 μ L·min -1 . Parameters were adjusted as follows: Source temperature: 40 °C; temperature of desolvation gas: 40 °C; parameters for capillary voltage, extractor cone, and sample cone are optimized for maximum intensities. No nebulizer gas was used for the experiments. The ions were accumulated in the instrument’s hexapole long enough to obtain useful signal-to-noise ratios (2 - 5 s). Next, the ions were transferred into the FTICR analyzer cell by a quadrupole ion guide. The FTICR cell was operated at pressures below 10 –9 mbar, and detected by a standard excitation and detection sequence.
HPLC separations were performed with Shimadzu LC-10A systems equipped with a photodiode array detector (PAD or DAD; mixtures of water/MeOH as eluent) or with Waters Alliance systems (mixtures and gradient mixtures of acetonitrile/water) equipped with 150 x 2 mm Luna columns (3 µm, phenyl-hexyl material). The Waters systems consisted of a Waters Separations Module 2695, a Waters Diode Array detector 996 and a Waters Mass Detector ZQ 2000. Conditions are specified when describing the corresponding substances. Signals have been detected by UV between 200-400 nm (MaxPlot).
UPLC was performed with a Waters UPLC Acquity equipped with a Waters LCT Premier XE Mass detector for UPLC-HR-MS, with Waters Alliance systems (consisting of a Waters Separations Module 2695, a Waters Diode Array detector 996 and a Waters Mass Detector ZQ 2000) equipped with the columns described with the corresponding substances, with Shimadzu LC-10A systems equipped with a photodiode array detector (PAD or DAD).
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GPC measurements were performed on a WGE Dr. Bures system equipped with three 300 x 8 mm SDV columns (50 Å 5 μ PSS, 500 Å 5 μ PSS, 1000 Å 5 μ PSS) and one 50 x 8 mm SDV column using both UV (300 nm) and RI detection. The measurements were performed in THF at 30 °C and in DMF at 70 °C in a TAU 2010 column oven using a flow rate of 1 mL/min. The columns were calibrated with several narrow polydispersity polystyrene samples and 2,4-Di-tert-butyl-4-methoxy-phenol was added as internal standard to the samples.
Spectroscopy
UV-visible absorption and fluorescence emission spectra were recorded in quartz cuvettes of 1 cm path length on a Cary 50 Spectrophotometer and a Cary Eclipse Fluorimeter, respectively, each equipped with a Peltier thermostated cell holder at 25 ± 0.05 °C using spectrophotometric grade solvents. Prior to first use, the cuvettes were cleaned with 1:1 mixture of conc. H2SO4 / 30 % H2O2, washed with water, acetone and acetonitrile. Afterwards the cuvettes were filled with a 10 vol-% solution of silyl-501 (BSTFA: N,O-Bis(trimethylsilyl)acetamide, 1%TMSCl) in acetonitrile, stirred for 10 min at rt and 60 min at 50 °C, washed twice with acetonitrile, acetone water and acetonitrile. Emission spectra were corrected for variations in photomultiplier response and lamp intensity over wavelength using correction curves generated on the instrument, followed by normalization considering the optical density of the sample at the excitation wavelength. Note that due to the low concentrations, necessary to avoid aggregation and for analytical reasons (CD spectroscopy), large excess of halide anions had to be employed to achieve binding and therefore titration experiments to deduce binding stoichiometry were not possible. Circular dichroism spectra were recorded on a JASCO J-710 spectropolarimeter using quartz cuvettes of 1cm path length at 25 ± 1 °C. Temperature dependent CD measurements were performed over a temperature range starting at -10 °C up to 75 °C by heating the sample in temperature intervals of 5 or 10 K, allowing the sample to equilibrate for 20 min at each temperature (until the CD signal intensity remained constant).
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AICD Calculation
The structure was optimized using Gaussian03/DFT, with TZVP (triple zeta valence with polarization) basis set and B3-LYP exchange-corralation functional until a convergence criterion of 10-8. Afterwards a NMR calculation with same functional and basis set using the Continuous Set of Gauge Transformations (CSGT) method was made with an AICD modified version auf Gaussian03. The resulting isosurface was plotted using Molekel (version 4.3) with a surface cut-off of 0.05.
Structur Optimization and Frequency Analysis
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The structure was optimized using Gaussian03/DFT, with TZVP basis set and B3-LYP functional until a convergence criterion of 10-8. The frequency and population analysis was done by Gaussian03 after convergence with the same basis set and functional.
Optimizing the Force Field Parameters
Force field calculations were done using "Tinker Molecular Mechanics\ package (version 4.2, june 2004) with the default delivered OPLS-AA parameter set. Additional parameters where taken from Amber parameter set delivered with Tinker. The results from structure optimization and frequency analysis were takes as reference. The force field parameters were varried according to genetic algorithm method (populations: 30, generations: 100, genelength: 10, crossover propability: 0.6, mutation propability: 0.002). After reoptimizing the structure with the new parameters the new geometry, frequencies and normalmodes were calculated with the modified parameter set and compared with reference values from ab initio calculations by using the quadratic deviation as targetfunction. After preminimizing the targetfunction from 14.6 to 2.8, the genetic algorithm parameters were adjusted for fineoptimization. Afterwards the targetfunction was minimized to 0.3.
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Calculations with Force Field
The resulting force field parameters from the optimization were taken for single point energy calculations for the phenyl- and pyridineseries described above. Solvent calculations were done by adding GB/SA continuummodel to force field calculations with dielectric constant for water at 20 °C (ε = 80.0).
Procedures of the copper catalyzed 1,3-dipolar cycloaddition
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Method 1) In a three necked flask the diethynyl component (1 equiv.), the aryl azide component (if not noted otherwise: 2.4 equiv. per mol diethynyl component) were dissolved in CH2Cl2 and the solvent mixture of H2O/tertBuOH (1/2) was added. Sodium ascorbate (0.4 equiv.) and TBTA (0.15 equiv.) were added. The flask was evacuated and flushed with argon repeatedly (3 cycles). CuSO4 (0.15 equiv., stock solution, 10 mg CuSO4 per 0.3 mL of water) was added in the counterflow of argon and the mixture was vigorously stirred at rt in the dark for the period of time as noted. In case of an appearing precipitate additional CH2Cl2 was added. The reaction course was monitored by taking small samples for HPLC or GPC analysis and in case of a sluggish getting reaction rate additional sodium ascorbate (0.4 equiv.) was added. After the acetylene starting material was consumed the mixture was diluted with CH2Cl2 and transferred into a separation funnel. The organic phase was washed with aqueous Na2-EDTA solution (1 x), the aqueous phase was extracted with CH2Cl2 (3 x), and afterwards the combined organic phases were washed again with aqueous Na2-EDTA solution (2 x) and once with aqueous sat. NaCl solution. After drying over MgSO4, filtration, and removal of the solvent in vacuo the corresponding products were isolated by column chromatography (CH2Cl2/acetone or CH2Cl2/MeOH).
Method 2) The diethynyl component (1 equiv.), 2.3 equiv. of the aryl azide component (in case of the monoaryl azide (3,6,9-trioxadec-1-yl) 3-azidobenzoate 112 to terminate the oligomer ends 4 equiv.) and 1 equiv. of sodium ascorbate were dissolved in a solvent mixture of THF/water (8/2), this mixture was degassed by bubbling argon through the solution for 10 min. and afterwards 0.2 equiv. of an aqueous CuSO4 solution (stock solution; 20 mg of CuSO4 ·5H2O per 0.3 mL of water) were added in the counterflow of argon. After cooling down to 0 °C 0.4 equiv. of N,N’-dimethylethylendiamine were added using a syringe or eppendorf pipette to the stirred solution (whereupon in most cases the mixture’s colour turned dark). The mixture was allowed to reach rt and stirred in the dark for 6-12 h. After the acetylene starting material was consumed indicated by TLC monitoring or monitoring by UPLC the mixture was diluted with CH2Cl2 and transferred into a separation funnel. The organic phase was washed with aqueous Na2-EDTA solution (1 x), the aqueous phase was extracted with CH2Cl2 (3 x), and afterwards the combined organic phases were washed again with aqueous Na2-EDTA solution (2 x) and once with aqueous sat. NaCl solution. After drying over MgSO4, filtration, and removal of the solvent in vacuo the corresponding products were isolated by column chromatography (CH2Cl2/acetone or CH2Cl2/MeOH).
Method 3 ) For the synthesis of compounds 118 and 148 a similar reaction procedure as in method 2) was used but 0.3 equiv. CuSO4, 1.2 equiv. Na ascorbate and 0.6 equiv. disodium bathophenanthrolinedisulfonic acid as ligand[37,58] (relative to 1 equiv. of the diethynyl component). The reaction was run for 24 h in a water-acetonitrile mixture (8/2). Reaction monitoring was done by TLC. 1 equiv. of the diethynyl component and 3 equiv. of the aryl monoazide component 112 were used.
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Procedure of the “TBAF in THF deprotection protocol”
In a 1-necked flask the 2,6-diethynyl starting material (1 equiv.) was dissolved in THF (c = approx. 0,5 mmol/L) and cooled down to 0 °C. Under stirring 2.4 equiv. of a 1 M TBAF-THF solution were added drop by drop and the mixture was stirred at 0 °C for 5 – 10 minutes and than allowed to reach rt. After consumption of all starting material indicated by careful TLC monitoring the mixture was immediately filtered through a silica gel plug and the product eluted with THF rapidly. In the case of longer oligomers (≥13 aromatic rings) the THF contained 5 Vol% MeOH. The solvent was removed in vacuo and the compound purified using column chromatography.
NOTE: To facilitate the assignment of the compounds described herein the order of their synthesis is the same as the listing in chapter 6.2.2.1 and chapter 6.2.2.2.
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Synthesis of the monomer building block 9 and 19 and the corresponding precursors has been described in chapter 4.9.
(3,6,9-trioxadec-1-yl) 3-nitrobenzoate 123
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In a two-necked flask 3-nitrobenzoic acid 122 (13.37 g, 80.0 mmol, 1.0 equiv.) and 3,6,9-trioxadecan-1-ol 6 (17.45 g, 72.0 mmol, 0.9 equiv.) were dissolved in 25 mL of dry THF and after cooling the mixture down to 0 °C under argon atmosphere a mixture of DPTS (4.71 g, 16.0 mmol, 0.2 equiv.) dissolved in a minimum amount of CH2Cl2 were added. To the stirred solution N,N’-diisopropylcarbodiimide (13.7 mL, 88.0 mmol, 1.1 equiv.) was added dropwise in the counterflow of argon using a syringe whereupon a colorless precipitate appeared immediately and the mixture became viscous. After 10 min the mixture was allowed to reach rt and stirred over night at rt under argon. After consumption of all starting material indicated by TLC monitoring the reaction was quenched with 20 mL of water and stirred for 20 min. The solvent was removed in vacuo and the residue was dried in vacuo (oil pump) for 2 h, toluene added and the colorless solid was filtered off. After standing in the fridge for 4 h the mixture was filtered again, the solvent removed in vacuo and the title compound was isolated as yellow oil (20.5 g, 91%) using column chromatography (PE/EtOAc 1/1 → 1/2).
