1,720,988 research outputs found
A device for the high-pressure oxygenation of protein crystals
No full textA system has been developed for subjecting protein crystals to hyperbaric pressures of oxygen gas in order to promote enzymatic reaction. Crystals of an oxygenase or oxidase enzyme are grown anaerobically by hanging drop vapor diffusion, under crystallization conditions modified to eliminate combustible materials such as plastic coverslips and grease. The crystalline enzyme: substrate complex can then be exposed to oxygen gas at pressures up to 60 bar using a custom-built device or "bomb." In this way, reaction is initiated synchronously throughout the crystal and subsequent flash freezing allows the trapping of enzyme:product complexes in high occupancy. These complexes can then be structurally characterized by conventional monochromatic X-ray crystallography. The bomb is furnished from naval brass and lubricated with Fomblin RT15 perfluorinated polyether grease in order to ensure compatibility with the highly oxidizing environment
Kohlenstoffreiche Rutheniumallenylidenkomplexe
Full text linkThe main part of this thesis covers the syntheses of new carbon-rich ruthenium allenylidene complexes starting from the electron-rich cyclopentadienyl-based ruthenium complex [RuCl(η5-C5H5)(PPh3)2]. Reacting the ruthenium precursor with different polyaromatic propargyl alcohols (≡C–CR2OH) and NH4[PF6] yielded in carbon-rich ruthenium allenylidene complexes [Ru(η5-C5H5)(=C=C=(CR2))(PPh3)2]PF6. Some of the compounds show significant π-π stacking interactions in the solid-state structures, as well as in solution. These complexes also show strong absorption characteristic and electrochemical potential. The second part of this work reports on the syntheses of dinuclear ruthenium bisallenylidene complexes. Four new cyclopentadienyl dinuclear bisallenylidene complexes [Ru(η5 C5H5)(PPh3)2(=C=C=)(Ar)(=C=C=)(PPh3)2(η5 C5H5)Ru](PF6)2, with various polyaromatic spacers (=Ar) between the allenylidene units have been synthesized. Here, besides the Ru(II)/Ru(II) complexes, a mixed-valent complex could be synthesized, isolated and charaterized. In the third chapter, the solubility of ruthenium allenylidene complexes in polar solvents should be enhanced by exchanging either one or two triphenylphosphine ligands with PTA (1,3,5-triaza-7-phosphaadamantane). The complexes with two PTA ligands exhibit a better solubility in polar solvents compared to complexes with one PTA and one PPh3 ligand. Furthermore, in the next chapter, two vinylidene complexes based on methoxy substituted propargyl alcohols were synthesized. In the last chapter, ruthenium allenylidene complexes bearing a ferrocenyl and ruthenocenyl substituent were examined. Due to the metallocene building block, the resulting complex [Ru(η5-C5H5)(PPh3)2(=C=C=C(Ph(C5H4)Ru(η5-C5H5))]PF6 (39) shows strong electron accepting potential, which could be useful for different applications. Another idea was the syntheses of trinuclear ruthenium bisallenylidene complexes by using a disubstituted ferrocenyl or ruthenocenyl propargyl alcohol and two equivalents of [RuCl(η5-C5H5)(PPh3)2]. Summing up, this thesis includes mono-, di- and trinuclear ruthenium allenylidene complexes bearing a variety of carbon-rich subsitutents.Der Hauptteil dieser Arbeit behandlet die Synthesen von neuen kohlenstoffreichen Rutheniumallenylidenkomplexen ausgehend von dem elektronenreichen, cyclopentadienylbasierten Rutheniumkomplex [RuCl(η5-C5H5)(PPh3)2]. Die Reaktion des Rutheniumpräkursors mit verschiedenen polyaromatischen Propargylalkoholen (≡C–CR2OH) und NH4[PF6] führte zu kohlenstoffreichen Rutheniumallenylidenkomplexen [Ru(η5 C5H5)(=C=C=(CR2))(PPh3)2]PF6. Einige dieser Komplexe weisen signifikante π-π Wechselwirkungen in der Festkörperstruktur, sowie in Lösung auf. Ebenso zeichnen sich diese Komplexe durch starke Absorptionseigenschaften und starkes elektrochemisches Potential aus. Der zweite Teil dieser Arbeit berichtet über die Synthesen zweikerniger Rutheniumbisallenylidenkomplexe. Es wurden vier neue Cyclopentadienyl-basierte, zweikernige, Bisallenylidenkomplexe [Ru(η5 C5H5)(PPh3)2(=C=C=)(Ar)(=C=C=) (PPh3)2(η5 C5H5)Ru](PF6)2 mit verschiedenen polyaromatischen Spacern (=Ar) zwischen den Allenylideneinheiten hergestellt. Neben den Ru(II)/Ru(II) Komplexen konnte ein gemischt-valenter Komplex synthetisiert, isoliert und charakterisiert werden. Im dritten Kapitel sollte die Löslichkeit von Rutheniumallenylidenkomplexen in polaren Lösungsmitteln durch den Austausch von einem oder zwei Triphenylphosphanliganden durch PTA (1,3,5-Triaza-7-phosphaadamantan) verbessert werden. Die Komplexe mit zwei PTA Liganden zeigen eine bessere Löslichkeit in polaren Lösungsmitteln auf als die Komplexe mit jeweils einem PTA und einem PPh3 Liganden. Des Weiteren wurden zwei Vinylidenkomplexe ausgehend von methoxysubstituierten Propargylalkoholen hergestellt. Im letzten Kapitel wurden Rutheniumallenylidenkomplexe mit einem Ferrocenyl und Ruthenocenylsubstitutenten studiert. Der entstandene Komplex [Ru(η5-C5H5)(PPh3)2(=C=C=C(Ph(C5H4)Ru(η5-C5H5))]PF6 (39) zeigt ein starkes Elektronenakzeptorpotential auf, welches in verschiedenen Bereichen Anwendung finden könnte. Eine weitere Idee befasst sich mit der Synthese von trinuklearen Rutheniumbisallenylidenkomplexen unter Verwendung von disubstituierten Ferrocenyl und Ruthenocenylpropargylalkoholen und zwei Äquivalenten [RuCl(η5-C5H5)(PPh3)2]. Zusammenfassend behandelt diese Arbeit ein-, zwei- und dreikernige Rutheniumallenylidenkomplexe, basierend auf einer Vielzahl von kohlenstoffreichen Substituenten
Neue imidazol- und triazolbasierte Liganden: Von Koordinationschemie zu medizinischen Anwendungen und Materialdesign
No full textThe following work concentrates on the development of novel ligands bearing N-heterocyclic donor groups, namely imidazole and triazole. Their coordination properties in transition metal complexes are investigated and possible applications are probed and discussed. Chapter 1 gives a brief overview of the classic synthetic pathways to imidazole- and triazole-based compounds and the research fields in which they are applied. Chapter 2 describes the syntheses and characterization of novel ligands based on imidazole. Their coordination properties in transition metal complexes were probed and their importance as enzyme models is discussed. Taking the ligand bmip as a blueprint, a library of novel imidazole-based N,N,E-heteroscorpionates, viz. 2,2-bmie, bmidta, rac-1,2-bmie, bmima, bmimabo, and debmimm has been created. Special attention was turned to the variation of the E-donor functions and the introduction of spacers into the carbon backbone. The variation of the donor strengths provided by the new ligands was investigated by coordination towards the complex fragments Re(CO)3 and RuCl(PPh3)2. Whereas 2,2-bmie, bmidta, and rac-1,2-bmie bonded to the central metal in the expected tripodal κ3-fashion, the ligands bmima, bmimabo, and debmimm favored only N,N-coordination. Furthermore, the binding of the ligands by two biorelevant metals, viz. iron and zinc, was studied. In these studies, the ligands 2,2-bmie and rac-1,2-bmie proved to be rather sensitive when deprotonated, such that the isolation of defined products formed in basic reaction solution mixtures remains occasionally a still unresolved problem. With bmidta bis(ligand) complexes were obtained. All attempts to obtain any complexes of Mn(II), Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II), or Zn(II) possessing the ligands bmima and bmimabo in tripodal κ3-coordination failed. However, the formation of the coordination polymers [Zn(bmima)Cl]n und [Zn(bmimabo)Cl]n was observed. In this respect, it seemed of interest to investigate the coordination behavior of the ligand debmimm, expected to exhibit bonding properties akin to bmima and bmimabo. Bidentate coordination of debmimm with formation of tetrahedral complexes [MCl2(debmimm)] (M = Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II), and Zn(II)) could be proved. The electronic and electrochemical properties of the complexes were studied by ESR and Mössbauer spectroscopy, as well as CV. Interestingly, other coordination geometries of complexes bearing debmimm could be rationalized, e.g. the octahedral [Fe(OTf)2(debmimm)2] and the square pyramidal [NiCl2(debmimm)]2. Such switches between different coordination geometries are a key feature for bioinorganic model compounds. Chapter 3 is concerned with the synthesis of novel metal-based anticancer agents derived from imidazole-based ligands. Cu(II), Mn(II) and Pt(II) complexes bearing bis(imidazolyl) ligands, namely bmipMe, 2,2-Hbmie, rac-1,2-Hbmie, debmimm, K[bmima], bmiePh, bmiePh3-OMe, and bmiePh4-OMe were synthesized and characterized by elemental analysis, IR spectroscopy and FAB mass spectrometry. Studies regarding their cytotoxicity towards HeLa S3 were conducted and revealed the aryl-substituted ligands bmiePh and bmiePh4-OMe, in particular, as valuable building blocks for metal-based cytostatica. The Mn(II) complexes [MnCl2(bmiePh)]2 and [MnCl2(bmiePh4-OMe)]2 seem to be promising for more detailed investigations. However, the ligand bmiePh showed to be cytotoxic itself. Hence, hydrolysis studies of its complexes have to show if the cytotoxicity of [MnCl2(bmiePh)]2 is actually based on the complex or has to be attributed to the ligand. Interestingly, the 2,2-Hbmie ligand proved to be cytotoxic, too, while none of its complexes did so, which suggests that ligands with an bis(imidazole-2-yl)methane core are sufficiently stable towards hydrolysis. In Chapter 4, convenient synthetic routes to novel imidazole and triazole-based carboxylate ligands are developed and their application as ligands in metal organic framework syntheses is discussed. The binding properties of the new ligands were probed by the coordination to transition metal ions. Furthermore, some of the N,N,O-ligands, which have already been discussed in Chapter 2 proved to be valuable building blocks for coordination polymer assemblies. Different from the ligands 2,2-bmie, rac-1,2-bmie, and bmidta discussed in Chapter 2, the novel N,N,O-ligands bmima and bmimabo were recognized as valuable building blocks for the syntheses of coordination polymers, such as [Zn(bmima)Cl]n and [Zn(bmimabo)Cl]n. By serendipity, the N,N-ligand trans-bis was discovered as a side product of the synthesis of bmima and was found to form the 2D coordination polymer [Cu2Cl2(bie)3]n. The coordination behavior of the ligand btp, which was already known to form 1D coordination polymers with Zn(II), was investigated in detail. Reaction of btp with 3d metal salts yielded the isostructural 2D coordination polymers [M(btp)2]n (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn). Following a procedure similar to the synthesis of btp, the novel triazole-based N,O-ligands ta and tzp were developed. Contrary to the isostructural coordination polymers resulting from the reaction of btp with transition metals, similar reactions of ta and tzp afforded molecular structures with