TLC (EtOAc/PE 1/1) Rf = 0.18. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.80 - 8.79 (m, 1H, ArH), 8.38 – 8.31 (m, 2H, ArH), 7.61 (t, J3 = 8.1 Hz, 1H, ArH), 4.50 – 4.47 (m, 2H, OCH 2), 3.83 – 3.80 (m, 2H, OCH 2), 3.69 – 3.58 (m, 6H, OCH 2), 3.49 – 3.46 (m, 2H, OCH 2), 3.30 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.39 (-CO2-), 148.19 (C ArNO2), 135.37 (HC Ar), 131.84 (C ArCO2-), 129.62 (HC Ar), 127.39 (HC Ar), 124.59 (HC Ar), 71.86 (OCH2), 70.64 (OCH2), 70.59 (OCH2), 70.55 (OCH2), 68.92 (OCH2), 64.90 (OCH2), 58.96 (OCH3). MS (ESI): m/z = 314.1 ([M + H]+), 331.2 ([M + NH4]+), 336.2 ([M + Na]+), 352.1 ([M + K]+). HRMS (ESI): m/z= 314.1231 (calcd 314.1234 for [M + H]+). HPLC (CH3CN/H2O 4/6 → 95/5, tR = 7.6 min): 99 area %.
(3,6,9-trioxadec-1-yl) 3-aminobenzoate 124
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In a one necked flask to the nitrobenzene derivative 123 (4.3 g, 13.74 mmol, 1 equiv.) dissolved in 15 mL of ethyl acetate, 0.4 g Pd on charcoal (10% wt) were added, the stirred mixture was degassed in vacuo and flushed with H2 (3 cycles). After stirring for 18 h at rt in H2 atmosphere (2 bar) the mixture was filtered through a celite pad and the solvent was removed in vacuo to give the title compound as yellow oil (3.88 g, quant. yield).
TLC (PE/EtOAc 3/7) Rf = 0.22. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 7.39 – 7.36 (m, 1H, ArH), 7.32 – 7.30 (m, 1H, ArH), 7.14 (t, J3 = 8.1 Hz, 1H, ArH), 6.82 – 6.78 (m, 1H, ArH), 4.42 - 4.38 (m, 2H, OCH 2), 3.86 (br s, 2H, NH 2), 3.79 – 3.75 (m, 2H, OCH 2), 3.69 – 3.59 (m, 6H, OCH 2), 3.50 - 3.47 (m, 2H, OCH 2), 3.32 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 166.67 (-CO2-), 146.66 (C ArNH2), 130.91 (C ArCO2-), 129.11 (C ArH), 119.47 (HC Ar), 119.31 (HC Ar), 115.66 (HC Ar), 71.86 (OCH2), 70.60 (OCH2), 70.51 (OCH2), 70.48 (OCH2), 69.13 (OCH2), 63.95 (OCH2), 58.90 (OCH3). MS (ESI): m/z = 284.1 ([M + H]+), 301.0 ([M + NH4]+), 306.2 ([M + Na]+), 322.1 ([M + K]+), 567.3 ([2M + H]+), 589.3 ([2M + Na]+), 605.2 ([2M + K]+). HRMS (ESI): m/z= 284.1495 (calcd 284.1492 for [M + H]+). HPLC (CH3CN/H2O 7/3 → CH3CN, tR = 2.9 min): 99.7 area %.
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(3,6,9-trioxadec-1-yl) 3-azidobenzoate 112
The aniline 1 2 4 (8.7 g, 30.74 mmol, 1 equiv.) was dissolved in 100 mL of 17 % HCl under help of gentle warming and addition of EtOH. The mixture was cooled down to 0 °C, 2.33 g of solid NaNO2 (33.81 mmol, 1.1 equiv.) were added in small portions and after stirring for 15 min. at 0 °C 2.4 g of NaN3 (36.89 mmol, 1.2 equiv.) were added gradually. Stirring was continued for 15 min. at 0 °C and afterwards the mixture was allowed to reach rt and after stirring at rt for 15 min it was poured into 300 mL of ice cold water, transferred into a separation funnel and the aqueous phase was extracted with ethyl acetate (4 x). The combined organic phases were washed with water (1 x), sat. NaHCO3 solution (1 x) and aqueous sat. NaCl solution. After drying over MgSO4 the solvent was removed in vacuo and the title compound was isolated as yellow oil (8.36 g, 88 %) by column chromatography (PE/EtOAc 1/1).
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TLC (PE/EtOAc 1/1) Rf = 0.26. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 7.80 – 7.78 (m, 1H, ArH), 7.72 – 7.70 (m, 1H, ArH), 7.44 – 7.39 (t, J3 = 7.9 Hz, 1H, ArH), 7.22 – 7.18 (m, 1H, ArH), 4.50 – 4.46 (m, 2H, OCH 2), 3.85 – 3.82 (m, 2H, OCH 2), 3.73 – 3.63 (m, 6H, OCH 2), 3.55 – 3.51 (m, 2H, OCH 2), 3.36 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.74 (-CO2-), 140.60 (C ArN3), 131.95 (C ArCO2-), 129.87 (C ArH), 126.20 (HC Ar), 123.51 (HC Ar), 120.15 (HC Ar), 71.99 (OCH2), 70.78 (OCH2), 70.72 (OCH2), 70.68 (OCH2), 69.20 (OCH2), 64.53 (OCH2), 59.12 (OCH3). MS (EI, 60 °C – 100 °C): m/z= 309.1 ([M]+), 249.1, 206.1 ([C9H8N3O3]+), 193.1, 179.1, 163.1 ([C7H15O4]+), 146.0 ([C5H5Cl2N]+), 119, 90.0 ([C4H10O2]+), 59.1 ([C3H7O]+, 100% ), 45.0 ([C2H5O]+). HRMS (EI, 60 °C – 100 °C): m/z= 309.1325 (calcd 309.1325 for [M]+). HPLC (CH3CN/H2O 4/6 → 95/5, tR = 8.9 min): 100 area %.
(2S)-4,7,10,13-tetraoxatetradecan-2-yl 3,5-dinitrobenzoate 131
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In a two-necked flask 3,5-dinitrobenzoic acid 131 (18.01 g, 84.9 mmol, 1.15 equiv.) and (2S)-4,7,10,13-tetraoxatetradecan-2-ol 125 (16.4 g, 73.8 mmol, 1 equiv.) were dissolved in 50 mL of dry THF and after cooling the mixture down to 0 °C under argon atmosphere a mixture of DPTS (5.44 g, 18.5 mmol, 0.25 equiv.) dissolved in CH2Cl2 were added. 13.8 mL of N,N’-diisopropylcarbodiimide (88.6 mmol, 1.2 equiv.) were added drop wise in the counterflow of argon using a syringe whereupon a colorless precipitate appeared immediately and the mixture became viscous. After 10 min the mixture was allowed to reach rt and stirred over night at rt under argon. After consumption of all starting material indicated by TLC monitoring the reaction was quenched with 100 mL of water and stirred for ½ h. The solvent was removed in vacuo and the residue was dried in oil pump vacuo for 1 h, toluene added and the colorless solid was filtered off. After standing in the fridge for 4 h the mixture was filtered again, the solvent removed in vacuo and the title compound was isolated as pale yellow oil using column chromatography (PE/EtOAc 7/3 → EtOAc) Yields vary from 85 to 95%.
TLC (PE/EtOAc 2/8) Rf = 0.44. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.18 (t, J4 = 2.1 Hz, 1H, Ar-H), 9.12 (d, J4 = 2.1 Hz, 2H, Ar-H), 5.46 – 5.36 (m, 1H, CHCH3), 3.76 – 3.55 (m, 12H, OCH 2), 3.51 – 3.47 (m, 2H, OCH 2), 3.32 (s, 3H, OCH 3), 1.40 (d, J3 = 6.6 Hz, 3H, CHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 162.03 (-CO2-), 148.57 (NO2 C Ar), 134.26 (C Ar), 129.47 (CHAr), 122.24 (CHAr), 73.36 (OCH2), 72.46 (CHCH3), 71.85 (OCH2), 70.74 (OCH2), 70.56 (OCH2), 70.54 (OCH2), 70.45 (OCH2), 58.95 (OCH3), 16.54 (CHCH3). MS (ESI): m/z = 417.1 ([M + H]+), 434.1 ([M + NH4]+), 439.1 ([M + Na]+), 455.1 ([M + K]+). HR MS (ESI): m/z = 439.1324 (calcd 439.1323 for [M + Na]+). HPLC (CH3CN/H2O 4/6 → 95/5, tR = 11.3 min.): 99.9 area %.
(2S)-4,7,10,13-tetraoxatetradecan-2-yl 3,5-diaminobenzoate 133
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The dinitrophenylen 132 (1.053 g, 2.53 mmol, 1 equiv.) was treated with 0.11 g of Pd on activated carbon (10% wt) in 10 mL of ethyl acetate and the mixture was evacuated and flushed with H2 repeatedly (3 cycles) and afterwards stirred under H2 atmosphere (2 bar) for 6 h to give 898 mg of the title compound as a brown oil (quantitative yield).
TLC (CH2Cl2/acetone 8/2 + 0.1 % TEA) Rf = 0.12. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.80 (d, J4 = 2.1 Hz, 2H, ArH), 6.21 (t, J4 = 2.0 Hz, 1H, ArH), 5.31 – 5.21 (m, 1H, CHCH3), 3.73 – 3.51 (m, 14H, OCH 2), 3.37 (s, 3H, OCH 3), 1.33 (d, J3 = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 166.36 (-CO2-), 147.21 (NH2 C Ar), 132.50 (CO2 C Ar), 107.38 (HC Ar), 105.97 (HC Ar), 73.83 (OCH2), 71.99 (OCH2), 70.93 (CHCH3), 70.74 (OCH2), 70.68 (OCH2), 70.57 (OCH2), 69.94 (OCH2), 59.11 (OCH3), 16.81 (CHCH3). MS (EI T = 155 °C): m/z= 356 ([M]+), 193 ([M - C7H15O3]+), 152, 135 ([C10H13N2O2]+), 107, 80, 59 ([C3H7O]+), 45 ([C2H5O]+). HRMS (ESI): m/z= 379.1833 (calcd 379.1839 for [M + Na]+). HPLC (CH3CN/H2O 4/6 → 95/5, tR = 2.6 min.): 99.9 area %.
↓297 |
(2S)-4,7,10,13-tetraoxatetradecan-2-yl 3,5-diazidobenzoate 107
0.906 g of 133 (2.543 mmol, 1 equiv.) were dissolved in 50 ml of 37 % HCl, cooled down to 0 °C and treated successively with small portions of solid NaNO2 (0.597 g, 8.646 mmol, 3.4 equiv.) and after stirring for 20 min at 0 °C solid NaN3 (0.562 g, 8.646 mmol, 3.4 equiv.) was added gradually. Stirring was continued for 15 min. at 0 °C and afterwards the mixture was allowed to reach rt and after stirring at rt for 20 min. it was poured into 150 mL of ice cold water, transferred into a separation funnel and the aqueous phase was extracted with ethyl acetate (4 x). The combined organic phases were washed with water (1 x), sat. NaHCO3 solution (1 x) and aqueous sat. NaCl solution. After drying over MgSO4 the solvent was removed in vacuo. The title compound was isolated as an orange oil by column chromatography (gradient of CH2Cl2/MeOH 96/4 → 94/6) (0.78 g; yields normally ranging from 75-90%).
↓298 |
TLC (CH2Cl2/acetone 8/2) Rf = 0.42. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 7.47 (d, J4 = 2.1 Hz, 2H, ArH), 6.8 (t, J4 = 2.1 Hz, 1H, ArH), 5.33 -5.31 (m, 1H, CHCH3), 3.76 - 3.53 (m, 14H, OCH 2), 3.37 (s, 3H, OCH 3), 1.37 (d, J3 = 6.4 Hz, 3H, CHCH 3 ). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.10 (-CO2), 141.87 (N3 C Ar), 133.46 (CO2 C Ar), 116.10 (HC Ar), 113.42 (HC Ar), 73.31 (OCH2), 71.67 (OCH2), 70.80 (CHCH3), 70.59 (OCH2), 70.37 (OCH2), 70.26 (OCH2), 58.74 (OCH3), 16.51 (CHCH 3). HR MS (ESI): m/z = 431.1649 (calcd 431.1644 for [M + Na]+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., MeOH/H2O 75/25, 0.8 ml/min, 7.2 MPa, 308 K, det. UV 254 nm, tR = 7.0 min.): 99.7 area %.
2-[2-(2-Methoxy-ethoxy)-ethoxy]-ethyl 3,5-diiodobenzoate 138
↓299 |
The title compound was prepared by esterification of 3,5-diiodobenzoic acid 137 [36] with 2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethanol 6 following the procedure described by Khan et al.[35]
In a one necked flask equipped with a condenser 11.39 g of 3,5-diiodobenzoic acid 137 (30.48 mmol, 1 equiv.) were suspended in 99 mL of thionyl chloride (ρ = 1.64 g/mL, 1371.6 mmol, 45 equiv.) and refluxed for 3 h. Excess thionyl chloride was removed in vacuum and the remaining residue was dried in vacuum over night (oil pump). After dissolving it in dry CH2Cl2 it was transferred to a stirred mixture of 3,6,9-trioxadecyl-1-ol 6 (4.86 mL, 30.48 mmol, ρ = 1.026 g/mL, 1.0 equiv.), triethylamine (12 mL, 76.2 mmol, ρ = 0.72 g/mL, 2.5 equiv.) and 4-dimethylaminopyridine (0.931 g, 7.62 mmol, 0.25 equiv.) in 80 mL of CH2Cl2 at 0 °C. The mixture was then allowed to warm up to room temperature and stirred over night. The brown mixture was transferred into a separation funnel, diluted with 100 mL of CH2Cl2 and 120 mL of sat. aqueous NH4Cl solution were added. The organic phase was separated, the aqueous phase was extracted with CH2Cl2 (3x) and the combined CH2Cl2 phases were washed with aqueous sat. NH4Cl (2 x), aqueous sat. NaHCO3 (2 x), and brine (1 x) and afterwards dried over MgSO4. The solvent was removed in vacuo and the title compound was isolated by column chromatography (PE/EtOAc 6/4) as colourless solid (11.77 g, 74%).
TLC (PE/EtOAc 1/1) Rf = 0.44. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.28 (d, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 8.18 (t, 4J = 1.6 Hz, 1H, H Ar), 4.45 - 4.42 (m, 2H, OCH 2), 3.80 - 3.77 (m, 2H, OCH 2), 3.69 - 3.60 (m, 6H, OCH 2), 3.52 - 3.49 (m, 2H, OCH 2), 3.34 (s, 3H, OCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 163.68 (-CO2-), 149.25 (HC Ar), 137.81 (HC Ar), 133.27 (-CO2-C Ar), 94.44 (IC Ar), 71.95 (OCH2), 70.76 (OCH2), 70.64 (OCH2), 69.02 (OCH2), 64.79 (OCH2), 59.11 (OCH3). MS (ESI): m/z = 520.93 ([M] + H+), 537.95 ([M] + NH4 +), 542.91 ([M] + Na+). HRMS (ESI): m/z = 537.9592, (calcd 537.9582 for [M] + NH4 +). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 6/4 → 95/5, UV 220 - 400nm, ret. time 8.3 min): 99 area %.
↓300 |
3,6,9-trioxadecyl 3,5-bis((triisopropylsilyl)ethynyl)-benzoate 139
In a three necked flask 11.77 g of (3,6,9-trioxadecyl) 3,5-diiodobenzoate 138 (22.63 mmol, 1 equiv.), 86 mg of CuI (0.453 mmol, 0.02 equiv.) and 297 mg of PPh3 (1.13 mmol, 0.05 equiv.) were suspended in 300 mL of a mixture of dry toluene/TEA (6/4). The solution was evacuated at rt and flushed with argon (4 cycles), freeze degassed (1 x) and Pd(PPh3)4 (523 mg, 0.453 mmol, 0.02 equiv.) was added under argon. After freeze degassing (1 x) TIPS-acetylene (15.2 mL, ρ = 0.813 g/mL, 67.9 mmol, 3 equiv.) was added via a syringe in the counterflow of argon. The reaction mixture was stirred at 70 °C for 3 d and after consumption of all starting material indicated by TLC monitoring (PE/EtOAc 1/1) the mixture was cooled down to rt and the solvent was removed in vacuo. Purification using column chromatography (PE/EtOAc 9/1 → 1/1) gave 11.56 g (81%) of the title compound.
↓301 |
TLC (PE/EtOAc 8/2) Rf = 0.24. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.04 (d, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 7.69 (t, 4J = 1.6 Hz, 1H, H Ar), 4.51 - 4.47 (m, 2H, OCH 2), 3.86 - 3.83 (m, 2H, OCH 2), 3.73 - 3.62 (m, 6H, OCH 2), 3.54 - 3.51 (m, 2H, OCH 2), 3.36 (s, 3H, OCH 3), 1.13 (s, 42H, SiCHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.46 (-CO2-), 139.20 (HC Ar), 132.88 (HC Ar), 130.63 (-CO2-C Ar), 124.29 (C Ar), 105.06 (C≡C), 92.81 (C≡C-CAr), 72.04 (OCH2), 70.81 (OCH2), 70.73 (OCH2), 69.27 (OCH2), 64.61 (OCH2), 59.15 (OCH3), 18.78 (SiCHCH3), 11.38 (SiCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 629.4061 (calcd 629.4052 [M] + H +), 646.4325, (calcd 646.4318 for [M] + NH4 +), 651.3881 (calc. 651.3872 [M] + Na+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 4/6 → 1/0, UV 220 - 400nm, ret. time 22.6 min): 98.7 area %.
3,6,9-trioxadecyl 3-ethynyl-5-((triisopropylsilyl)ethynyl)-benzoate 108
↓302 |
1) The starting material 139 (2.41 g, 3.83 mmol, 1 equiv.) was dissolved in 400 mL of THF, 0.22 mL of HOAc (3.83 mmol, 1 equiv.) were added and the mixture was cooled down to 0 °C. To the rapidly stirred reaction mixture was added a solution of TBAF (3.6 mL, 1 M solution in THF, 0.95 equiv.) via a syringe dropwise and while stirring for 10 min the mixture was allowed to reach rt. The mixture was filtered through a short silica plug using THF and the solvent was removed in vacuo. Purification by column chromatography (PE/EtOAc 8/2 → 6/4) gave 0.61 g of yellow oil (34%). Starting material (3,6,9-trioxadecyl) 3,5-bis((triisopropylsilyl)ethynyl)-benzoate 139 could be recovered and 3,6,9-trioxadecyl 3,5-di(ethynyl)-benzoate 140 isolated.
2) A flame dried three-necked flask was charged with 60 mL of dry THF and 3,6,9-trioxadecyl 3,5-di(ethynyl)-benzoate 140 (2.585 g, 8.173 mmol, 1 equiv.) and the mixture was cooled down to -100 °C. To the stirred solution were added 5.6 mL of n-BuLi (1.6 M solution in hexane, 8.99 mmol, 1.1 equiv.) and after stirring at -100 °C for 30 min. 2.62 mL TIPS-Cl (12.26 mL, 1.5 equiv.) were added. After stirring at -100 °C for 15 min. the reaction was quenched by pouring the reaction mixture into an aqueous sat. NH4Cl solution (100 mL). The aqueous phase was extracted with EtOAc (4x, 60 mL). The combined organic phases were washed with water (1x, 80 mL), sat. aqueous NaCl solution (1x) and dried over MgSO4. Purification by column chromatography (PE/EtOAc 9/1 → EtOAc) gave 1.582 g of an yellow oil (41%). Starting material 140 and compound 139 were isolated as well.
TLC (PE/EtOAc 1/1) Rf = 0.44. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.09 (d, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 7.74 (t, 4J = 1.6 Hz, 1H, H Ar), 4.50 - 4.47 (m, 2H, OCH 2), 3.85 - 3.82 (m, 2H, OCH 2), 3.74 - 3.63 (m, 6H, OCH 2), 3.55 - 3.51 (m, 2H, OCH 2), 3.37 (s, 3H, OCH 3), 3.13 (s, 1H, C≡C-H), 1.13 (s, 21H, SiCHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.17 (-CO2-), 139.44 (HC Ar), 133.19 (HC Ar), 132.81 (HC Ar), 130.73 (-CO2-C Ar), 124.39 (C Ar), 122.87 (C Ar), 104.79 (C≡C), 93.05 (C≡C), 81.84 (C≡C), 78.87 (C≡C), 71.97 (OCH2), 70.74 (OCH2), 70.69 (OCH2), 70.65 (OCH2), 69.15 (OCH2), 64.58 (OCH2), 59.07 (OCH3), 18.70 (SiCHCH3), 11.29 (SiCHCH3). MS (ESI): m/z = 473.2 ([M] + H +), 490.3 ([M] + NH4 +), 495.3 ([M] + Na+), 962.4 (2[M] + NH4 +), 967.6 (2[M] + Na+). HRMS (ESI): m/z = 473.2738, (calcd 473.2718 for [M] + H+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 4/6 → 1/0, UV 220 - 400nm, ret. time 18.5 min): 99.7 area %.