varying topologies. The novel ligand ta offers the two carboxylate O-donors and the two triazole N-donors (in position 2 and 4 of the heterocycle) as four potential binding sites. If three of these donors take part in coordination bonds, 3D metal organic frameworks are formed as represented by [Mn(ta)2]n and [Fe(ta)2]n. A coordination polymer built by interdigitating polymer double strands was observed in the case of [Zn(ta)2]n, in which half of the ta ligands are coordinated only through the carboxylate O-donors in a µ2-ta-κO1:O2 coordination mode. On the other hand µ2-ta-κN4:O1 coordination of the ligand ta was observed in the case of [Co(ta)2(H2O)2]n, in which two water molecules occupy two trans positions of the octahedral Co(II) center. All MOFs containing the ligand ta exhibit rather compact structures. The coordination polymers [Ni(ta)2(OH2)2]n × 2 H2O, [Cu(ta)(OH2)2]n, and [Ag(ta)]n were only obtained as microcrystalline powders. According to their powder diffraction pattern, all three exhibit structures different from the other ones here described. The new ligand tzp offers the same four potential binding sites, while possessing a more flexible structure. In the 1D coordination polymer [Zn(tzp)2]n × 0.25 H2O tzp is µ2-tzp-κN4:O1 binding. Its structure shows similarities to that observed for [Zn(btp)2]n. However, the linear chains in [Zn(tzp)2]n × 0.25 H2O are not connected via π-π-bonding. Furthermore, 0.25 equiv. H2O are contained per formula unit. In the isostructural coordination polymers [Co(tzp)2(OH2)2]n × 2 H2O and [Ni(tzp)2(OH2)2]n × 2 H2O the ligand binds in a µ2-tzp-κN4:O1 fashion, similar to the ligand ta in [Co(ta)2(OH2)2]n. Generally, more open structures are accessible with the ligand tzp, in which H2O molecules are intercalated. The 3D MOF [Ag3(tzp)2(NO3)]n is the only example, in which the triazole-based ligand tzp uses all of its binding sites, to bind in a κ5-N2,N4,O,O,O´ mode, by formation of a compact structure without larger spaces for guest molecules. Polymers [Mn(tzp)2]n and [Cu(tzp)2(OH2)2]n, were obtained as microcrystalline powders. From their powder X-ray diffraction patterns, [Mn(tzp)2]n and [Mn(ta)2]n were inferred to possess related structures. Isostructural frameworks were observed for the 3D MOFs [Mn(ta)2]n and [Fe(ta)2]n as well as the 2D coordination polymers [Co(tzp)2(OH2)2]n × 2 H2O and [Ni(tzp)2(OH2)2]n × 2 H2O, which are structurally closely related to [Co(ta)2(OH2)2]n, but incorporate solvent molecules.Die folgende Arbeit befasst sich mit der Synthese neuer N-heterocyclischer, insbesondere imidazol- und triazolhaltiger Liganden. Ihre Koordinationseigenschaften in Übergangsmetall-komplexen werden untersucht und potentielle Anwendungen diskutiert. Kapitel 1 gibt einen kurzen Überblick über die klassischen Synthesewege für Imidazol- und Triazolverbindungen sowie über die Forschungsgebiete in denen sie angewendet werden. Kapitel 2 beschreibt die Synthese und Charakterisierung neuer imidazolbasierter Liganden. Ihre Koordinationseigenschaften in Übergangsmetallkomplexen werden untersucht und deren Anwendung als Enzymmodelle diskutiert. Ausgehend von dem Liganden bmip als „Blueprint“, wurde eine Ligandenbibliothek neuartiger imidazolbasierter N,N,E-Heteroskorpionatliganden (2,2-bmie, bmidta, rac-1,2-bmie, bmima, bmimabo und debmimm) entworfen. Hierbei wurden besonders eine Variation der E-Donorfunktion und die Einführung von Spacer-Einheiten in das Ligandenrückgrad fokussiert. Die Unterschiedliche Donorstärke der neuen Liganden wurde durch die Koordination der Liganden an das Re(CO)3- und das RuCl(PPh3)2-Komplexfragment getestet. Während die Liganden 2,2-bmie, bmidta und rac-1,2-bmie an die Zentralmetalle wie erwartet tripodal in κ3-Bindungsmodus koordinierten, bevorzugten die Liganden bmima, bmimabo und debmimm eine nur bidentate N,N-Koordination. Weiterhin wurde das Bindungsverhalten der Liganden an die biorelevanten Metall Eisen und Zink untersucht. Dabei erwiesen sich die Liganden 2,2-bmie und rac-1,2-bmie in deprotonierter Form als relativ empfindlich, so dass die Isolierung definierter Produkte aus basischen Reaktionslösungen sich zuweilen als problematisch erwies. Mit dem Liganden bmidta konnten Bis(ligand)komplexe dargestellt werden. Jegliche Versuche zur Synthese von Mn(II)-, Fe(II)-, Co(II)-, Ni(II)-, Cu(II)-, oder Zn(II)-Komplexen mit den Liganden bmima oder bmimabo in tripodaler κ3-Koordination blieben erfolglos. Es wurde jedoch die Bildung der Koordinationspolymere [Zn(bmima)Cl]n und [Zn(bmimabo)Cl]n beobachtet. Daher erschien eine Untersuchung des Koordinationsverhaltens des Liganden debmimm von Interesse, welcher ein analoges Bindungsmotiv wie bmima und bmimabo aufweisen sollte. Schließlich konnte eine bidentate N,N-Koordination von debmimm für die tetraedrischen Komplexe [MCl2(debmimm)] (M = Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II), und Zn(II)) nachgewiesen werden, deren elektronische sowie elektrochemische Eigenschaften auch durch ESR, Mößbauer und CV untersucht wurden. Interessanterweise werden in Komplexen mit debmimm neben der tetraedrischen auch andere Koordinationssphären angenommen, wie etwa der Oktaeder in [Fe(OTf)2(debmimm)2] sowie die quadratische Pyramide in [NiCl2(debmimm)]2. Derartige Wechsel zwischen verschiedenen Koordinationsgeometrien werden auch in Metalloenzymen beobachtet und stellen eine Schlüsseleigenschaft für funktionelle Enzymmodelle dar. Kapitel 3 befasst sich mit der Synthese neuer Metallkomplexe aus Bis(imidazolyl)liganden für die Krebstherapie. Es wurden Cu(II)-, Mn(II)- und Pt(II)- Komplexe aus den bis(imidazolyl)basierten Liganden bmipMe, 2,2-Hbmie, rac-1,2-Hbmie, debmimm, K[bmima], bmiePh, bmiePh3-OMe und bmiePh4-OMe synthetisiert und mittels Elementaranalyse, IR-Spektroskopie und FAB-Massenspektrometrie charakterisiert. Zytotoxizitätsstudien, durchgeführt an HeLa S3, zeigten, dass gerade die arylsubstituierten Liganden bmiePh und bmiePh4-OMe wertvolle Bausteine für metallbasierte Zytostatika darstellen. Die Mn(II)-Komplexe [MnCl2(bmiePh)]2 und [MnCl2(bmiePh4-OMe)]2 im Besonderen scheinen erfolgversprechend für weitere Untersuchungen zu sein. Jedoch besitzt auch der Ligand bmiePh selbst schon zytotoxische Wirkung, so dass durch folgende Hydrolysestudien seiner Komplexe noch festzustellen ist, ob deren Wirkung tatsächlich metallbasiert ist, oder doch dem Liganden zugeordnet werden muss. Interessanterweise zeigt jedoch auch der Ligand 2,2-Hbmie zytotoxische Eigenschaften, jedoch keiner seiner Komplexe. Dies deutet bereits auf eine ausreichende Hydrolysestabilität der Komplexe der bis(imidazolyl)methanbasierten Liganden hin. In Kapitel 4 werden einfache Synthesewege für neue imidazol- und triazolbasierte Carboxylatliganden entwickelt, sowie ihre Anwendung für die Darstellung von Metal Organic Frameworks diskutiert. Ihre Bindungseigenschaften werden durch Koordination an Übergangsmetallionen getestet. Weiterhin erwiesen sich einige der N,N,O-Liganden, welche bereits in Kapitel 2 behandelt wurden, als wertvolle Bausteine für den Aufbau von Koordinationspolymeren. Im Gegensatz zu den Liganden 2,2-bmie, rac-1,2-bmie und bmidta, die κ3-Koordination zeigen (Kapitel 2), bildeten sich mit den N,N,O-Liganden bmima und bmimabo die Koordinationspolymere [Zn(bmima)Cl]n und [Zn(bmimabo)Cl]n. Der N,N-Ligand trans-bis konnte als Nebenprodukt bei der Synthese von bmima isoliert werden. Mit trans-bis konnte das 2D Koordinationspolymer [Cu2Cl2(trans-bis)3]n dargestellt werden. Das Koordinationsverhalten des Liganden btp, welcher bekanntermaßen 1D Koordinationspolymere mit Zn(II) ausbildet, wurde im Detail untersucht. Die Reaktion von btp mit Übergangsmetallen der 3d Reihe lieferte isostrukturelle 2D Koordinationspolymere der Form [M(btp)2]n (M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn). In ähnlicher Weise wie btp wurden die neuen triazolbasierten N,O-Liganden ta und tzp synthetisiert. Im Gegensatz zu den isostrukturellen Koordinationspolymeren, die durch die Reaktion von btp und Übergangsmetallen erhalten wurden, ergaben analoge Reaktionen von ta und tzp molekulare Strukturen unterschiedlicher Topologien. Der neue Ligand ta kann mit zwei Carboxylatsauerstoffatomen und zwei Stickstoffdonoren der Triazolgruppe (in Position 2 und 4 des Heterozyklus), also mit insgesamt vier Atomen an Metalle binden. Wenn drei dieser Donoratome Koordinationsbindungen ausbilden, ergeben sich 3D Metal Organic Frameworks (MOFs), wie durch die Verbindungen [Mn(ta)2]n und [Fe(ta)2]n gezeigt werden konnte. Ein Koordinationspolymer, bestehend aus ineinandergreifenden Polymerdoppelsträngen wurde für [Zn(ta)2]n beobachtet. In diesem sind die Hälfte der ta Liganden über die Carboxylatsauerstoffatome in µ2-ta-κO1:O2 Koordination gebunden. Eine µ2-ta-κN4:O1 Koordination nimmt der Ligand im Fall des Koordinationspolymers [Co(ta)2(H2O)2]n ein, in dem zwei Wassermoleküle die trans-Positionen des oktaedrischen Co(II)-Metallzentrums besetzen. Alle MOFs des Liganden ta, die hier diskutiert werden, weisen relativ kompakte Strukturen auf. Die Koordinationspolymere [Ni(ta)2(OH2)2]n × 2 H2O, [Cu(ta)(OH2)2]n und [Ag(ta)]n konnten nur als mikrokristalline Pulver gewonnen werden. Alle drei scheinen unterschiedliche Strukturen als die hier beschriebenen aufzuweisen, worauf durch pulverdiffraktometrische Analyse geschlossen wurde. Der neue Ligand tzp besitzt die gleichen Donorfunktionen wie ta, wobei er aber eine flexiblere Struktur aufweist. Im 1D Koordinationspolymer [Zn(tzp)2]n × 0.25 H2O zeigt er ein µ2-tzp-κN4:O1 Bindungsmotiv, welches starke Ähnlichkeit zu dem von btp in [Zn(btp)2]n zeigt. Jedoch sind die linearen Polymerketten hier nicht über π-π-Wechselwirkung, wie für [Zn(btp)2]n beobachtet, verbunden. Außerdem kristallisiert [Zn(tzp)2]n mit 0.25 äquiv. H2O pro Formeleinheit. In den isostrukturellen Koordinationspolymeren [Co(tzp)2(OH2)2]n × 2 H2O und [Ni(tzp)2(OH2)2]n × 2 H2O bindet tzp im µ2-tzp-κN4:O1 Modus, ähnlich wie ta in [Co(ta)2(OH2)2]n. Im Allgemeinen werden durch Reaktion von tzp mit Übergangsmetallsalzen offenere Strukturen geformt, als die Koordinationspolymere mit ta sie aufweisen. Erstere bilden Hohlräume, die Platz für Gastmoleküle wie H2O bieten. Das 3D MOF [Ag3(tzp)2(NO3)]n bildet das einzige Beispiel, in dem der Triazolligand tzp alle seiner potentiellen Bindungsstellen ausnützt, was in einem κ5-N2,N4,O,O,O´ Bindungsmodus resultiert und zu einer sehr kompakten Kristallstruktur führt, die keine größeren Lücken für Gastmoleküle lässt. Die Koordinationspolymere [Mn(tzp)2]n und [Cu(tzp)2(OH2)2]n wurden nur als mikrokristalline Pulver erhalten. Durch Analyse mittels Pulverdiffraktometrie konnte jedoch eine Ähnlichkeit der Strukturen [Mn(tzp)2]n und [Mn(ta)2]n abgeleitet werden
Bispyrazolylessigsäuren in Enzymmodellkomplexen und supramolekularen Strukturen