↓303 |
3,6,9-trioxadecyl 3,5-di(ethynyl)-benzoate 140
The title compound was obtained as colorless solid as ”byproduct” throughout the synthesis of 108 in yields ranging from 30% - 40%.
↓304 |
TLC (PE/EtOAc 1/1) = 0.25. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.06 (d, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 7.69 (t, 4J = 1.6 Hz, 1H, H Ar), 4.44 - 4.41 (m, 2H, OCH 2), 3.79 - 3.76 (m, 2H, OCH 2), 3.67 - 3.58 (m, 6H, OCH 2), 3.50 - 3.47 (m, 2H, OCH 2), 3.31 (s, 3H, OCH 3), 3.14 (s, 2H, C≡C-H). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.85 (-CO2-), 139.32 (HC Ar), 133.24 (HC Ar), 130.76 (C Ar-CO2-), 122.96 (C ArC≡C), 81.56 (C≡C), 79.14 (C≡C), 71.86 (OCH2), 70.63 (OCH2), 70.54 (OCH2), 70.52 (OCH2), 69.00 (OCH2), 64.53 (OCH2), 58.94 (OCH3). MS (ESI): m/z = 317.2 334.2 ([M] + NH4 +), ([M] + H +), 339.3 ([M] + Na+), 355.2 ([M] + K+), 649.5 (2[M] + NH4 +), 655.6 (2[M] + Na+). HRMS (ESI): m/z = 317.1395, (calcd 317.1384 for [M] + H+).
3-Azido-5-(4-{4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy)}-6-[(triisopropyl-silanyl)-ethynyl]-pyridin-2-yl-[1,2,3]-triazole-1-yl)-benzoic acid (2S)-4,7,10,13-tetraoxatetradecan-2-yl ester 142
↓305 |
The reaction was performed with 1 9 (1 equiv.) and 107 (1 equiv.) following the click reaction protocol # 1 using the amount of 5 mol% CuSO4, 5 mol% TBTA and 20 mol% sodium ascorbate and the reaction was stirred for 4 d under argon atmosphere. The title compound was isolated using column chromatography (gradient CH2Cl2 → CH2Cl2/acetone 8/2) as yellow oil (26-35%). Compound 141 was isolated as well.
TLC (CH2Cl2/acetone 85/15) Rf = 0.6. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.76 (s, 1H, ArH), 8.16 (t, J4 = 1.6 Hz, 1H, ArH), 7.74 (t, J4 = 1.8 Hz, 3H, ArH), 7.0 (d, J4 = 2.4 Hz, 1H, ArH), 5.42 – 5.32 (m, 1H, CHCH3 ), 4.28 (t, J3 = 4.8 Hz, 2H, OCH 2), 3.89 (t, J3 = 4.9 Hz, 2H, OCH 2), 3.75 – 3.47 (m, 22H, OCH 2), 3.35 (s, 3H, OCH 3), 3.32 (s, 3H, OCH 3), 1.38 (d, J3 = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3), 1.14, 1.13 (s, s, 21H, SiCHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.62 (-CO2-), 163.93 (-CO2-), 151.29 (C Ar), 148.73 (C Ar), 144.18 (C Ar), 142.50 (C Ar), 138.13 (C Ar), 133.93 (C Ar), 120.95 (C Ar),119.96 (C Ar), 117.07 (C Ar), 115.03 (C Ar), 114.96 (C Ar), 105.84 (C Ar), 105.72 (C≡C), 91.57 (C≡C), 73.53 (OCH2), 71.91 (OCH2), 71.88 (OCH2), 71.38 (OCH2), 71.31 (OCH2), 70.92 (OCH2), 70.77 (OCH2), 70.62 (OCH2), 70.60 (CHCH3), 70.56 (OCH2), 70.44 (OCH2), 69.24 (OCH2), 67.81 (OCH2), 58.99 (OCH3), 58.93 (OCH3), 18.66 (Si-CH-CH3), 16.69 (CHCH3), 11.26 (Si-CH). MS (ESI): m/z= 854 ([M + H]+), 876 ([M + Na]+), 892 ([M + K]+). HRMS (ESI): m/z= 876.4293 (calcd 876.4297 for [M + Na]+). HPLC (CH3CN/H2O 85/15, tR = 5.7 min): 98 area %.
(S)-2,5,8,11-tetraoxatetradecan-13-yl 3,5-bis( -4-(4-(3,6,9-trioxadec-1-yloxy )-6-((triisopro-pylsilyl)ethynyl)pyridin-2-yl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)benzoate 141
↓306 |
The reaction was performed with 1 9 (1 equiv.) and 107 (1 equiv.) following the click reaction protocol # 1 using the amount of 5 mol% CuSO4, 5 mol% TBTA and 20 mol% sodium ascorbate and the reaction was stirred for 4 d under argon atmosphere. The title compound was isolated using column chromatography (gradient CH2Cl2 → CH2Cl2/acetone 8/2) as yellow oil (26-35%). Compound 140 was isolated as well.
TLC (CH2Cl2/acetone 85/15) Rf = 0.28. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.89 (s, 2H, ArH), 8.74 (t, J4 = 2.0 Hz, 1H, ArH), 8.54 (d, J4 = 2.0 Hz, 2H, ArH), 7.79 (d, J4 = 2.4 Hz, 2H, ArH), 7.04 (d, J4 = 2.4 Hz, 2H, ArH), 5.51 – 5.41 (m, 1H, CHCH3), 4.32 (t, J3 = 4.9 Hz, 4H, OCH 2), 3.92 (t, J3 = 4.9 Hz, 4H, OCH 2), 3.82 – 3.48 (m, 30H, OCH 2), 3.38 (s, 6H, OCH 3), 3.33 (s, 3H, OCH 3), 1.45 (d, J3 = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3), 1.13 (s, s, 42H, SiCHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.35 (OC Ar), 163.43 (-CO2-), 151.32 (C Ar), 148.66 (C Ar), 144.04 (C Ar), 137.99 (C Ar), 133.84 (C Ar), 121.25 (C Ar), 120.36 (C Ar), 115.57 (C Ar), 114.73 (C Ar), 105.94 (C Ar), 105.67 (C≡C), 90.70 (C≡C), 73.43 (OCH2), 71.74 (OCH2), 71.69 (CHCH3), 71.38 (OCH2), 70.77 (OCH2), 70.64 (OCH2), 70.47 (OCH2), 70.44 (OCH2), 70.38 (OCH2), 70.22 (OCH2), 69.12 (OCH2), 67.70 (OCH2), 58.74 (OCH3), 58.67 (OCH3), 18.57 (Si-CH-CH3), 16.60 (CHCH3), 11.12 (Si-CH). MS (ESI): m/z= 1299 ([M + H]+), 1321 ([M + Na]+). HRMS (ESI): m/z= 1321.6953 (calcd 1321.6946 for [M + Na]+). HPLC (125 mm Nucleodur 100-5-C18, 4.0 mm i.D., MeOH/H2O 95/5, 0.8 ml/min, 7.5 MPa, 308 K, det. UV 220 nm, tR = 13.6 min.): 99.5 area %.
↓307 |
(S)-2,5,8,11-tetraoxatetradecan-13-yl 3,5-bis(-4-((3,6,9-trioxadec-1-yloxy)-6-ethynylpyridin-2-yl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)benzoate 143
141 (743 mg, 0.57 mmol, 1 equiv.) was dissolved in 50 mL of THF and cooled down to 0 °C. Under stirring 1.7 mL of a 1 M TBAF-THF solution (3 equiv.) was added drop by drop and the mixture was allowed to reach rt within 10 min. After consumption of all starting material indicated by TLC monitoring (CH2Cl2/acetone 8/2) the mixture was filtered through a silica gel plug and the product was eluted with THF. Removal of the solvent in vacuo followed by isolation of the title compound using column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2 + 4 % MeOH) gave the title compound as yellow oil (533 mg, 94%).
↓308 |
TLC (CH2Cl2/MeOH 96/4) Rf = 0.14. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.85 (s, 2H, ArH), 8.68 (t, J4 = 2.0 Hz, 1H, ArH), 8.43 (d, J4 = 2.0 Hz, 2H, ArH), 7.71 (d, J4 = 2.3 Hz, 2H, ArH), 6.94 (d, J4 = 2.3 Hz, 2H, ArH), 5.51 – 5.41 (m, 1H, CHCH3), 4.24 (t, J3 = 4.8 Hz, 4H, OCH 2), 3.85 (t, J3 = 4.7 Hz, 4H, OCH 2), 3.75 – 3.41 (m, 30H, OCH 2), 3.29 (s, 6H, OCH 3), 3.25 (s, 3H, OCH 3), 3.16 (s, 2H, C≡CH), 1.38 (d, J3 = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.34 (OC Ar), 163.15 (-CO2-), 150.99 (C Ar), 148.30 (C Ar), 142.78 (C Ar), 137.66 (C Ar), 133.78 (C Ar), 120.59 (C Ar), 119.70 (C Ar), 114.93 (C Ar), 114.05 (C Ar), 105.94 (C Ar), 82.38 (C≡C), 76.97 (C≡C), 73.22 (OCH2), 71.56 (OCH2), 71.52 (OCH2), 71.23 (CHCH3), 70.58 (OCH2), 70.44 (OCH2), 70.29 (OCH2), 70.25 (OCH2), 70.21 (OCH2), 70.07 (OCH2), 68.90 (OCH2), 67.63 (OCH2), 58.64 (OCH3), 58.58 (OCH3), 16.50 (CHCH3). MS (ESI): m/z= 987.5 ([M + H]+), 1009.5 ([M + Na]+). HRMS (ESI): m/z= 987.4459 (calcd 987.4458 for [M + H]+). HPLC (CH3CN/H2O 4/6 → 95/5, tR = 14.5 min): 100 area %.
(S)-Bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl) 3,3'-(4,4'-(6,6'-(1,1'-(5-(3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecan-1-oyl)-1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(4-(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethoxy)pyridine-6,2-diyl))bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))dibenzoate 146
↓309 |
Following the click reaction procedure # 1 the diethynyl component 143 (1 equiv.) was coupled with the aryl monoazide 112 (3 equiv.). After stirring for 5 d followed by the general aqueous work up the title compound was isolated as colorless wax (115 mg, 90%) using column chromatography (CH2Cl2 + 30 % acetone → CH2Cl2 → CH2Cl2 + 4 % MeOH).