Full text linkIn 1999, A. Otero introduced 2,2-bis(3,5-dimethyl-1H-pyrazol-1-yl)acetic acid (Hbdmpza) as a new tripodal ligand. The first aim of this work was to investigate the coordination chemistry of Hbdmpza and its sterically demanding derivatives 2,2-bis(3,5-di-tert-butyl-1H-pyrazol-1-yl)acetic acid (Hbdtbpza) and 2,2-bis(3,5-diphenyl-1H-pyrazol-1-yl)acetic acid (Hbdppza). For a comparison with the reported bisligand complexes [M(bdmpza)2] of the Fe(II), Cu(II), and Zn(II) metal ions the analogous complexes of Mn(II), Co(II) and Ni(II) (1-3) were synthesized. Subsequently, the aim was to avoid the formation of bisligand complexes and simultaneously the coordinative saturation of the metal centre with the use of appropriate synthetic methods. On the one hand the described k3-coordinating anions of Hbdtbpza and Hbdppza and on the other hand the anions of the k2-coordinating acetylacetone as well as it’s tert-butyl- (dpm) and phenyl-functionalized (dbm) derivative were utilized therefore. By means of that, the accordant Fe(II)-, Co(II)- and Ni(II)complexes of the composition [M(L1)(L2)] (L1 = bdtbpza or bdppza, L2 = acac, dpm or dbm) were synthesized. The molecular structures of the compounds [M(bdppza)(dbm)]2 (M = Co (15), Ni (16)) were obtained by X-ray structure determination. These gave evidence for the successful synthesis of 1:1 (L1:L2) metal complexes and the tendency of their monomers to form dimers in solid state. The dimers are linked via the carboxylic groups of the bdppza ligand. With the iron compounds of analogous composition, structural models for the 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase and for the Dke1:substrate complex could be generated. Furthermore, in a cooperation with B. Kozlevčar, University of Ljubljana (Slovenia), it was possible to achieve a hydroxylation of one of the tert-butyl groups of the bdtbpza by reacting [Cu(Hbdtbpza)Cl] (19) with oxygen. The accordant Cu(II)complex [Cu(tbmoppdtbpa)2] (20) was formed. In contrast, a similar reaction with [Cu(Hbdppza)Cl] (21) showed the formation of [Cu(bdppza)2] (22) instead of any ligand hydroxylation. Presumably, the reaction of 21 with oxygen takes place under peroxide formation. To clarify the underlying mechanisms the reactive copper(I) complexes (19, 21) as well as the copper(II) complexes (20, 22) were investigated by mass spectrometry. The results of these studies allowed a comparison of the reaction with those of the copper enzymes Tyrosinase, DbM and PHM. After all, analogies were discussed and possible intermediates could be identified. In another bioinorganic approach, inhibitors for PHD und FIH were synthesized. With these compounds, iron and ruthenium model complexes with Hbdmpza and Hbdtbpza were prepared. In cooperation with the groups of K.-U. Eckardt and C. Willam, University Hospital Erlangen-Nuremberg, the inhibitors were tested for their activity in vitro and in vivo. Besides the already established lipophilic inhibitor 2-(1-chloro-4-hydroxyisochinolin-3-carboxamido)acetic acid (ICA), which shows a strong inhibiting effect, the hydrophilic 2-(1H-pyrazol-1-yl)isonicotinic acid (Hpzina) (24) and five of its derivatives were synthesized and tested, too. These syntheses have been inspired by the observation of hydrophilic inhibitors that selectively target renal cells with OATs. The results of the westernblot analysis showed an inhibiting effect of 24 comparable with the hydrophilic inhibitor PDCA. This activity was approved by in vivo studies in mice. For the modified systems Hizina (25) and Hppzina (28), the westernblot analysis also showed inhibiting effects. Besides the use of Hpzina as an inhibitor, the ligand was tested for its application as a coligand in photochemical systems, in cooperation with the group of S. Rau, Ulm University. Furthermore, the acid anion of 24 showed the tendency to form two dimensional MOFs. Moreover, Hbdmpza revealed the ligand property to form supramolecular systems with more than one metal centre. With the use of alkali metal ion templates, for the first time supramolecular complexes of the bispyrazolylacetic acid bearing the composition [MA{MÜ(acac)(bdmpza)}3]+ with (MA = Mn(II), MÜ = Li(I) (47), Na(I) (48)), (MA = Fe(II), MÜ = Na(I) (51)), (MA = Co(II), MÜ = Li(I) (49), Na(I) (50)) and (MA = Ni(II), MÜ = Li(I) (45), Na(I) (46)) could be synthesized. The molecular structure of these compounds could be clarified by X-ray structure determination. In cooperation with the group of T. Drewello, University Erlangen-Nuremberg, detailed ESI studies concerning flexibility and stability of the systems were performed. During the investigations, a possible alkali metal ion exchange by Mn(II) was observed. Thus, a supramolecular system with four Mn(II) centres was obtained. This compound can be considered as a structural model for the oxygen evolving centre in photosystem II.In der vorliegenden Arbeit wurde die von A. Otero 1999 eingeführte 2,2-Bis(3,5-dimethyl-1H-pyrazol-1-yl)essigsäure (Hbdmpza) und ihr sterisch anspruchsvolles tert-Butyl-(Hbdtbpza) beziehungsweise Phenyl-substituiertes Derivat (Hbdppza) untersucht. Dabei waren die koordinationschemischen Eigenschaften der Liganden, vor Allem in Verbindung mit den mittleren und späten Übergangsmetallen der 3d-Reihe, von Interesse. Die Bisligandkomplexe [M(bdmpza)2] des sterisch wenig anspruchsvollen Hbdmpza-Liganden von Mn(II), Co(II) und Ni(II) (1-3) wurden synthetisiert und mit den literaturbekannten Komplexen von Fe(II), Cu(II) und Zn(II) verglichen. Im Anschluss daran sollte über geeignete Synthesemethoden die durch Bisligandbildung vorliegende, koordinative Sättigung des Metallzentrums umgangen werden. Dafür wurden zum einen die k3-koordiniernden Anionen von Hbdtbpza und Hbdppza, und zum anderen das Anion des k2-koordiniernden Acetylacetons sowie sein tert-Butyl- (dpm) und Phenyl-substituiertes Derivat (dbm) eingesetzt. Auf diesem Weg konnten entsprechende Fe(II)-, Co(II)- und Ni(II)-Komplexe der Zusammensetzung [M(L1)(L2)] (L1=bdtbpza oder bdppza, L2=acac, dpm oder dbm) synthetisiert werden. Für die Verbindungen [M(bdppza)(dbm)]2 (M=Co (15), Ni (16)) wurden Molekülstrukturen erhalten. Diese zeigten die erfolgreiche Darstellung der 1:1 (L1:L2) Metallkomplexe, sowie die Tendenz der monomeren Bausteine im Festkörper über die Sauerstoffatome der Carboxylatgruppen des Liganden zu dimerisieren. Die synthetisierten Eisenkomplexe dieser Zusammensetzung stellen strukturelle Modelle für die inhibierte 4-Hydroxyphenylpyruvat-Dioxgenase und für das mit Substrat koordinierte Enzym Dke1 dar. In Kooperation mit B. Kozlevčar, Universität Ljubljana (Slowenien), gelang es weiterhin, durch Umsetzung von [Cu(Hbdtbpza)Cl] (19) mit Sauerstoff die Hydroxylierung einer der tert-Butyl-Gruppen von bdtbpza zu erreichen. Dabei bildete sich der entsprechende Cu(II)-Komplex [Cu(tbmoppdtbpa)2] (20). Diese Synthese wurde mit [Cu(Hbdppza)Cl] (21) wiederholt, welches im Gegensatz zu Hbdtbpza keine Ligandhydroxylierung zeigt, sondern mit Sauerstoff vermutlich unter Peroxidbildung zum Komplex [Cu(bdppza)2] (22) umgesetzt wird. Zur Aufklärung des Verlaufs dieser Reaktionen wurden sowohl die reaktiven Cu(I)-Komplexe (19, 21) als auch die Cu(II)-Komplexe (20, 22) massenspektrometrisch untersucht. Die Ergebnisse dieser Messungen dienten dem Vergleich der Reaktionen mit denen der Kupferenzyme Tyrosinase, DbM und PHM. Über diesen Weg konnten Parallelen aufgezeigt und Zwischenstufen der Modellreaktion diskutiert werden. In einem weiteren bioanorganischen Ansatz konnten Inhibitoren für PHD und FIH synthetisiert und Modellkomplexe mit Hbdmpza und Hbdtbpza an Eisen und Ruthenium dargestellt werden. In Kooperation mit den Arbeitsgruppen von K.-U. Eckardt und C. Willam des Universitätsklinikums Erlangen-Nürnberg wurden die Liganden zudem in vitro und in vivo auf Aktivität untersucht. Neben der als Inhibitor bereits erprobten, lipophilen 2-(1-Chloro-4-hydroxyisochinolin-3-carboxamido)essigsäure (ICA), die stark inhibierende Wirkung aufweist, wurden die hydrophile 2-(1H-pyrazol-1-yl)isonicotinsäure (Hpzina) (24) und fünf ihrer Derivate untersucht. Die Ergebnisse der Westernblot Analyse zeigen, dass 24 eine mit dem ebenfalls hydrophilen Inhibitor PDCA vergleichbare, HIF stabilisierende Wirkung besitzt, die durch in vivo Tests an Mäusen bestätigt werden konnte. Für die modifizierten Systeme Hizina (25) und Hppzina (28) konnte in vitro ebenfalls eine inhibierende Wirkung festgestellt werden. Weiterhin wurde 24 in Kooperation mit der Arbeitsgruppe S. Rau, Universität Ulm, auf die Anwendbarkeit als Coligand in photochemischen Systemen untersucht. Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass das Säureanion von 24 Tendenzen zur Bildung zweidimensionaler MOFs zeigt. Im Rahmen der Synthesen zur Vermeidung von Bisligandkomplexbildung von Hbdmpza am Metallzentrum zeigte sich die Fähigkeit des Liganden, mehrkernige, supramolekulare Systeme zu bilden. Durch den Einsatz von Alkalimetalltemplaten konnten erstmalig dreikernige, supramolekulare Komplexe der Zusammensetzung [MA{MÜ(acac)(bdmpza)}3]+ mit (MA=Mn(II), MÜ=Li(I) (47), Na(I) (48)), (MA=Fe(II), MÜ=Na(I) (52)), (MA=Co(II), MÜ=Li(I) (49), Na(I) (50)) und (MA=Ni(II), MÜ=Li(I) (45), Na(I) (46)) synthetisiert werden. Der strukturelle Aufbau dieser Verbindungen konnte ebenfalls röntgenstrukturanalytisch bestimmt werden. In einer Kooperation mit dem Arbeitskreis T. Drewello der Universität Erlangen-Nürnberg wurden ausführliche ESI-Studien zu Stabilität und Flexibilität der Systeme, wie Metall- und Metalltemplataustausch durchgeführt, wobei unter Anderem der mögliche Austausch des Alkalimetalltemplats durch Mn(II) festgestellt wurde. Darauf aufbauend konnte ein vierkerniger Mangankomplex synthetisiert werden, der ein strukturelles Modell für den vierkernigen Mangancluster des OEC darstellt
Effects of HIF stabilization in models of progressive chronic renal failure
Full text linkChronic kidney disease (CKD) is a global health problem with increasing prevalence. By this time, it is broadly accepted that acute kidney injury (AKI) can result in incomplete repair and persistent tubulointerstitial inflammation, finally leading to chronic renal failure. Thus, there is an urgent need for effective therapies to prevent the AKI to CKD transition. The combination of limited oxygen supply and high oxygen demand makes the kidney prone to hypoxic injury and renal hypoxia is a major factor involved in the pathogenesis of AKI. Activation of the transcription factor hypoxia-inducible factor (HIF) is one of the prominent adaptive mechanisms associated with hypoxia. HIF is a hetero-dimer consisting of a constitutively expressed HIF-beta subunit and an oxygen-dependent HIF-alpha subunit (HIF-1alpha, HIF-2alpha, or HIF-3alpha). HIF induces the transcription of genes, in-cluding genes responsible for vasomotor regulation, energy metabolism, angiogenic signaling and cytoprotection. Thus, it is feasible that HIF activation may have beneficial effects in the protection of the kidney from hypoxic injuries. Prolyl hydroxylase domain containing enzymes (PHDs), which target the HIF-alpha subunit via hydroxylation of the highly conserved proline residues for the oxygen-dependent degradation, offer a prom-ising pharmaceutical target for HIF stabilization under normoxic conditions. Thus, sev-eral companies have a major interest in developing PHD inhibitors (PHDis).