TLC (CH2Cl2/MeOH 97/3) Rf = 0.18. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.94 (br s, 2H, ArH), 8.82 (br s, 2H, ArH), 8.69-8.67 (m, 1H, ArH), 8.60-8.59 (m, 2H, ArH), 8.49-8.48 (m, 2H, ArH), 8.12-8.07 (m, 4H, ArH), 7.77 (br s, 4H, ArH), 7.61 (t, J3 = 7.9 Hz, 2H, ArH), 5.50-5.40 (m, 1H, CHCH3), 4.48 (t, J3 = 4.8 Hz, 4H, OCH 2), 4.39 (m, 4H, OCH 2), 3.97 (t, J3 = 4.1 Hz, 4H, OCH 2), 3.85-3.45 (m, 50H, OCH 2), 3.37 (s, 6H, OCH 3), 3.31 (s, 6H, OCH 3), 3.30 (s, 3H, OCH 3), 1.44 (d, J3 = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 166.65, 165.15, 163.74, 151.18, 150.66, 149.28, 148.80, 138.13, 137.02, 134.22, 131.89, 129.95, 129.8, 129.16, 128.87, 128.06, 124.59, 121.27, 120.6, 115.44, 106.61, 106.33, 73.56, 71.94, 71.87, 71.72, 70.99, 70.85, 70.68, 70.6, 70.55, 70.44, 69.32, 69.03, 68.0, 64.66, 59.03, 58.96, 16.78. HRMS (ESI): m/z= 803.3537 (calcd 803.3590 for ([M + 2H]2+/2). HPLC (CH3CN/H2O 7/3 → CH3CN, tR = 6.0 min): 98 area %. GPC (THF, RI signal): Mw= 1.65∙103g/mol, Mn= 1.65∙103g/mol, PDI= 1.00.
Oligomer 145
↓310 |
Following the general “Click reaction” procedure # 1 compound 143 (1 equiv.) was reacted with compound 142 (2.2 equiv. per mol 5) under Cu(I) catalysis for 5 d under argon atmosphere and after consumption of all acetylene starting material monitored by HPLC the reaction was worked up as described above. Purification using column chromatography (CH2Cl2 + 25 % acetone → CH2Cl2 → CH2Cl2 + 4 % MeOH) gave the title compound as slightly yellow wax (182 mg, 85%).
TLC (CH2Cl2/MeOH 97/3) Rf = 0.14. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.0-8.49 (m, 15H, ArH), 7.81-7.73 (m, 6H, ArH), 7.0 (br s, 2H, ArH), 5.50-5.36 (m, 3H, CHCH3), 4.48 (br s, 4H, OCH 2), 4.20 (br s, 4H, OCH 2), 4.04-3.43 (m, 82H, OCH 2), 3.37 (s, 12H, OCH 3), 3.29 (s, 9H, OCH 3), 1.44-1.40 (m, 9H, CHCH 3), 1.12 (s, 42H, SiHCH 3, SiHCH3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 166.23, 165.39, 163.78, 163.56, 151.08, 150.95, 148.92, 148.82, 144.04, 138.16, 137.85, 133.87, 121.10, 120.44, 116.09, 115.45, 114.34, 106.07, 105.44, 91.36, 73.54, 73.46, 71.84, 71.82, 71.77, 71.70, 71.44, 71.38, 70.80, 70.50, 70.37, 70.28, 69.10, 67.85, 67.58, 58.94, 58.85, 58.79, 18.47, 16.80, 16.66, 11.06. MS (ESI-TOF): m/z= 899.1 (calcd 898.8 for ([M + 3H]3+/3), 906.1 (calcd 906.1 for ([M + 2H + Na]3+/3), 913.7 (calcd 913.4 for ([M + 2Na + H]3+/3), 1348.1 (calcd 1347.7 for ([M + 2H]2+/2), 1359.1 (calcd 1358.6 for ([M + H + Na]2+/2), 1368.6 (calcd 1369.6 for ([M + 2Na]2+/2). HPLC (CH3CN/H2O 7/3→ CH3CN, tR = 18.3 min): 98.6 area %.
↓311 |
Oligomer 144
Compound 145 (171 mg, 0.64 mmol, 1 equiv.) was dissolved in 40 mL of THF and cooled down to 0 °C. Under stirring 0.25 mL of a 1 M TBAF-THF solution (0.25 mmol, 3 equiv.) were added drop by drop and the mixture was stirred at 0 °C for 10 min., allowed to reach rt and stirred at rt for 25 min. After consumption of all starting material indicated by TLC monitoring (CH2Cl2 + 5 % MeOH) the mixture was filtered through a silica gel plug and the product eluted with THF containing 5 % MeOH. Removal of the solvent in vacuo followed by isolation of the title compound using column chromatography (CH2Cl2 + 5 % MeOH) gave the title compound as colorless wax (139 mg, 92%).
↓312 |
TLC (CH2Cl2/MeOH 95/5) Rf = 0.12. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.20-8.37 (m, 15H, ArH), 7.89-7.63 (m, 6H, ArH), 6.99 (br s, 2H, ArH), 5.53-5.32 (m, 3H, CHCH3), 4.38 (br s, 4H, OCH 2), 4.27 (br s, 4H, OCH 2), 4.05-3.42 (m, 82H, OCH 2), 3.34, 3.35 (s, s, 12H, OCH 3), 3.31 (s, 9H, OCH 3), 3.16 (br s, 2H, C≡CH), 1.45-1.41 (m, 9H, CHCH 3). HRMS (ESI-TOF): m/z= 794.6824 (calcd 794.6915 for ([M + 3H]3+/3), 802.0134 (calcd 802.0188 for ([M + 2H + Na]3+/3), 809.3365 (calcd 809.3462 for ([M + 2Na + H]3+/3), 816.6608 (calcd 816.6734 for ([M + 3Na]3+/3), 1192.0378 (calcd 1191.5337 for ([M + 2H]2+/2), 1203.0344 (calcd 1202.5246 for ([M + Na +H]2+/2), 1214.0071 (calcd 1213.5156 for ([M + 2Na]2+/2). MS (High-resolution ESI-MS): m/z = 1191.5370 (calcd 1191.5337 for [M + 2H]2+/2). HPLC (CH3CN/H2O 7/3→ CH3CN, tR = 6.8 min): 99.6 area %.
Oligomer 147 |
Following the general click reaction procedure # 1 compound 144 (1 equiv.) was coupled to compound 112 (2.4 equiv. per mol 144). The mixture was stirred for 10 d. The title compound was isolated as yellow wax (75 mg, 86%) using column chromatography (CH2Cl2 + 1 % MeOH → CH2Cl2 + 8 % MeOH) followed by preparative TLC (CH2Cl2 + 7 % MeOH).
↓313 |
TLC (CH2Cl2/MeOH 95/5) Rf = 0.16. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.41-6.72 (m, 33H, ArH), 5.59-5.19 (m, 3H, CHCH3), 4.67-2.88 (m, 141H, OCH 2, OCH 3), 1.68-1.38 (m, 9H, CHCH 3). HRMS (ESI-TOF): m/z= 1001.0893 (calcd 1000.7798 for ([M + 3H]3+/3), 1008.4095 (calcd 1008.1071 for ([M + 2H + Na]3+/3), 1501.6212 (calcd 1500.6661 for ([M + 2H]2+/2). GPC (THF, UV 254 nm): Mw= 2.18∙103g/mol, Mn= 1.85∙103g/mol, PDI= 1.17.
3-Azido-5-(4-{4-(3,6,9-trioxadec-1-ylcarboxy)}-6-[(triisopropyl-silanyl)-ethynyl]-phen-2-yl-[1,2,3]-triazole-1-yl)-benzoic acid (2S)-4,7,10,13-tetraoxatetradecan-2-yl ester 150
↓314 |
The title compound was generated using the click reaction protocol # 2 starting from 108 (1 equiv.) and 107 (1 equiv.) and isolated by column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2/acetone 85/15) as yellow oil in yields ranging from 28 – 40%. 151 was isolated as well.
TLC (CH2Cl2/acetone 85/15) Rf = 0.36. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.48 (s, 1H, H Ar), 8.46 (t, 4J = 1.6 Hz, 1H, H Ar), 8.26 (t, 4J = 1.5 Hz, 1H, H Ar), 8.14 (t, 4J = 1.6 Hz, 1H, H Ar), 8.12 (t, 4J = 1.6 Hz, 1H, H Ar), 7.78 – 7.76 (m, 2H, H Ar), 5.43 - 5.33 (m, 1H, CHCH3), 4.54 - 4.51 (m, 2H, OCH 2), 3.88 - 3.85 (m, 2H, OCH 2), 3.76 - 3.47 (m, 22H, OCH 2), 3.32 (s, 6H, OCH 3), 1.40 (d, 3J = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3), 1.14 (br s, 21H, SiCHCH 3 ). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.98 (-CO2-), 163.42 (-CO2-), 146.36 (C Ar), 141.93 (C Ar), 137.67 (C Ar), 133.32 (C Ar), 132.66 (HC Ar), 132.27 (HC Ar), 130.66 (C Ar), 130.37 (C Ar), 126.08 (HC Ar), 124.20 (C Ar), 119.18 (HC Ar), 118.93 (HC Ar), 116.38 (HC Ar), 114.25 (HC Ar), 105.09 (C≡C), 91.93 (C≡C), 73.16 (OCH2), 71.47 (OCH2), 71.42 (OCH2), 70.88 (OCHCH3), 70.44 (OCH2), 70.32 (OCH2), 70.22 (OCH2), 70.14 (OCH2), 70.12 (OCH2), 70.01 (OCH2), 68.71 (OCH2), 64.11 (OCH2), 58.41 (OCH3), 18.30 (SiCHCH3), 16.26 (OCHCH3), 10.88 (SiCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 881.4468, (calcd 881.4475 for [M] + H+); 903.4292 (calc 903.4295 for [M] + Na+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 7/3 → 10/0, UV 220 - 400nm, ret. time 13.9 min): 97.7 area %.
(S)-2,5,8,11-tetraoxatetradecan-13-yl 3,5-bis(-4-(4-(3,6,9-trioxadec-1-ylcarboxy)-6-((triisopropylsilyl)ethynyl)phen-2-yl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)benzoate 151
↓315 |
The title compound was generated using the click reaction protocol # 2 starting from 108 (1 equiv.) and 107 (1 equiv.) and isolated by column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2/acetone 8/2) as yellow oil in yields ranging from 23 – 35%. 150 was isolated as well.