In cooperation of the groups of Prof. Dr. N. Burzlaff, Department of Chemistry and Pharmacy, at the Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg and Prof. Dr. C. Willam, Department of Medicine 4, at the University Medicine Erlangen we developed most specifically and efficiently new small molecule inhibitors of the 2-oxoglutarate (2-OG)-dependent PHDs. The new developed PHDis are structural analogues to the natu-ral substrate 2-OG. 2-OG is used by the PHDs as a cosubstrate for the hydroxylation of HIF und thus, analogues of 2-OG competitively inhibit the PHDs by chelating the Fe2+ in the active site of the enzyme. Based on the structural motifs of isoquinoline, quinolinone and 4,6-oxohexanoic acid, which resemble 2-OG structurally, new PHDis were synthesized by members of the group of Prof. Dr. N. Burzlaff and subsequently tested for their potential to stabilize HIF-1alpha in vitro. As a benchmark ICA served as one of the best characterized systemic active PHDis. Isoquinoline and quinolinone based lead structures offered a promising approach to develop potent PHDis. Although, it was dif-ficult to achieve a balance between the required lipophilicity to target all cell types and the required solubility in aqueous solutions for application in cell culture experiments. The introduction of an additional aromatic ring led to lower solubility in aqueous media, which could be reversed to some extent by the introduction of a methyl residue. Fur-thermore, the concept of promising 4,6-oxohexanoic acid based PHDis was realized. Addition of a dioxane (CF4) or benzothienyl moiety (CF5) to the side chain of 4,6-oxohexanoic acid resulted in well soluble compounds capable of HIF-1alpha stabilization independently from OAT1 transporters.
Moreover, it was investigated which influence different substituents may have on the uptake of the compounds into the cell. More hydrophilic PHDis (PR2 and BIOX2H) could be implemented by removing the lipophilic benzyl substituent of IOX2, which specifically targeted cells expressing OAT1 transporters. Additionally, a potent PHDi with hydrophilic characteristics based on PDCA equipped with a benzyl triazole substit-uent (PR1) was realized allowing specific targeting of cells and tissues.
Furthermore, an enlargement of the lead structure by benzannulation led to fluorescent properties, which facilitated new potential applications, such as fluorescence microsco-py to localize the distribution of the PHDis in the cell. Interaction between the para-magnetic iron center and the fluorescent PHDi led to fluorescence quenching, which was observed in some tested PHDis. This property could be used to reveal the binding of the inhibitor to the enzyme. BCA showed a well detectable fluorescence signal around the nucleus indicating accumulating BCA bound to PHD2, but BCA should pos-sess paramagnetic fluorescence quenching properties. Studies of BIOX2 revealed maximum fluorescence quenching if 10-fold iron excess was added to BIOX2. The ob-served quenching effects were congruent with fluorescence microscopy studies of BIOX2 showing a diffuse fluorescence signal. Therefore, for fluorescence microscopy studies a fluorescent PHDi would be preferred, which does not have fluorescence quenching properties, such as BIOX2H.
In the second part of this work we aimed to investigate which role HIF stabilization might play in progressive chronic renal failure. Aristolochic acid nephropathy (AAN) was used as a model of chronic nephropathy showing the classical hallmarks of CKD after incomplete repair following the initial toxic induced AKI. Pharmacological HIF sta-bilization combined with genetic HIF stabilization as well as HIF ablation in specific tubule parts was studied to reveal the impact of HIF. The well-characterized 2-OG ana-logue ICA was used for pharmacological HIF activation in AA induced progressive chronic renal failure because it was shown before by our group that preconditional ICA treatment was protective in renal ischemia.
Indeed, preconditional HIF stabilization via ICA ameliorated kidney function 2 w after AA application, possibly due to the enhanced metabolic activity in the proximal tubules, thereby aggravating the AA induced proximal toxicity. This was further confirmed by studies of genetic HIF stabilization and ablation in distal tubule parts via PHD2 and HIF-1alpha knock-out mice. Comparison of knock-out and wildtype mice showed no difference in kidney function in 2 w AAN, thus underlining that HIF stabilization or ablation in the distal tubule parts had no protective effects in AAN in contrast to the described nephroprotective effect of HIF stabilization in ischemic induced AKI.
However, HIF stabilization did not translate into an improved kidney function, but de-velopment of fibrosis tended to be reduced in the long-term analysis 6 w after AA appli-cation. This might be due to the reduced inflammatory response mediated by HIF acti-vation in myeloid cells 2 w after AA application, which in turn resulted in a diminished induction of profibrotic genes. In our study, 6 w after AA application, recovery of renal function was detected and fibrosis seemed to be ameliorated in ICA treated mice.
To prevent side effects of pharmaceutical HIF stabilization, such as erythropoiesis or inhibition of other 2-OG-dependent oxygenases, more selective PHDis should be used. Thus, the promising PHDi candidates BCA, BIOX4 or CF5 should be further investigat-ed in our model of AAN or in other renal injury models.
Additionally, pharmaceutical HIF stabilization should be considered as a therapeutic strategy for the treatment of certain inflammatory conditions. Further investigations of the role of HIF stabilization in inflammation and fibrosis development are required
Skorpionat-Liganden für metallvermittelte enantioselektive Synthesen und bioanorganische Modelle
Full text linkIn this thesis, a one pot synthesis, which is based on a PETERSON/THÉ style reaction, had enabled us to synthesize new menthone based, chiral enantiomerically pure ligands, to evaluate their potential for asymmetric catalysis and their possible application as enzyme models.
It was possible to synthesize and characterize four chiral enantiomerically pure heteroscorpionate ligands. These were obtained in three steps starting from L-Menthone with yields up to 82 %. (1-Methylimidazol-2-yl)-bis(mentho¬pyrazol-1-yl)methane (mibpm3menth), (2 hydroxy-phenyl)-bis(mentho¬pyrazol-1-yl)¬methane (HOPhbpm3menth), 1,1`-bis(mentho¬pyrazol-1-yl)-2-methyl-2-methyl¬disulfanyl¬propane (MeSSiprbpm3menth) and 1,1` bis(menthopyrazol-1-yl)-2-methyl¬propane-2-thiol (HSiprbpm3menth) could be obtained by reacting L Menthone to (+)-2-hydroxymethylen-3-menthone, which was subsequently reacted with hydrazine hydrate to (4R,7R)-menthopyrazole ((+)-HPzmenth). In a following PETERSON style reaction, the menthopyrazole was reacted with the corresponding aldehydes to the aforementioned ligands. The molecular structures of mibpm3menth and HOPhbpm3menth could be obtained by x-ray analysis. It was shown, that the one pot synthesis can be used to prepare a wide range of ligands by the usage of appropriate aldehydes. Stericaly demanding ligands with interesting properties as well as ligands with other donors like (1 methylbenzimidazole-2-yl)-bis(menthopyrazol-1-yl)methane (mbibpm3menth) can be prepared in large scale. Before catalytic studies were performed with these ligands, their coordination behavior, especially the possibility of κ2 or preferably κ3 coordination towards medium and late transition metals was of special interest. Four complexes of mibpm3menth could be obtained, namely [Cu(mibpm3menth)I], [Cu(mibpm3menth)Cl2], [Fe(mibpm3menth)Cl3] and [Mn(mibpm3menth)Cl2]. In the case of [Cu(mibpm3menth)Cl2] a molecular structure was obtained confirming a κ3 coordination motif. It was possible to synthesize the compounds [Zn(OPhbpm3menth)(CH3), [Mo(OPhbpm3menth)O2Cl] and [Mo(OPhbpm3menth)Cl4] by using HOPHbpm3menth as an educt. A κ3 coordination in case of [Zn(OPhbpm3menth)(CH3)] was proven by single crystal analysis.
Copper complexes of the ligand mibpm3menth have also been tested in enantioselective catalysis. A catalytic approach was the enantioselective copper(I) mediated cyclopropanation of styrene with ethyldiazoacetate. The menthopyrazol ligand reached promising results of 69 % ee.
The reaction of the ligand HSiprbpm3menth with dimethylzinc resulted in the zinc complex [Zn(Siprbm3menth)(CH3)]. By this successful synthesis a structural model for the peptide deformylase could be obtained.
The second part of this thesis deals with the synthesis of ferrocenyl substituted bispyrazolyl based ligands. The intention of a successful synthesis is the coordination of the bispyrazolyl acetic acid to an iron(II) center to mimic the active site of a cis dihydroxylating RIESKE dioxygenases. These enzymes possess a [2Fe-2S] ferredoxin iron sulfur cluster (RIESKE center) as an electron donor, with an adjacent iron(II) cofactor which is linked to the enzyme by the 2-his-1-carboxylate triade. The ferrocenyl substituted bispyrazolyl acetic acid could be the model for the 2-his-1-carboxylate triade.
Using the NEGISHI coupling reaction ferrocen can easily be linked to 3,5 dimethylpyrazole or pyrazole. As a result the products 4-ferrocenyl-3,5-dimethyl-1-tritylpyrazole and 4-ferrocenyl-1-tritylpyrazole could be obtained. These were then reacted with trifluoroacetic acid to 4 ferrocenyl-3,5-dimethyl-1H-pyrazole and 4-ferrocenyl-1H-pyrazole. These building blocks were the origin of several κ2 coordinating ligands like bis(4-ferrocenyl-3,5-dimethylpyrazol-1-yl)methane, bis(4-ferrocenylpyrazol-1-yl)methane, bis(4-ferrocenyl-3,5-dimethylpyrazol-1-yl)ketone and bis(4-ferrocenylpyrazol-1-yl)ketone. A molecular structure of bis(4-ferrocenylpyrazol-1-yl)methane was gained by single crystal analysis. On all compounds electrochemical studies were carried out. All of the compounds showed a reversible redox process in the cyclic voltammogram (Table 13). The respective half wave potentials are in a typical potential range of −150 mV to +400 mV vs SHE for the ferredoxin cluster and therefore these systems might be promising candidates for representing models of RIESKE dioxygenases.In der vorliegenden Arbeit wurden mit einer Eintopfsynthese, die auf einer Variante der PETERSON/THÉ-Reaktion beruht, neue, auf Menthon basierende, chirale enantiomerenreine Liganden synthetisiert und diese einerseits auf ihre Aktivität in asymmetrischer Katalyse getestet und andererseits ihre Anwendbarkeit für Enzymmodell-Komplexe untersucht.