TLC (CH2Cl2/MeOH 100/1) Rf = 0.22. 1 H - NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.71 (s, 2H, H Ar), 8.68 (t, 4J = 2.0 Hz, 1H, H Ar), 8.54 (d, 4J = 2.1 Hz, 2H, H Ar), 8.49 (t, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 8.28 (t, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 8.11 (t, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 5.47 - 5.36 (m, 1H, CHCH3), 4.53 - 4.49 (m, 4H, OCH 2), 3.88 - 3.85 (m, 4H, OCH 2), 3.75 - 3.43 (m, 30H, OCH 2), 3.29 (s, 6H, OCH 3), 3.27 (s, 3H, OCH 3), 1.42 (d, 3J = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3), 1.14 (br s, 42H, SiCHCH 3 ). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.97 (-CO2-), 163.17 (-CO2-), 146.54 (C Ar), 137.64 (C Ar), 133.57 (C Ar), 132.64 (HC Ar), 132.32 (HC Ar), 130.71 (C Ar), 130.37 (C Ar), 126.06 (C Ar), 124.28 (C Ar), 119.72 (HC Ar), 119.20 (HC Ar), 114.67 (HC Ar), 105.09 (C≡C), 92.01 (C≡C), 77.54 (OCH2), 77.11 (OCH2), 76.68 (OCH2), 73.25 (OCH2), 71.48 (OCH2), 71.39 (OCH2), 71.15 (OCHCH3), 70.51 (OCH2), 70.39 (OCH2), 70.28 (OCH2), 70.19 (OCH2), 70.15 (OCH2), 70.02 (OCH2), 68.77 (OCH2), 64.14 (OCH2), 58.42 (OCH3), 58.35 (OCH3), 18.35 (SiCHCH3), 16.33 (OCHCH3), 10.91 (SiCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 1353.7137, (calcd 1353.7120 for [M] + H+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 7/3 → 10/0, UV 220 - 400nm, ret. time 10.5 min): 99.6 area %.
↓316 |
(S)-2,5,8,11-tetraoxatetradecan-13-yl 3,5-bis(-4-(4-(3,6,9-trioxadec-1-ylcarboxy)-6-(ethynyl)phen-2-yl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)benzoate 152
The title compound was obtained using the “TBAF in THF deprotection procedure” starting from 151 followed by purification using column chromatography (CH2Cl2/acetone 8/2) as yellow oil in 85% yield.
↓317 |
TLC (CH2Cl2/acetone 8/2) Rf = 0.12. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.82 (s, 2H, H Ar), 8.52 (t, 4J = 2.0 Hz, 1H, H Ar), 8.40 (d, 4J = 2.1 Hz, 2H, H Ar), 8.35 (t, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 8.16 (t, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 7.93 (t, 4J = 1.6 Hz, 2H, H Ar), 5.33 - 5.26 (m, 1H, CHCH3), 4.40 - 4.38 (m, 4H, OCH 2), 3.80 - 3.77 (m, 4H, OCH 2), 3.72 - 3.33 (m, 30H, OCH 2), 3.19 (s, 6H, OCH 3), 3.16 (s, 3H, OCH 3), 1.34 (d, 3J = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.01 (-CO2-), 163.34 (-CO2-), 146.61 (C Ar), 137.68 (C Ar), 133.79 (C Ar), 132.97 (C Ar), 132.57 (C Ar), 130.88 (C Ar), 130.45 (C Ar), 126.66 (C Ar), 123.12 (C Ar), 119.86 (C Ar), 119.03 (C Ar), 114.71 (C Ar), 81.97 (C≡C), 79.01 (C≡C), 73.39 (OCH2), 71.66 (OCH2), 71.59 (OCH2), 71.43 (OCH2), 70.65 (OCH2), 70.53 (OCH2), 70.41 (OCH2), 70.36 (OCHCH3), 70.32 (OCH2), 70.20 (OCH2), 68.88 (OCH2), 64.38 (OCH2), 58.67 (OCH3), 58.65 (OCH3), 16.56 (OCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 521.2272, (calcd 521.2262 for [M] + 2H+); 543.2090, (calcd 543.2082 for [M] + 2Na+); 529.7404 (calc 529.7395 for [M] + H+ + NH4 +); 532.2181 (calc 532.2172 for [M] + H+ + Na+); 1041.4454 (calc 1041.4452 for [M] + H+); 1063.4283 (calc 1063.4271 for [M] + Na+); 1058.4731 (calc 1058.4717 for [M] + NH4 +); 1079.4018 (calc 1079.4010 for [M] + K+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 4/6 → 95/5, UV 220 - 400nm, ret. time 15.8 min): 99.9 area %.
(S)-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl) 5,5'-(1,1'-(5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)-1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(3-(1-(3-(4-(3-2,5,8,11-tetraoxadodecane-5-((triisopropylsilyl)ethynyl)phenyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)-5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)benzoate) 153
↓318 |
The title compound was generated using the click reaction protocol # 2 starting from 152 (1 equiv.) and 150 (2.3 equiv.) and isolated by column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2/MeOH 96.5/3.5) as yellow oil (61%).
TLC (CH2Cl2/MeOH 96.5/3.5) Rf = 0.2. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.02 (br s, 3H, H Ar), 8.86 – 8.73 (m, 8H, H Ar), 8.57 – 8.50 (m, 12H, H Ar), 8.30 (br s, 2H, H Ar), 8.11 (br s, 2H, H Ar), 5.41 (br s, 3H, CHCH3), 4.52 (br s, 8H, OCH 2), 3.94 - 3.87 (m, 8H, OCH 2), 3.83 - 3.42 (m, 74H, OCH 2), 3.32 (s, 6H, OCH 3), 3.27 (s, 3H, OCH 3), 3.26 (s, 12H, OCH 3), 1.48 (d, 3J = 6.6 Hz, 3H, CHCH 3), 1.43 (d, 3J = 6.6 Hz, 6H, CHCH 3), 1.15 (s, 42H, SiCHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.42 (-CO2-), 163.52 (-CO2-), 163.46 (-CO2-), 147.16 (C Ar), 146.99 (C Ar), 137.94 (C Ar), 137.89 (C Ar), 137.83 (C Ar), 133.90 (C Ar), 133.84 (C Ar), 133.07 (C Ar), 132.77 (C Ar), 131.39 (C Ar), 131.01 (C Ar), 130.91 (C Ar), 130.58 (C Ar), 126.78 (C Ar), 126.74 (C Ar), 126.46 (C Ar), 126.28 (C Ar), 126.25 (C Ar), 124.65 (C Ar), 120.08 (C Ar), 119.90 (C Ar), 119.76 (C Ar), 119.68 (C Ar), 119.36 (C Ar), 119.20 (C Ar), 114.98 (C Ar), 114.55 (C Ar), 105.31 (C≡C), 92.49 (C≡C), 77.31 (OCH2), 73.56 (OCH2), 71.80 (OCH2), 71.75 (OCH2), 71.72 (OCH2), 71.52 (OCH2), 70.87 (OCH2), 71.81 (OCH2), 71.78 (OCH2), 70.65 (OCH2), 70.58 (OCH2), 70.50 (OCH2), 70.48 (OCH2), 70.45 (OCH2), 70.34 (OCH2), 69.07 (OCH2), 64.46 (OCH2), 58.85 (OCH3), 58.77 (OCH3), 58.66 (OCH3), 18.63 (SiCHCH3), 16.75 (OCHCH3), 16.70 (OCHCH3), 11.21 (SiCHCH3). MS (ESI): m/z = 2803.9, (calcd 2802.3 for [M] + H+), 1402.1, (calcd 1402.1 for [M] + 2H+), 1869.5 (calcd 1869.4 for 2[M] + 3H+). HRMS (ESI): m/z = 1402.1679, (calcd 1402.1526 for [M] + 2H+). GPC (DMF, RI signal): Mw= 3.6∙103 g/mol, Mn= 3.36∙103 g/mol, PDI= 1.07.
(S)-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl) 5,5'-(1,1'-(5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)-1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(3-(1-(3-(4-(3-2,5,8,11-tetraoxadodecane-5-ethynylphenyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)-5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)benzoate) 154
↓319 |
The title compound was prepared by deprotecting 153 using the “TBAF in THF deprotection procedure” followed by purification using column chromatography (CH2Cl2/MeOH 99/1 → CH2Cl2/MeOH 95/5) as yellow oil in 93% yield.
TLC (CH2Cl2/MeOH 95/5) Rf = 0.2. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.00 (br s, 3H, H Ar), 8.91 (br s, 2H, H Ar), 8.64 (br s, 5H, H Ar), 8.58 – 8.39 (m, 12H, H Ar), 8.23 (br s, 2H, H Ar), 8.01 (br s, 2H, H Ar), 5.38 (br s, 3H, OCHCH3), 4.46 (br s, 8H, OCH 2), 3.94 - 3.40 (m, 92H, OCH 2), 3.27 (s, 6H, OCH 3), 3.24 (s, 15H, OCH 3), 3.21 (s, 2H, C≡CH), 1.42 – 1.40 (m, 9H, OCHCH 3). MS (ESI): m/z = 2491.7, (calcd 2491.0 for [M] + H+), 1246.0 (calcd 1246.0 for [M] + 2H+), 1661.2, (calcd 1661.2 for 2[M] + 3H+). HRMS (ESI): m/z = 1246.0346 (calcd 1246.0311 for [M] + 2H+). GPC (DMF, RI signal): Mw= 3.3∙103 g/mol, Mn= 3.28∙103 g/mol, PDI= 1.00.
↓320 |
(S)-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl) 5,5'-(1,1'-(5-(3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)-1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(3-(1-(3-2,5,8,11-tetraoxadodecanephenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)benzoate) 148
The title compound was generated using the click reaction protocol # 3 starting from 152 (1 equiv.) and 112 (3 equiv.). The product 148 was isolated by column chromatography (CH2Cl2/MeOH 99/1 → CH2Cl2/MeOH 96/4) as colorless wax (54%).