Es gelang vier chirale enantiomerenreine Heteroskorpionat-Liganden in drei Schritten ausgehend von L-Menthon und mit Ausbeuten bis zu 82 % zu synthetisieren und zu charakterisieren. (1-Methylimidazol-2-yl)-bis(mentho¬pyrazol-1-yl)methan (mibpm3menth), (2 Hydroxy-phenyl)-bis(mentho¬pyrazol-1-yl)¬methan (HOPhbpm3menth), 1,1`-Bis(mentho-pyrazol-1-yl)-2-methyl-2-methyl¬disulfanyl¬propan (MeSSiprbpm3menth) und 1,1` Bis(menthopyrazol-1-yl)-2-methyl¬propan-2-thiol (HSiprbpm3menth) konnten erhalten werden. Dafür wurde L-Menthon zu (+)-2-Hydroxymethylen-3-menthon umgesetzt, das dann mit Hydrazinhydrat zu (4R,7R)-Menthopyrazol ((+)-HPzmenth) weiterreagiert wurde. Das Menthopyrazol wurde dann in einer - der PETERSON-Umlagerung ähnlichen - Reaktion mit den jeweiligen Aldehyden zu obigen Liganden umgesetzt. Die Molekülstrukturen von mibpm3menth und HOPhbpm3menth konnten durch Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt werden. Außerdem konnte bewiesen werden, dass die Eintopfsynthese durch Einsetzen geeigneter Aldehyde auch zur Darstellung weiterer Liganden erfolgreich eingesetzt werden kann. So können sterisch anspruchsvollere Liganden bzw. Liganden mit anderen Donoren wie z.B. (1 Methylbenzimidazol-2-yl)-bis(menthopyrazol-1-yl)methan (mbibpm3menth) in größerem Maßstab synthetisiert werden. Bevor gezielte Untersuchungen mit diesen Liganden durchgeführt wurden, waren die koordinativen Eigenschaften, insbesondere die Möglichkeit der κ2- bzw. κ3-Koordination der mittleren und späten Übergangsmetalle von Interesse. So konnten von dem Liganden mibpm3menth vier Verbindungen erhalten werden, nämlich [Cu(mibpm3menth)I], [Cu(mibpm3menth)Cl2], [Fe(mibpm3menth)Cl3] und [Mn(mibpm3menth)Cl2]. Im Fall des [Cu(mibpm3menth)Cl2] konnte eine Molekülstruktur erhalten werden die eine κ3-Koordination bestätigt. Mit dem Liganden HOPhbpm3menth war die Darstellung der Verbindungen [Zn(OPhbpm3menth)(CH3), [Mo(OPhbpm3menth)O2Cl] und [Mo(OPhbpm3menth)Cl4] möglich. Auch hier konnte die κ3-Koordination wieder durch eine Einkristall-Röntgenstrukturanalyse von [Zn(OPhbpm3menth)(CH3)] bestätigt werden. Kupfer-Verbindungen des Liganden mibpm3menth wurden außerdem auf ihre Fähigkeiten zur enantioselektiver Katalyse getestet. Unter anderem wurde die enantioselektive Kupfer(I)-vermittelte Cyclopropanierung von Styrol mit Ethyldiazoacetat untersucht. Hier wurden ermutigende Ergebnisse von 69 % ee erreicht.
Mit dem Liganden HSiprbpm3menth wurde der Zink-Komplex [Zn(Siprbm3menth)(CH3)] synthetisiert. Durch die erfolgreiche Synthese konnte ein Modell für die Peptiddeformylase dargestellt werden.
Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Synthese von ferrocenylsubstituierten Bispyrazolyl-basierten Liganden. Durch eine NEGISHI-Kupplung konnte Ferrocen relativ einfach an 3,5-Dimethylpyrazol bzw. Pyrazol gekuppelt werden. So entstanden zuerst die Produkte 4-Ferrocenyl-3,5-dimethyl-1-tritylpyrazol und 4-Ferrocenyl-1-tritylpyrazol. Diese wurden dann mit Trifluoressigsäure zu 4-Ferrocenyl-3,5-dimethyl-1H-pyrazol und 4-Ferrocenyl-1H-pyrazol umgesetzt. Diese Grundbausteine waren der Ursprung mehrerer κ2-koordinierender Liganden wie Bis(4-ferrocenyl-3,5-dimethylpyrazol-1-yl)methan, Bis(4-ferrocenylpyrazol-1-yl)methan, Bis(4-ferrocenyl-3,5-dimethylpyrazol-1-yl)keton und Bis(4-ferrocenylpyrazol-1-yl)keton. Von Bis(4-ferrocenylpyrazol-1-yl)methan konnte auch eine Molekülstruktur erhalten werden. An allen Verbindungen wurden elektrochemische Untersuchungen durchgeführt. Die Verbindungen zeigten im Cyclovoltammogramm jeweils einen reversiblen Redoxprozess. Die jeweiligen Halbwellenpotentiale liegen dabei immer in einem für das Ferredoxin-Cluster typischen Potentialbereich von −150 mV bis +400 mV gegen SHE und können damit eine vielversprechende Grundlage zur Darstellung von RIESKE-Dioxygenase Modellen bieten
Heteroscorpionat-Liganden in der Koordinationschemie - Komplexe relevant für die Hydrierungskatalyse, Olefin-Epoxidierung und Inhibitorstudien
No full textThis work focuses on (i) the syntheses and characterisations of various ruthenium(II) complexes bearing the bdmpza ligand, (ii) complexes based on the new bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)dithioacetato ligand, (iii) complexes based on bispyrazolylacetate esters, and (iv) the syntheses and characteristics of ferrocenyl-substituted ligands derived from bispyrazolylacetic acid and related chelating ligands. Chapter 3.1.2 outlines principle substitution reactions of [Ru(bdmpza)Cl(PPh3)2] (1) [bdmpza = bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)acetate] with various nitrile ligands, i.e. acetonitrile, pivalonitrile, and benzonitrile. In chapter 3.1.3 the reactivity of [Ru(bdmpza)Cl(PPh3)2] (1) towards some chelating phosphanes is investigated with the aim of testing the possibility to introduce chiral bisphosphane ligands such as CHIRAPHOS as well. Chapter 3.1.5 describes synthetic routes for converting compounds 1 and 2 as well as complexes 5 and 8 into the corresponding hydrido complexes. [Ru(bdmpza)Cl(PPh3)2] (1) and [Ru(bdmpza)Cl(NCMe)(PPh3)] (5) are transferred with excess of sodium methanolate by β-hydride elimination into [Ru(bdmpza)H(PPh3)2] (14) and [Ru(bdmpza)H(NCMe)(PPh3)] (15). Chapter 3.1.7 deals with the synthesis of a ruthenium(II) bdmpza complex not bearing phosphane ligands, i.e. [Ru(bdmpza)Cl(CO)2] (20), because it was expected that complete replacement of the PPh3 groups of [Ru(bdmpza)Cl(PPh3)2] (1) by carbonyl groups could promote redox catalytic properties of the complexes. Chapter 3.3 outlines the syntheses of a new N,N,S ligand and complexes thereof based on the bulky bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)methane backbone. This type of ligand and the zinc complexes thereof can be regarded as structural models for the zinc-dependent metalloprotein peptide deformylase (PDF) in, e.g., eubacteria, which are essential for bacterial survival. The active site of this class of enzymes features a tetrahedral N,N,S coordination of the zinc by two histidine and one cysteine residues. Chapter 3.5 reports on a synthetic pathway to a ferrocenyl substituted bispyrazolylacetic acid. Coordination of this ligand to iron(II) mimics the active site of a cis-dihydroxylating RIESKE dioxygenase that consists of an electron donating [2Fe-2S] ferredoxin iron-sulphur cluster (RIESKE centre) adjacent to the iron(II) cofactor bound to the enzyme by a 2-His-1-Carboxylate triad.Diese Arbeit befasst sich mit (i) der Synthese und Charakterisierung von verschiedenen Ruthenium(II)-bdmpza Komplexen, (ii) Komplexen, die auf einem neuen Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)dithioacetato-Liganden beruhen, (iii) Komplexen, die auf Bispyrazolylessigsäureestern basieren und (iv) der Synthese und den Eigenschaften ferrocenyl-substituierter Liganden, die sich von Bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)essigsäure ableiten. Kapitel 3.1.2 legt prinzipielle Substitutionsreaktionen von [Ru(bdmpza)Cl(PPh3)2] (1) [bdmpza = Bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)acetat] mit verschiedenen Nitril-Donorliganden dar, unter anderem Acetonitril, Pivalonitril und Benzonitril. In Kapitel 3.1.3 wird die Reaktivität von [Ru(bdmpza)Cl(PPh3)2] (1) gegenüber einigen chelatisierenden Phosphanen untersucht, um zu überprüfen, ob in zukünftigen Experimenten auch ein chirales Bisphosphan wie CHIRAPHOS koordiniert werden könnte. In Kapitel 3.1.5 werden Synthesemethoden beschrieben, um aus den Verbindungen 1 und 2 sowie den Komplexen 5 und 8 die entsprechenden Hydrido-Derivate zu erhalten. Aus [Ru(bdmpza)Cl(PPh3)2] (1) und [Ru(bdmpza)Cl(NCMe)(PPh3)] (5) werden mit einem Überschuss an Natriummethanolat durch β-Hydrideliminierung die Verbindungen [Ru(bdmpza)H(PPh3)2] (14) und [Ru(bdmpza)H(NCMe)(PPh3)] (15) erhalten. Kapitel 3.1.7 thematisiert die Synthese des phosphanfreien Ruthenium(II)-bdmpza-Komplexes [Ru(bdmpza)Cl(CO)2] (20), da zu erwarten war, dass ein vollständiger Austausch der Triphenylphosphan-Gruppen durch Carbonylgruppen in [Ru(bdmpza)Cl(PPh3)2] (1) die oxidationskatalytischen Eigenschaften unterstützen würde. Kapitel 3.3 behandelt die Synthese eines neuen N,N,S-Liganden, der auf dem sperrigen Bis(3,5-di-tert-butylpyrazol-1-yl)methan-Grundgerüst basiert, sowie dessen Metallkomplexe. Dieser Ligand und die davon abgeleiteten Zink-Komplexe können als strukturelles Modell für das Zink-abhängige Metalloenzym Peptid-Deformylase (PDF) angesehen werden, welches in Bakterien vorkommt und für deren Überleben essentiell ist. Das aktive Zentrum dieser Enzyme besteht aus einem durch zwei Histidine und einem Cystein N,N,S-koordinierten Zinkion. Kapitel 3.5 befasst sich mit der Entwicklung eines Synthesewegs für eine ferrocenylsubstituierte Bispyrazolylessigsäure. Die Koordination dieses Liganden an Eisen(II) ahmt das aktive Zentrum einer cis-dihydroxylierenden Rieske-Dioxygenase nach, die einen elektronendonierenden [2Fe-2S] Ferredoxin-Eisen-Schwefel-Cluster (Rieske-Zentrum), der einem Eisen(II)-Cofaktor benachbart ist, enthält. Dieses Eisenzentrum ist über eine 2-His-1-Carboxylat-Triade an das Enzym gebunden
Skorpionatkomplexe zur Copolymerisation und molekularen Prägung
No full textIn order to reveal the influence of substituents at the bridging position of bis(pyrazol-1-yl)acetato ligands, the coordination behavior the model ligand 2,2-bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)propanoic acid (L1) was investigated in the first part of this thesis. It was observed that the introduced methyl group has a crucial effect on the structure and reactivity of transition metal complexes of ligand L1. Steric interactions of the methyl group at the bridging position and the pyrazolyl substituents at position 5 cause a twist of one pyrazolyl unit. The steric tension in the bisphosphine complex [Ru(L1)Cl(PPh3)2] is responsible for the enhanced dissociation of one PPh3 ligand. The resulting coordinatively unsaturated 16 VE fragment [Ru(L1)Cl(PPh3)] readily reacts with N2 molecules of the inert gas atmosphere to form the dinitrogen complex [Ru(L1)Cl(N2)(PPh3)] which represents the first example for a N2 complex bearing a bis(pyrazol-1-yl)acetato ligand. In contrast, treatment of [Ru(L2)Cl(PPh3)2] (L2 = 2,2-bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)acetic acid) with N2 showed only traces of a N2 product in the IR spectrum. Unsaturated fragments such as [Ru(L1)Cl(PPh3)] are important intermediates in organometallic and inorganic transformations and might be of interest as potential catalysts and for the activation of small molecules. In the second part of this thesis, the new N,N,O ligand 2,2-bis(3,5-dimethyl-4-vinylpyrazol-1-yl)acetic acid (L3) was synthesized in four steps. The advantage of this ligand is that the functional units for polymerization are no longer positioned at the bridging carbon atom and thus do not influence the remaining space of κ3-N,N,O bound transition metal fragments. Ligand L3 was copolymerized with either methyl methacrylate (MMA) or ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) and the resulting solid phases have been treated with appropriate precursor compounds to form incorporated tricarbonyl complexes [M(L3)(CO)3] (M = Mn, Re). The successful incorporation of the metals was verified by ICP-AES and AAS measurements. IR spectroscopic investigations on these polymers revealed that the embedded metal centers are bound in a fac-κ3-N,N,O coordination mode. Furthermore, an embedded copper(II) complex was synthesized by heterogeneous reaction of a MMA copolymer of ligand L3 with CuCl2. UV/Vis spectroscopic investigations revealed a bathochromic shift by 64 nm compared to the UV/Vis spectrum of the homogeneous complex [Cu(L3)2]. This implies that the copper(II) centers embedded in this copolymer are mainly coordinated by one ligand moiety and the unwanted formation of bisligand complexes [M(L)2] can be prevented. In the third part of this work, ligand L3 was used for the generation of imprinted polymers. For this purpose, two template complexes [Ru(L3)(BF)(PPh3)] (BF = benzoylformate) and [Ru(L3)(NOG)(PPh3)] (NOG = N-oxalylglycine) have been synthesized. Since NOG is isostructural to 2-oxoglutaric acid, [Ru(L3)(NOG)(PPh3)] can be considered as a model complex for a 2-OG-dependent iron(II) oxygenase inhibited by NOG. Thus, it is well suited as a “dummy” complex for the generation of an imprinted polymer which might mimic the catalytic activity of such an oxygenase enzyme. Both template complexes have been copolymerized with EGDMA in the presence of a porogene solvent. The resulting solid phases have been analyzed by UV/Vis spectroscopy and it was found that the absorption maxima of the polymerized complexes are almost identical to those recorded for the corresponding homogeneous complexes which proves the successful incorporation. The imprints have been generated by treating the polymers with excess of PMe3. ICP-AES measurements have shown that up to 51% of the ruthenium templates can be removed by this procedure. In upcoming studies, it has to be examined whether these imprinted polymers are able to catalytically oxidize substrates such as cyclohexene on addition of iron(II) and 2-OG in presence of dioxygen or a oxidizing agent such as H2O2. First experiments of incorporation of the generated cavities with iron(II) are on their way. In a sub project of this thesis it was found that the complexes [Ru(L1)Cl(CO)2] and [Ru(L2)Cl(CO)2] are able to selectively catalyze the epoxidation of cyclohexene with iodosyl benzene. During this theis, a TON of up to 20.6 was obtained for [Ru(L2)Cl(CO)2] by tuning the reactant/catalyst ratio. In a second sub-project, the small molecule inhibitor 2-(1-chloro-4-hydroxyisoquinoline-3-carboxamido)acetic acid was synthesized according to literature procedures and provided to the group of Prof. Dr. K.-U. Eckardt (Medicinal Clinic 4, Nephrology and Hypertension, Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nürnberg). It was found that this compound is able to stabilize HIF (hypoxia-inducible factor) and induce HIF target genes in vitro and in vivo. Preconditional HIF activation by inhibitors might be used for the treatment of ischemic diseases or for organ preservation in transplantation.Im ersten Teil der Arbeit wurde das Koordinationsverhalten des neuen N,N,O-Liganden 2,2-Bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)propansäure (L1) untersucht. Sowohl die Struktur als auch die Reaktivität von Komplexverbindungen dieses Liganden werden stark durch die Methylgruppe an der Brückenposition beeinflusst. Sterische Wechselwirkungen zwischen den Methylgruppen führen zu einer Verdrehung eines der beiden Pyrazoldonoren. Im Bisphosphin-Komplex [Ru(L1)Cl(PPh3)2] hatte dies die Verdrängung eines PPh3-Liganden und somit die Ausbildung eines koordinativ ungesättigen 16VE-Fragmentes [Ru(L1)Cl(PPh3)] zur Folge. Durch Reaktion mit vorhandenen N2-Molekülen des Schutzgases entstand der Distickstoff-Komplex [Ru(L1)Cl(N2)(PPh3)]. Diese Verbindung ist das erste bekannte Beispiel für einen Distickstoff-Komplex eines Bis(pyrazol-1-yl)essigsäure Liganden und ist im Hinblick auf die Aktivierung kleiner Moleküle von besonderem Interesse. Blindversuche mit dem Liganden 2,2-Bis(3,5-dimethylpyrazol-1-yl)essigsäure (L2) zeigten, dass dieser nicht zur Bildung eines analogen Distickstoff-Komplexes fähig ist. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der zur Copolymerisation geeignete N,N,O-Ligand 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4-vinyl-pyrazol-1-yl)essigsäure (L3) dargestellt. Der Vorteil dieses neuartigen Liganden ist, dass sich die polymerisationsaktiven Substituenten nicht wie bisher üblich am Brückenkohlenstoffatom befinden, sondern als Substituenten in Position 4 der Pyrazolringe angebracht sind und somit das Koordinationsverhalten des Liganden nicht nachteilig beeinflussen. Durch Copolymerisation mit Methylmethacrylat (MMA) oder Ethylenglykoldimethacrylat (EGDMA) erzeugte Festphasen wurden mit geeigneten Metallprecursor-Verbindungen zu immobilisierten Komplexen [M(L3)(CO)3] (M = Mn, Re) umgesetzt. Mittels AAS und ICP-AES Messungen konnte die Aufnahme der Übergangsmetalle in die polymeren Festphasen bestätigt werden. Durch IR-Spektroskopie konnte belegt werden, dass die im Polymer verankerten Ligand-Fragmente in der Lage sind Metallzentren mit einem fac-κ3-N,N,O Motiv zu binden. Weiterhin wurde ein MMA-Copolymer des Liganden L3 in einer heterogenen Reaktion mit CuCl2 umgesetzt. Das UV/Vis-Spektrum des resultierenden kupferhaltigen Polymers zeigt eine bathochrome Verschiebung des Absorpionsmaximums um 64 nm im Vergleich zum homogenen Bisligand-Komplexes [Cu(L3)2]. Aufgrund der Quervernetzung in der polymeren Festphase kann daher die Bildung von unerwünschten Komplexen des Typs [M(L)2] umgangen werden. Im weiteren Verlauf wurde der Ligand L3 zur Erzeugung molekular geprägter Polymere genutzt. Die synthetisierten Templatkomplexe [Ru(L3)(BF)(PPh3)] (BF = Benzoylformiat) und [Ru(L3)(NOG)(PPh3)] (NOG = N-Oxalylglycin) können als strukturelle Modelle für die aktiven Zentren 2‑Oxoglutarat-abhängiger Eisen(II)-Enzyme betrachtet werden. Hervorzuheben ist, dass N‑Oxalylglycin strukturanalog zum natürlich vorkommenden Cosubstrat 2-Oxoglutarsäure ist und somit einen Inhibitor für 2-OG-abhängige Eisen(II)-Oxygenasen darstellt. Daher eignet sich [Ru(L3)(NOG)(PPh3)] besonders gut als Templat für die Erzeugung eines geprägten Polymers, mit dem die katalytische Funktion solcher Enzyme nachgeahmt werden kann. Die Templatkomplexe wurden in Gegenwart von EGDMA und einem porogenen Solvens copolymerisiert. Durch UV/Vis‑Spektroskopie konnte die erfolgreiche Einbindung der Komplexe in eine Polymermatrix belegt werden. Um die erwünschte Prägung zu erzeugen, wurden die Polymere mit PMe3 behandelt. Durch ICP-AES Messungen konnte ein deutlicher Rückgang des Rutheniumgehaltes von bis zu 51 % beobachtet werden. Zukünftige Studien werden zeigen, ob diese geprägten Umgebungen bei Zugabe von Eisen(II) und 2‑Oxoglutarat dazu fähig sind, Substrate wie beispielsweise Cyclohexen mit atmosphärischem Sauerstoff oder einem Oxidationsmittel wie H2O2 katalytisch zu oxidieren. In ersten Versuchen hierzu wurden die geprägten Umgebungen bereits mit Eisen(II) besetzt. In einem Teilprojekt dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Komplexe [Ru(L1)Cl(CO)2] und [Ru(L2)Cl(CO)2] die selektive Epoxidierung von Cyclohexen zu Cyclohexenoxid katalysieren. Als Oxidationsmittel wurde Iodosobenzol eingesetzt. Für den Komplex [Ru(L2)Cl(CO)2] wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Wechselzahl von 20.6 ermittelt. In einem zweiten Teilprojekt, wurde der Prolylhydroxylase-Inhibitor N-((1-Chlor-4-hydroxyisochinolin-3-yl)carbonyl)glycin nach Literaturvorschriften synthetisiert und an die AG Prof. Dr. K.‑U. Eckardt (Medizinische Klinik 4, Nephrologie und Hypertensiologie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg) für Experimente zur Stabilisierung von HIF (Hypoxie-induzierter Faktor) bereitgestellt. Es zeigte sich, dass die Verbindung in der Lage ist, HIF 1α zu stabilisieren und HIF-Zielgene sowohl in vitro als auch in vivo zu induzieren. Die Aktivierung von HIF durch Inhibitormoleküle kann zur Behandlung von ischämischen Erkrankungen oder die Konservierung von Spenderorganen bei Transplantationen hilfreich sein
Eindimensional Koordinationspolymere basierend auf N,N Donorliganden
No full textTo get a better understanding of the coordination behaviour of the ligand trans-1,2-bis(N-methylimidazol-2-yl)ethylene (trans-bie) (2), the first part of this thesis (chapter 3.1) describes the synthesis and characterisation of a range of dinuclear metal(II) acetato paddlewheel polymers with different metal-metal bond orders linked by trans-bie (2). The reaction of trans-bie (2) with the metal(II) acetates of rhodium, ruthenium, molybdenum and chromium led to the formation of the corresponding 1D coordination polymer with the molecular formula [M2(OAc)4(trans-bie)]n (M = Rh (4), Ru (5), Mo(6), Cr(7)) . These complexes have been characterised by elemental analysis, infrared spectroscopy and UV/Vis absorption spectroscopy. It was possible to characterize the polymers [Rh2(OAc)4(trans-bie)]n (4), [Ru2(OAc)4(trans-bie)]n (5) and [Mo2(OAc)4(trans-bie)]n (6) by single crystal X-ray structure determination. A comparison of these polymer structures with the copper(II) acetate polymer [Cu2(OAc)4(trans-bie)]n shows a correlation between the strength of the metal-metal and the metal-nitrogen bond of the coordinating ligand. The stronger the metal-metal bond in the paddlewheel unit the weaker the bond between the metal and the coordinating nitrogen donor. In cooperation with C. WICK from the CLARK group theoretical calculations were performed. CASSCF/CASPT2 and DFT calculations of a single periodic unit of [Mo2(Ac)4(trans-bie)2]n showed a weakening of the possible quadruple bond, which is mainly attributed to weakly overlapping δ orbitals and a resulting effective bond order (EBO) of 3.3. The calculated metal-metal bond orders in [Rh2(OAc)4(trans-bie)2] and [Ru2(OAc)4(trans-bie)2] indicate single and double bonds with EBO of 0.8 and 1.7, respectively. Furthermore, a complex [Cr2(OAc)4(trans-bie)2] (8) was crystallized, consisting of the chromium paddlewheel unit, which is coordinated by two trans-bie ligands. By reacting zinc(II) acetate with trans-bie (2) a polymer with a trinuclear metal unit was obtained. Here the three zinc centres are bridged by six acetato ligands to form a polymer with the formula [Zn3(OAc)6(trans-bie)]n (9).