↓321 |
TLC (CH2Cl2/MeOH + 1 dropp TEA 97/3) Rf = 0.23. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.93 (s, 2H, H Ar), 8.75 - 8.73 (m, 3H, H Ar), 8.66 (s, 2H, H Ar), 8.55 - 8.53 (m, 6H, H Ar), 8.44 (s, 2H, H Ar), 8.12 - 8.10 (m, 4H, H Ar), 7.63 (t, 3J = 8.0 Hz, 2H, H Ar), 5.49 - 5.39 (m, 1H, CHCH3), 4.55 - 4.50 (m, 8H, OCH 2), 3.93 - 3.83 (m, 8H, OCH 2), 3.83 - 3.45 (m, 46H, OCH 2), 3.31 (s, 6H, OCH 3), 3.28 (s, 6H, OCH 3), 3.27 (s, 3H, OCH 3), 1.46 (d, 3J = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.77 (-CO2-), 165.19 (-CO2-), 163.63 (-CO2-), 147.49 (C Ar), 147.14 (C Ar), 138.03 (C Ar), 136.98 (C Ar), 134.12 (C Ar), 131.91 (C Ar), 131.19 (C Ar), 130.99 (C Ar), 130.07 (C Ar), 129.84 (C Ar), 127.10 (C Ar), 126.65 (C Ar), 126.58 (C Ar), 124.57 (C Ar), 121.04 (C Ar), 120.13 (C Ar), 119.12 (C Ar), 118.84 (C Ar), 115.10 (C Ar), 73.64 (OCH2), 71.90 (OCH2), 71.85 (OCH2), 71.67 (OCH2), 70.91 (OCHCH3), 70.80 (OCH2), 70.74 (OCH2), 70.68 (OCH2), 70.60 (OCH2), 70.46 (OCH2), 69.15 (OCH2), 69.10 (OCH2), 64.72 (OCH3), 64.56 (OCH3), 58.98 (OCH3), 58.94 (OCH3), 58.92 (OCH3), 16.84 (OCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 830.3611, (calcd 830.3587 for [M] + 2H+); 841.3517, (calcd 841.3497 for [M] + H + Na+); 852.3424 (calc 852.3406 for [M] + 2Na+).HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 4/6 → 95/5, UV 220 - 400nm, ret. time 17.3 min): 99.9 area %. GPC (DMF, RI signal): Mw= 2.45∙103 g/mol, Mn= 2.43∙103 g/mol, PDI= 1.00.
(S)-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl) 5,5'-(1,1'-(5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)-1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(3-(1-(3-(4-(3-(1-(3-2,5,8,11-tetraoxadodecanephenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)-5-2,5,8,11-tetraoxadodecanephenyl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)-5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)benzoate) 149
↓322 |
The title compound was generated using the click reaction protocol # 2 starting from 154 (1 equiv.) and 112 (4 equiv.). The product was isolated by column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2/MeOH 85/15 + 0.2% TEA) as colorless wax (42%).
TLC (CH2Cl2/MeOH 96.5/3.5) Rf = 0.22. 1 H -NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.26 - 9.06 (m, 3H, H Ar), 9.00 - 8.91 (m, 3H, H Ar), 8.82 - 8.34 (m, 23H, H Ar), 8.17 - 8.06 (m, 5H, H Ar), 7.67 - 7.55 (m, 2H, H Ar), 5.51 - 5.36 (m, 3H, OCHCH3), 4.63 - 4.41 (m, 12H, OCH 2), 3.99 - 3.44 (m, 102H, OCH 2), 3.32 - 3.25 (m, 27H, OCH 3), 1.47 – 1.45 (m, 9H, CHCH 3). MS (ESI): m/z = 3110.5 (calcd 3110.3 for [M] + H+), 2074.0 (calcd 2073.9 for 2[M] + 3H+), 1555.1 (calcd 1555.1 for [M] + 2H+). HRMS (ESI): m/z = 1555.1558 (calcd 1555.1670 for [M] + 2H+). GPC (DMF, RI signal): Mw= 4.02∙103 g/mol, Mn= 3.9∙103 g/mol, PDI= 1.03.
3-Azido-5-(4-{4-(3,6,9-trioxadec-1-ylcarboxy)}-6-[(triisopropyl-silanyl)-ethynyl]-pyrid-2-yl-[1,2,3]-triazole-1-yl)-benzoic acid (2S)-4,7,10,13-tetraoxatetradecan-2-yl ester 113
↓323 |
The title compound was generated using the click reaction protocol # 2 starting from 9 (1 equiv.) and 107 (1 equiv.) and isolated by column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2/acetone 85/15) as yellow oil in yields ranging from 23 – 24%. Compound 114 was isolated as well.
TLC (CH2Cl2/acetone 85/15) Rf = 0.45. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.83 (s, 1H, H Ar), 8.71 (d, 3J = 4.7 Hz, 1H, H Ar), 8.19 – 8.18 (m, 1H, H Ar), 7.97 (d, 3J = 4.9 Hz, 1H, H Ar), 7.78 – 7.77 (m, 2H, H Ar), 5.43 - 5.33 (m, 1H, CHCH3), 4.57 - 4.54 (m, 2H, OCH 2), 3.89 - 3.86 (m, 2H, OCH 2), 3.77 - 3.48 (m, 22H, OCH 2), 3.35 (s, 3H, OCH 3), 3.33 (s, 3H, OCH 3), 1.40 (d, 3J = 6.6 Hz, 3H, CHCH 3), 1.17 – 1.16 (m, 21H, SiCHCH 3 ). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.42 (-CO2-), 163.90 (-CO2-), 150.89 (C Ar), 148.21 (C Ar), 144.02 (C Ar), 142.52 (C Ar), 138.74 (C Ar), 138.02 (C Ar), 133.92 (C Ar), 126.55 (HC Ar), 121.12 (HC Ar), 120.01 (HC Ar), 118.94 (HC Ar), 117.07 (HC Ar), 115.02 (HC Ar), 105.08 (C≡C), 93.46 (C≡C), 73.52 (OCH2), 71.85 (OCH2), 71.34 (OCHCH3), 70.74 (OCH2), 70.67 (OCH2), 70.61 (OCH2), 70.58 (OCH2), 70.56 (OCH2), 70.43 (OCH2), 68.87 (OCH2), 65.08 (OCH2), 58.96 (OCH3), 58.93 (OCH3), 18.65 (SiCHCH3), 16.67 (OCHCH3), 11.22 (SiCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 882.4435, (calcd 882.4428 for [M] + H+); 904.4261 (calc 904.4247 for [M] + Na+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 6/4 → 95/5, UV 220 - 400nm, ret. time 18.9 min): 96 area %.
↓324 |
(S)-2,5,8,11-tetraoxatetradecan-13-yl 3,5-bis(-4-(4-(3,6,9-trioxadec-1-ylcarboxy)-6-((triisopropylsilyl)ethynyl)pyrid-2-yl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)benzoate 114
The title compound was generated using the click reaction protocol # 2 starting from 9 (1 equiv.) and 107 (1 equiv.) and isolated by column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2/acetone 8/2) as yellow oil in yields ranging from 25 – 33%. Compound 113 was isolated as well.
↓325 |
TLC (CH2Cl2/acetone 8/2) Rf = 0.33. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.98 (s, 2H, H Ar), 8.71 (t, 4J = 2.2 Hz, 1H, H Ar), 8.64 (d, 4J = 1.3 Hz, 2H, H Ar), 8.53 (d, 4J = 1.9 Hz, 2H, H Ar), 7.91 (d, 4J = 1.3 Hz, 2H, H Ar), 5.42 - 5.32 (m, 1H, CHCH3), 4.50 (t, 3J = 4.8 Hz, 4H, OCH 2), 3.85 - 3.82 (m, 4H, OCH 2), 3.76 - 3.39 (m, 30H, OCH 2), 3.27 (s, 6H, OCH 3), 3.22 (s, 3H, OCH 3), 1.38 (d, 3J = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3), 1.12 - 1.11 (m, 42H, SiCHCH 3 ). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.26 (-CO2-), 163.42 (-CO2-), 150.77 (C Ar), 148.23 (C Ar), 143.93 (C Ar), 138.56 (C Ar), 137.94 (C Ar), 134.02 (C Ar), 126.41 (C Ar), 121.29 (C Ar), 120.56 (C Ar), 118.81 (C Ar), 115.82 (C Ar), 105.07 (C≡C), 93.06 (C≡C), 73.42 (OCH2), 71.72 (OCH2), 71.68 (OCHCH3), 71.51 (OCH2), 70.60 (OCH2), 70.56 (OCH2), 70.47 (OCH2), 70.44 (OCH2), 70.41 (OCH2), 70.38 (OCH2), 70.25 (OCH2), 68.76 (OCH2), 64.96 (OCH2), 58.77 (OCH3), 58.72 (OCH3), 18.54 (SiCHCH3), 16.58 (OCHCH3), 11.09 (SiCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 1355.7015, (calcd 1355.7025 for [M] + H+); 678.3560, (calcd 678.3549 for [M] + 2H+); 689.3469 (calc 689.3459 for [M] + Na+ + H+); 700.3377, (calcd 700.3368 for [M] + 2Na+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 6/4 → 95/5, UV 220 - 400nm, ret. time 26.2 min): 99.2 area %.
(S)-2,5,8,11-tetraoxatetradecan-13-yl 3,5-bis(-4-(4-(3,6,9-trioxadec-1-ylcarboxy)-6-(ethynyl)pyrid-2-yl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)benzoate 115
↓326 |
The title compound was prepared using the “TBAF in THF deprotection protocol” starting from 114 and isolated as yellow oil (70%) after column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2/acetone 8/2).
TLC (CH2Cl2/acetone 8/2) Rf = 0.24. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 8.96 (s, 2H, H Ar), 8.73 (t, 4J = 2.1 Hz, 1H, H Ar), 8.68 (d, 4J = 1.5 Hz, 2H, H Ar), 8.50 (d, 4J = 2.1 Hz, 2H, H Ar), 7.93 (d, 4J = 1.5 Hz, 2H, H Ar), 5.46 - 5.36 (m, 1H, CHCH3), 4.53 – 4.50 (m, 4H, OCH 2), 3.86 - 3.83 (m, 4H, OCH 2), 3.72 - 3.42 (m, 30H, OCH 2), 3.30 (s, 2H, C≡CH), 3.29 (s, 6H, OCH 3), 3.29 (s, 3H, OCH 3), 1.38 (d, 3J = 6.5 Hz, 3H, CHCH 3). 13 C-NM R (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 163.61 (-CO2-), 163.04 (-CO2-), 150.54 (C Ar), 147.52 (C Ar), 142.54 (C Ar), 138.40 (C Ar), 137.44 (C Ar), 133.66 (C Ar), 125.52 (HC Ar), 121.04 (HC Ar), 119.64 (HC Ar), 118.81 (HC Ar), 114.61 (HC Ar), 81.74 (C≡CH), 78.48 (C≡CH), 73.11 (OCH2), 72.15 (OCH2), 71.43 (OCHCH3), 71.38 (OCH2), 71.19 (OCH2), 70.35 (OCH2), 70.25 (OCH2), 70.15 (OCH2), 70.07 (OCH2), 69.94 (OCH2), 69.83 (OCH2), 68.44 (OCH2), 64.77 (OCH2), 61.11 (OCH2), 58.44 (OCH3), 58.41 (OCH3), 16.37 (OCHCH3). HRMS (ESI): m/z = 1043.4346, (calcd 1043.4362 for [M] + H+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 6/4 → 95/5, UV 220 - 400nm, ret. time 13.9 min): 99.9 area %.