Based on these results in cooperation with T. WAIDMANN of the BURZLAFF group a new N,N donor based imidazole ligand was synthesized (chapter 3.2). Two methylimidazoles were linked by a bisacetylene unit to obtain the new linear ligand bis(N-methylimidazol-2-yl)butadiyne (bmib) (3). In cooperation with the GULDI group the fluorescence properties of bmib (3) were investigated by time dependent absorption spectroscopy. By the reaction of zinc(II) acetate with bmib (3) a 1D coordination polymer was obtained in which the ligand coordinates to a zinc paddlewheel unit on the one side and to a trinuclear zinc unit on the other side similar to zinc polymer 9 mentioned above. The molecular formula of the polymer is [Zn5(OAc)10(bmib)2]n (10).
In the final part of this thesis (chapter 3.3) a range of polymers containing a so called sawhorse unit were synthesized. The reaction of [Ru3(CO)12] with acetic acid led to the formation of a polymeric precursor [Ru2(OAc)2(CO)4]n consisting of a dinuclear ruthenium(I) unit. The metal centres are bridged by two acetato groups and each ruthenium is coordinated by two carbonyl ligands. In the next step the reaction of the N,N donor ligands pyrazine (pyz), 1,4-diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO), 4,4´-bipyridine (4,4´-bipy), trans-1,2-bis(N-methylimidazol-2-yl)ethylene (trans-bie) (2) and 1,2-di(4-pyridyl)ethylene (bpe) corresponding 1D coordination polymers with the general molecular formula [Ru2(OAc)2(CO)4(L)]n (11-15) were formed. These complexes have been characterised by elemental analysis, infrared spectroscopy and UV/Vis absorption spectroscopy. It was also possible to characterize the organometallic coordination polymers 11 and 12 by single crystal X-ray structure determination. Within a polymer chain the acetato bridged dinuclear units have an alternating “up-down” arrangement in which the acetato bridges on one dimer unit are adjacent to the carbonyl groups on the units on either side. In cooperation with the CLARK group the different bonds by means of DFT and CASSCF calculations as described for paddlewheel polymers were analysed. The metal to metal Mayer Bond Orders (MBO) of 0.66 according to DFT and the effective bond order (EBO) of 0.85 indicate a weakening of a possible single bond (σ orbitals) due to ligand coordination. For further investigations we imaged the coordination polymer [Ru2(OAc)2(CO)4(trans-bie)]n (11) with STM. It was observed from the topography measurements that the compound adsorbs at defect line of the substrate in a linear arrangement. So far a distinct answer on the formation of a polymer or a dinuclear complex during adsorption on surface cannot be given.Um ein besseres Verständnis über das Koordinationsverhalten des Liganden trans-1,2-bis(N-methylimidazol-2-yl)ethylene (trans-bie) (2) zu erlangen, befasst sich der erste Teil dieser Arbeit (Chapter 3.1) mit der Synthese und Charakterisierung einer Reihe von dinuklearen Metall(II)acetat Polymeren mit unterschiedlichen Metall-Metall Bindungsordnungen. Diese so genannten Paddlewheel-Einheiten (Schaufelrad-Einheit) werden durch den trans-bie Liganden verknüpft. Die Reaktion von Rhodium(II)-, Ruthenium(II)-, Molybdän(II)- bzw. Chrom(II)acetat mit trans-bie (2) führte zur Ausbildung der entsprechenden 1D-Koordinationspolymere mit der allgemeinen Formel [M2(OAc)4(trans-bie)]n (M = Rh (4), Ru (5), Mo (6), Cr (7)). Diese Verbindungen wurden mittels Elementaranalyse, Infrarotspektroskopie und UV/Vis Absorptionsspektroskopie charakterisiert. Des weiteren war es möglich die Verbindungen [Rh2(OAc)4(trans-bie)]n (4), [Ru2(OAc)4(trans-bie)]n (5) und [Mo2(OAc)4(trans-bie)]n (6) mittels der Einkristall Röntgenstrukturanalyse zu charakterisieren. Ein Vergleich mit der bereits bekannten Polymerstruktur des Kupfer(II)acetats [Cu2(OAc)4(trans-bie)]n zeigte eine Beziehung zwischen der Bindungsstärke der Metall-Metall-Einheit und der Metall-Stickstoff-Bindung des koordinierten trans-bie Ligandens. Je stärker die Metall-Metall-Bindung in der Paddlewheel-Einheit desto schwächer ist die Bindung zwischen dem Metall und dem koordinierten Stickstoffatom des Ligandens. Theoretische Berechnungen zu den gezeigten Polymeren wurden in einer Kooperation mit C. WICK aus der Arbeitsgruppe CLARK durchgeführt. CASSCF/CASPTS und DFT Berechnungen für eine einzelne periodische Einheit des Polymers [Mo2(OAc)4(trans-bie)]n (6) zeigten eine Schwächung der möglichen Vierfachbindung, welche maßgeblich auf geringer überlappende δ-Orbitale zurückzuführen ist, was eine effektive Bindungsordnung (EBO) von 3.3 zur Folge hat. Die berechneten Metall-Metall-Bindungsordnungen in den Polymeren [Rh2(OAc)4(trans-bie)]n (4) und [Ru2(OAc)4(trans-bie)]n (5) weisen auf eine Einfach- bzw. Doppelbindungen mit EBO Werten von 0.8 bzw. 1.7 hin. Des weiteren konnte ein Chrom(II)acetat Komplex mit der Formel [Cr2(OAc)4(trans-bie)2] (8) kristallisiert werden, der aus einer Chrom Paddlewheel-Einheit besteht, die von zwei trans-bie Liganden koordiniert wird. Durch die Reaktion von Zink(II)acetat mit trans-bie (2) bildete sich ein Polymer mit einer trinuklearen Metalleinheit. In diesem Fall werden drei Zinkatome durch sechs Acetatgruppen verbrückt die ein Polymer mit der Formel [Zn3(OAc)6(trans-bie)]n (9) bilden.
Aufbauend auf diese Ergebnisse wurde in Kooperation mit T.WAIDMANN aus der BURZLAFF-Gruppe ein neuer N,N-Donor basierter Ligand hergestellt (Chapter 3.2). Dabei werden zwei Methylimidazole durch eine Bisacetyleneinheit verbrückt um den linearen bis(N-methylimidazol-2-yl)butadiyne (bmib) (3) Liganden zu erhalten. In einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe GULDI wurden die Fluoreszenzeigenschaften mittels zeitaufgelöster Absorptionsspektroskopie untersucht. Durch die Umsetzung von Zink(II)acetat mit bmib (3) konnte ein 1D-Koordinationspolymer mit der Formel [Zn5(OAc)10(bmib)2]n (10) synthetisiert werden. Der Ligand koordiniert auf der einen Seite an eine Zink-Paddlewheel-Einheit auf der anderen Seite an eine trinucleare Zinkeinheit, ähnlich dem oben beschriebenen Polymer 9.
Im letzten Teil dieser Arbeit (Chapter 3.3) wurden Polymere mit einer so genannten Sawhorse-Einheit (Sägebock-Einheit) hergestellt. Die Reaktion von [Ru3(CO)12] mit Essigsäure führt zur Ausbildung einer polymeren Vorstufe [Ru2(OAc)2(CO)4]n, die aus einer zweikernigen Ruthenium(I)-Einheit besteht. Die Metallzentren sind hier durch zwei Acetato-Liganden verbunden, wobei jedes Ruthenium zusätzlich durch zwei Carbonylliganden koordiniert ist. Im nächsten Schritt wurde durch die Reaktion mit den N,N-Donorliganden Pyrazin (pyz), 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan (DABCO), 4,4´-Bipyridin (4,4´-bipy), trans-1,2-bis(N-methylimidazol-2-yl)ethylene (trans-bie) (2) und 1,2-di(4-pyridyl)ethylene (bpe) das entsprechende 1D Koordinationspolymer mit der Formel [Ru2(OAc)2(CO)4(L)]n (11-15) hergestellt. Diese Verbindungen wurden mittels Elementaranalyse, Infrarotspektroskopie und UV/Vis-Absorptionsspektroskopie charakterisiert. Es war des weiteren möglich die metallorganischen Koordinationspolymere 11 und 12 durch Einkristall Röntgenstrukturanalyse zu charakterisieren. Innerhalb eines Polymeres alternieren die dinuklearen Einheiten in einer “up-down” Anordnung. Dabei sind die Acetatbrücken einer Einheit zu den Carbonylgruppen der nächsten Einheit benachbart. In einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe CLARK wurden die unterschiedlichen Bindungsordnungen durch DFT und CASSCF, ähnlich wie für die bereits beschriebene Paddlewheelpolymere, berechnet. Die Metall-Metall Mayer Bond Orders (MBO) von 0.66 entsprechend für DFT und die Effektiven Bindungsordnung (EBO) von 0.86 zeigen eine Schwächung der möglichen Einfachbindung (σ-Orbitale) durch die Ligandenkoordination. Für weitere Untersuchen wurde das Polymer [Ru2(OAc)2(CO)4(trans-bie)]n (11) mittels Rastertunnelmikroskopie hin untersucht. Es konnte aufgrund der Oberflächenaufnahmen gezeigt werden, dass die Verbindung sich an einer Defektlinie der Oberfläche als lineare Stränge anlagert. Eine genaue Antwort über die Anordnung der Verbindung als Polymer oder als dinuklearer Komplex auf der Oberfläche, kann aufgrund der bisher erhaltenen Aufnahmen nicht gegeben werden
Liganden und Koordinationschemie basierend auf vinyl- und alkinylsubstituierten Pyrazolen
No full textIn order to overcome one of the most important drawbacks of bis(pyrazol-1-yl)acetic acids, namely their tendency to form bisligand complexes, they were modified following various concepts, so far. Apart from an increase of the sterical demand, vinyl linkers were introduced, to make the ligand capable to undergo copolymerization reactions. The most recent ligand of this type is the bis(3,5-dimethyl-4-vinylpyrazol-1-yl)acetic acid (Hbdmvpza), which was first reported on in 2010. So far, complexes of this ligand and its copolymers were not employed in catalytic studies in order to compare their reactivity in their copolymerized state.
Therefore, two complexes based on this ligand system were synthesized (see figure 4.1), one with a N,N (3) and one with a N,N,O coordination motif (5). These oxomolybdenum compounds showed good reactivity concerning the oxygen atom transfer (OAT) reaction from dimethyl sulfoxide to triphenylphosphine. Thus, these complexes might serve as functional model complexes for DMSO reductases.
In order to investigate the properties of the corresponding copolymers, both complexes were copolymerized with MMA and EGDMA (P10 - P13), respectively. Apart from this, copolymers of the two ligands with MMA and EGDMA were synthesized and subsequently loaded with molybdenum fragments (P6-Mo - P9-Mo). All of the obtained molybdenum containing polymers were analyzed via atomic absorption spectroscopy concerning the molybdenum contents. It was found, that, in the case of the copolymerized complexes P10 - P13, the amount of incorporated complex fragments depends strongly on the applied copolymer. The reactivity of MMA during the polymerization reaction was found to be lower than the reactivity of the complex molecules, due to not being a crosslinker. The complex incorporation of up to 0.646 mmol/g was therefore rather high. The crosslinking EGDMA monomer on the other hand led to copolymers with metal contents of only up to 0.0334 mmol/g. When the polymers of the ligands were charged with the molybdenum fragments (P6-Mo - P9-Mo), the properties of the two copolymers also led to different results. The highly crosslinked EGDMA copolymers reached occupation levels of up to 14.8 % while the less crosslinked MMA copolymers contained metal fragments in up to 78.5 % of the available binding sites. The amount of binding sites was thereby determined by the nitrogen value of the elemental analysis of the respective copolymers. The coordination motif of the incorporated complex moieties were investigated via IR spectroscopy and remained unchanged in either case when compared to the free complexes. The applied catalysts were able to catalyze the reduction of dimethyl sulfoxide under oxidation of triphenylphosphine.