(S)-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl) 6,6'-(1,1'-(5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)-1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(2-(1-(3-(4-(4-2,5,8,11-tetraoxadodecane-6-((triisopropylsilyl)ethynyl)pyridin-2-yl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)-5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)isonicotinate) 116
↓327 |
The title compound was generated using the click reaction protocol # 2 starting from 115 (1 equiv.) and 113 (2.3 equiv.) and isolated by column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2/MeOH 95/5) as yellow oil (89%).
TLC (CH2Cl2/MeOH 95/5) Rf = 0.27. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.38 (br s, 4H, H Ar), 9.17 (br s, 2H, H Ar), 9.09 (br s, 1H, H Ar), 8.92 (br s, 1H, H Ar), 8.79 (br s, 2H, H Ar), 8.71 (br s, 6H, H Ar), 8.61 (br s, 2H, H Ar), 8.55 (br s, 4H, H Ar), 7.95 (br s, 2H, H Ar), 5.50 - 5.33 (m, 3H, CHCH3), 4.62 - 4.53 (m, 8H, OCH 2), 3.94 - 3.80 (m, 8H, OCH 2), 3.80 - 3.51 (m, 68H, OCH 2), 3.34 - 3.33 (m, 6H, OCH 2), 3.34 (s, 12H, OCH 3), 3.27 (s, 9H, OCH 3), 1.45 – 1.39 (m, 9H, CHCH 3), 1.15 (br s, 42H, SiCHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 164.46 (-CO2-), 164.08 (-CO2-), 163.57 (-CO2-), 163.36 (-CO2-), 150.54 (C Ar), 150.40 (C Ar), 148.52 (C Ar), 147.99 (C Ar), 143.85 (C Ar), 139.27 (C Ar), 138.51 (C Ar), 138.09 (C Ar), 137.83 (C Ar), 133.96 (C Ar), 126.46 (HC Ar), 121.54 (HC Ar), 120.25 (HC Ar), 118.92 (HC Ar), 118.67 (HC Ar), 115.28 (HC Ar), 104.94 (C≡C-Si), 93.40 (C≡C-Si), 77.31 (OCH2), 73.43 (OCH2), 71.79 (OCH2), 71.74 (OCH2), 71.55 (OCH2), 70.87 (OCH), 70.72 (OCH2), 70.67 (OCH2), 70.57 (OCH2), 70.52 (OCH2), 70.47 (OCH2), 70.36 (OCH2), 70.32 (OCH2), 68.79 (OCH2), 65.00 (OCH2), 64.94 (OCH2), 58.89 (OCH3), 58.85 (OCH3), 58.79 (OCH3), 18.56 (SiCHCH3), 16.77 (OCHCH3), 16.65 (OCHCH3), 11.13 (SiCHCH3). MS (ESI): m/z = 2807.9 (calcd 2807.3 for [M] + H+), 1871.6 (calcd 1871.2 for 2[M] + 3H+), 1403.6, (calcd 1403.6 for [M] + 2H+), 936.3 (calcd for 936.4 [M] + 3H+), 702.1 (cald 702.3 [M] + 4H+). HRMS (ESI): m/z = 1403.6820, (calcd 1403.6569 for [M] + 2H+). GPC (DMF, RI signal): Mw= 3.37∙103 g/mol, Mn= 3.33∙103 g/mol, PDI= 1.01.
↓328 |
(S)-bi s(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl) 6,6'-(1,1'-(5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)-1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(2-(1-(3-(4-(4-2,5,8,11-tetraoxadodecane-6-ethynylpyridin-2-yl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)-5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)isonicotinate) 117
The title compound was generated using the “TBAF in THF deprotection procedure” starting from 116 and purified by column chromatography (CH2Cl2 → CH2Cl2/MeOH 95/5) to obtain a yellow waxy oil (84%).
↓329 |
TLC (CH2Cl2/MeOH 95/5) Rf = 0.2. 1 H- NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.63 - 9.24 (m, 3H, H Ar), 9.15 - 9.03 (br s, 2H, H Ar), 8.94 - 8.86 (br s, 2H, H Ar), 8.79 - 8.66 (br s, 4H, H Ar), 8.62 - 8.38 (m, 10H, H Ar), 7.90 (br s, 2H, H Ar), 5.48 - 5.32 (m, 3H, OCHCH3), 4.59 - 4.48 (m, 8H, OCH 2), 3.94 - 3.83 (m, 8H, OCH 2), 3.81 - 3.44 (m, 74H, OCH 2), 3.34 (s, 10H, OCH 3), 3.33 (s, 2H, C≡C-H), 3.28 (s, 11H, OCH 3), 1.51 - 1.41 (m, 9H, OCHCH 3). MS (ESI): m/z = 2494.8 (calcd 2495.0 for [M] + H+), 1247.5 (calcd 1247.5 for [M] + 2H+), 1662.9 (calcd for 1663.0 2[M] + 3H+), 716.3 (cald 716.4 2[M] + Na+ + 6H+). HRMS (ESI): m/z = 1247.5117 (calcd 1247.5235 for [M] + 2H+). GPC (DMF, RI signal): Mw= 3.23∙103 g/mol, Mn= 3.18∙103 g/mol, PDI= 1.01.
(S)-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl) 6,6'-(1,1'-(5-(3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)-1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(2-(1-(3-2,5,8,11-tetraoxadodecanephenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)isonicotinate) 118
↓330 |
The title compound was generated using the click reaction protocol # 3 starting from 115 (1 equiv.) and 112 (3 equiv.) and isolated by column chromatography (CH2Cl2/MeOH 99/1 → CH2Cl2/MeOH 97/3) as colorless wax (88%).
TLC (CH2Cl2/MeOH + 1 dropp TEA 97/3) Rf = 0.13. 1 H-NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 9.11 (br s, 2H, H Ar), 8.95 (br s, 2H, H Ar), 8.78 – 8.75 (m, 5H, H Ar), 8.65 (d, 4J = 2.2 Hz, 2H, H Ar), 8.51 – 8.49 (m, 2H, H Ar), 8.14 – 8.10 (m, 4H, H Ar), 7.63 (t, 3J = 8.0 Hz, 2H, H Ar), 5.52 - 5.42 (m, 1H, OCHCH3), 4.62 - 4.59 (m, 4H, OCH 2), 4.51 – 4.48 (m, 4H, OCH 2), 3.94 - 3.91 (m, 4H, OCH 2), 3.87 - 3.83 (m, 4H, OCH 2), 3.81 - 3.46 (m, 46H, OCH 2), 3.35 (s, 6H, OCH 3), 3.31, 3.30 (s, s, 9H, OCH 3), 1.47 – 1.44 (d, 3J = 6.5 Hz, 3H, OCHCH 3). 13 C-NMR (75 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 165.14 (-CO2-), 164.66 (-CO2-), 163.69 (-CO2-), 150.74 (C Ar), 150.31 (C Ar), 148.78 (C Ar), 148.24 (C Ar), 139.61 (C Ar), 138.08 (C Ar), 136.94 (C Ar), 134.28 (C Ar), 131.93 (C Ar), 130.04 (C Ar), 129.95 (C Ar), 124.68 (C Ar), 121.28 (C Ar), 121.04 (C Ar), 120.92 (C Ar), 120.71 (C Ar), 119.24 (C Ar), 119.09 (C Ar), 115.64 (C Ar), 77.31 (OCH2), 73.57 (OCH2), 71.91 (OCH2), 71.87 (OCH2), 71.84 (OCH2), 70.86 (OCH2), 70.75 (OCH2), 70.68 (OCH2), 70.65 (OCH2), 70.60 (OCH2), 70.56 (OCH2), 70.44 (OCH2), 69.04 (OCH2), 68.92 (OCH2), 65.08 (OCH2), 64.70 (OCH2), 58.98 (OCH3), 58.95 (OCH3), 58.93 (OCH3), 16.78 (OCHCH3). MS (ESI): m/z = 1661.7 (calcd 1661.7 for [M] + H+), 2216.2 (calcd 2216.2 for 4[M] + 3H+). HRMS (ESI): m/z = 1661.6981 (calcd 1661.7006 for [M] + H+). HPLC (Luna Phenyl-Hexyl 3 um 2 x 150, acetonitrile/water 6/4 → 95/5, UV 220 - 400nm, ret. time 16.2 min): 99.9 area %. GPC (DMF, RI signal): Mw= 2.52∙103 g/mol, Mn= 2.31∙103 g/mol, PDI= 1.09.
(S)-bis(2-(2-(2-methoxyethoxy)ethoxy)ethyl) 6,6'-(1,1'-(5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)-1,3-phenylene)bis(1H-1,2,3-triazole-4,1-diyl))bis(2-(1-(3-(4-(6-(1-(3-2,5,8,11-tetraoxadodecanephenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)-4-2,5,8,11-tetraoxadodecanepyridin-2-yl)-1H-1,2,3-triazol-1-yl)-5-((S)-3-methyl-2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane)phenyl)-1H-1,2,3-triazol-4-yl)isonicotinate) 110
↓331 |
The title compound was generated using the click reaction protocol # 2 starting from 117 (1 equiv.) and 112 (4 equiv.) and isolated by column chromatography (CH2Cl2/MeOH 95/5) as slidely yellow wax (36%).
TLC (CH2Cl2/MeOH 96/4) Rf = 0.22. 1 H -NMR (300 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 10.62 - 7.61 (m, 33H, H Ar), 5.47 - 5.36 (m, 3H, OCHCH3), 4.63 - 4.44 (m, 8H, OCH 2), 4.00 - 3.93 (m, 106H, OCH 2), 3.37 - 3.26 (m, 27H, OCH 3), 1.65 – 1.46 (m, 9H, CHCH 3). MS (ESI): m/z = 2076.2 (calcd 2076.2 for 2[M] + 3H+), 1556.6 (calcd 1556.6 for [M] + 2H+). HRMS (ESI): m/z = 1556.6892 (calcd 1556.6560 for [M] + H+). GPC (DMF, RI signal): Mw= 3.59∙103 g/mol, Mn= 3.56∙103 g/mol, PDI= 1.00.
13 Der einstellbare Temperaturbereich wurde durch das Lösungsmittelgemisch Acetonitril-Wasser auf maximal 85 °C bzw. minimal -5 °C beschränkt.
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DiML DTD Version 4.0 | Zertifizierter Dokumentenserver der Humboldt-Universität zu Berlin | HTML-Version erstellt am: 06.11.2014 |