In general, the MMA copolymers exposed higher catalytic activities than the corresponding EGDMA derivatives, which is caused by the better access to the metal centers. It was also obvious that in the latter, the polymers which were charged with metal fragments subsequently to the polymerization process showed a significantly higher activity. Their counterparts, for which the final complexes were copolymerized probably contain a certain amount of metal sites, which were locked in and therefore blocked from substrate access during the polymerization. Since the EGDMA polymers are highly crosslinked in comparison to the MMA copolymers, the effect there is more striking (P11 and P7-Mo).
In future experiments, such effects could be avoided by the application of molecular imprinting. Therefore, a dummy substrate can be bound to the active site prior to the copolymerization process, which is removed afterwards. By this way, a cavity might be created, which would possibly keep the active site accessible for substrates in catalytic studies.
The second part of this thesis dealt with the synthesis of ligands bearing an acetylene instead of a vinyl linker group in position 4 of the pyrazole rings. As such, a Hbdmpza derivative as well as bis(pyrazolyl)methane derivatives were synthesized.
Apart from bis(4-ethynyl-3,5-dimethylpyrazol-1-yl)methane (bedmpzm) (15), which was initially synthesized under Corey-Fuchs conditions starting from bis(3,5-dimethyl-4-formylpyrazol-1-yl)methane (1), these ligands were synthesized starting from 3,5-dimethyl-4-(trimethylsilyl)ethynylpyrazole (28). This compound was synthesized from 3,5-dimethylpyrazole in four steps. Starting from there, 15 could also be synthesized under phase transfer conditions. The well established one pot synthesis of bispyrazolylacetic acids by Burzlaff et al. was used in the synthesis of the Hbdmpza derivative 29. Due to the basic conditions of this reaction, the trimethylsilyl groups are removed during the synthesis without an additional step. Bis(4-ethynylpyrazol-1-yl)methane ligands on the other hand were also obtained following a one pot synthesis procedure established by Elflein et al. [23] Following this protocol, basically any desired aldehyde can be used as bridging group thus altering the coordination motif. In this thesis, salicylaldehyde as well as 1-methyl-2-imidazolecarboxaldehyde were used to obtain the corresponding N,N,O and N,N,N coordinating ligands 30 and 33. The protecting trimethylsilyl group was kept in place during the reaction and could be removed in an additional step under either basic conditions or the application of potassium fluoride in methanol.
The introduction of acetylene linkers allows for a range of reactions to further modify the ligands or complexes thereof as depicted in scheme 4.2. Included are coupling reactions like the Glaser homo coupling reaction or the Cadiot-Chodkiewicz hetero coupling reaction. Furthermore, modifications via Click chemistry (CuAAC) or Sonogashira
reactions are feasible. Possible applications are manifold. Besides the herein presented modifications to serve as model complexes for Rieske dioxygenases, the introduction of fluorophores could be beneficial. The fluorescence could be switched via paramagnetic fluorescence quenching induced by metal centers coordinated to the ligand. Another possible application is the PEGylation of the ligand. Thereby, polyethylene glycol polymer (PEG) chains are attached to the ligand molecules to improve their solubility. This can be achieved by the methods mentioned above, since a wide range of PEG derivatives are commercially available. This process is well established in pharmaceutical chemistry, since water solubility can be greatly improved without increasing the toxicity of the corresponding drugs.
Starting from 3,5-dimethyl-4-(trimethylsilyl)ethynyl-1-tritylpyrazole (26), the N,N coordinating ligand 1,4-bis(3,5-dimethyl-1H-pyrazol-4-yl)butadiyne (37) could be obtained, which is suitable to synthesize 1D coordination polymers. Therefore, the trimethylsilyl protecting group was removed to allow a Glaser homo coupling reaction of the obtained compound. A trityl protecting group was applied for this purpose. This group protects the nitrogen donors from building such polymers with the metal catalysts used during the coupling reaction. The deprotected ligand readily forms coordination polymers with metal salts. As such, cobalt acetylacetonato and cobalt chloride coordination polymers could be obtained. It was possible to determine the structure of the cobalt(II)acetylacetonato polymer (38) via X-ray structure determination as it is depicted in figure 4.2. Furthermore, in order to design model systems for Rieske dioxygenases several ligands bearing ferrocenyl moieties were synthesized. These model systems were on the one hand based on the above mentioned bis(4-ethynyl-3,5-dimethylpyrazol-1-yl)methane (bedmpzm) (15) and on the other hand on 4-iodo substituted bis(pyrazolyl)methanes (45, 46) and -acetic acid (49). These ligand backbones were reacted with several ferroncenyl precursors in copper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) or Sonogashira reactions.
The influence of different linker groups on the electrochemical potential of the resulting compounds was investigated via cyclic voltammetry. This procedure revealed for each of the examined compounds one reversible redox potential. The obtained half wave potentials are summarized in table 4.3. In order to mimic the behavior of ferredoxin clusters, a potential of −150 up to +400 mV vs. SHE would be desirable, what equates to −550 to 0 mV vs. the ferrocene/ferrocenium couple. As can be seen in table 4.3, the most promising candidates are those with an additional phenyl group in the linker moiety. In combination with the N,N,O binding motif of bis(pyrazolyl)acetic acids, which mimics the natural 2-His-1-carboxylate triad binding motif of Rieske dioxygenases, these ligands are promising candidates for model complexes. However, it was shown, that the potential of such compounds can be tuned over a relatively wide potential range, which leaves room for future optimizations. Due to the versatility of this concept, different ferrocenyl derivatives can be introduced as electron donors easily. For the studies conducted herein, the carboxylate donor function was protected by a esterification. In future studies, iron(II) centers need to be coordinated subsequent to saponification of the ester group, to create structural and functional models of a Rieske center.Bis(pyrazol-1-yl)essigsäure Liganden wurde in den letzten 15 Jahren auf verschiedenste Weise modifiziert, um das Problem der Bisligandkomplexbildung zu vermeiden. Abgesehen von der Erhöhung des sterischen Anspruchs wurden z.B. Vinyllinker eingeführt, die den Liganden befähigen, Vinylgruppen-basierte Copolymerisationsreaktionen einzugehen.
Der jüngste Ligand dieser Art ist Hbdmvpza, welcher 2010 publiziert wurde. Bisher wurden Komplexe dieses Liganden und seiner Copolymere nicht in katalytischen Studien eingesetzt, bei denen ihre jeweilige Reaktivität im copolymerisierten Zustand verglichen wurde.
Aus diesem Grund wurden auf Grundlage dieses Ligandsystems zwei Komplexe synthetisiert: einer von ihnen mit einem N,N (3) und einer mit einem N,N,O Koordinationsmotiv (5). Diese Oxomolybdän Verbindungen zeigten gute Reaktivität im Bezug auf die Sauerstofftransfer (OAT) Reaktion von Dimethylsulfoxid auf Triphenylphosphan. Daher eignen sie sich für den Einsatz als Modelsysteme für DMSO-Reduktasen.
Um die Eigenschaften der jeweiligen Copolymere zu überprüfen wurden beide Komplexe jeweils mit MMA und EGDMA copolymerisiert (P10 - P13). Darüber hinaus wurden die metallfreien Liganden ebenfalls mit MMA und EGDMA polymerisiert und nachträglich mit Molbydän beladen (P6-Mo - P9-Mo). Alle erhaltenen molybdänhaltigen Polymere wurden, nachdem sie chemisch aufgeschlossen wurden, mittels Atomabsorptionsspektros kopie bezüglich des Molybdängehaltes analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass im Fall der copolymerisierten Komplexe P10 - P13 die Menge an eingebetteten Komplexfragmenten stark vom eingesetzten Copolymer abhängig ist. Die Reaktivität von MMA im Bezug auf die Polymersationsreaktion erwies sich als niedriger als die der Komplexmoleküle, da es sich bei MMA um keinen Quervernetzer handelt. Dadurch erklärt sich der hohe Gehalt an Komplexfragmenten im Copolymer von bis zu 0.646 mmol/g. Im Gegensatz dazu führte der Einsatz des quervernetzenden EGDMA nur zu Metallgehalten von bis zu
0.0334 mmol/g.
Wurden die Copolymere der freien Liganden nachträglich mit Molybdän beladen (P6-Mo - P9-Mo), führten die unterschiedlichen Eigenschaften der beiden Copolymere ebenfalls zu voneinandner abweichenden Ergebnissen. Die stark quervernetzten EGDMA Copolymere erreichten einen Besetzungsgrad von bis zu 14.8 %, während die weit weniger quervernetzten MMA Copolymere an bis zu 78.5 % der verfügbaren Bindungsstellen Metallfragmente enthielten. Die Anzahl der verfügbaren Bindungsstellen wurden dabei über den Stickstoffgehalt der Elementaranalyse der jeweiligen Polymere bestimmt. Das Koordinationsmotiv der eingebetteten Metallfragmente wurde mittels IR-Spektroskopie untersucht und erwies sich in beiden Fällen als unverändert im Vergleich zu den freien Komplexen. Alle verwendeten Katalysatoren wiesen Aktivität im Bezug auf die katalytische Reduktion von Dimethylsulfoxid unter Oxidation von Triphenylphosphan auf.
Im Allgemeinen zeigten die MMA basierten Copolymere eine höhere katalytische Aktivität als die entsprechenden EGDMA Polymere, da diese leichter einen Zugang zu den Metallfragmenten erlauben. Weiterhin wurde klar, dass bei letzteren die Polymere, die nach der Polymerisation mit Metallfragmenten beladen wurden, eine erhöhte Aktivität zeigten. Deren Gegenstücke, bei denen der bereits koordinierte Komplex copolymerisiert wurde, enthielten vermutlich eine gewisse Anzahl an Metallzentren, zu denen der Zugang für Substrate durch den Polyermisationsvorgang blockiert wurde. Dieser Effekt ist hier besonders stark, da EGDMA Polymere im Vergleich zu MMA-Polymeren wesentlich stärker quervernetzt sind (vergleiche P11 und P7-Mo). In zukünftigen Versuchen könnte dieser Effekt durch molecular imprinting vermieden werden. Hierbei wird ein Dummy-Substrat vor der Polymerisation an das reaktive Zentrum gebunden und anschließend wieder entfernt. Auf diese Weise wird ein Hohlraum erzeugt, der dazu führt, dass das aktive Zentrum des Komplexes für Substratmoleküle zugänglich bleibt.
Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Synthese von Liganden, welche mit einer Acetylengruppe anstelle der Vinylgruppe an Position 4 des Pyrazolrings substituiert sind. Als solche wurde ein Hbdmpza-Derivat sowie Bis(pyrazol-1-yl)methan Liganden dargestellt.
Mit Ausnahme von Bis((4-ethinyl)-3,5-dimethylpyrazol-1-yl)methan (bedmpzm) (15), welches unter Corey-Fuchs Bedingungen ausgehend von Bis(3,5-dimethyl-4-formylpyrazol-1-yl)methan (1) synthetisiert wurde, wurden diese Liganden ausgehend von 3,5-Dimethyl-4-(trimethylsilyl)ethinylpyrazol (28) dargestellt. Diese Verbindung wurde ausgehend von 3,5-Dimethylpyrazol in vier Schritten erhalten. Mit diesem Edukt konnte 15 ebenfalls unter Phasentransferbedingungen dargestellt werden. Für die Synthese der entsprechenden Bis(pyrazolyl)essigsäure 29 wurde die bekannte Eintopfsynthese für Bispyrazolylessigsäuren angewendet, die von Burzlaff et al. 2001 etabliert wurde. Aufgrund der basischen Reaktionsbedingungen dieser Reaktion, wurden die Trimethylsilylschutzgruppen ohne weitere Reaktionsschritte im Lauf der Synthese entfernt.
Die Bis(4-ethinylpyrazol-1-yl)methan Liganden wurden ebenfalls mittels einer Eintopfsynthese erhalten. In diesem Fall mittels der Eintopfsynthese für enantionmerenreine Heteroskorpionat Liganden, die bereits vielfach im Arbeitskreis Anwendung fand. Mittels dieser Reaktion können prinzipiell verschiedenste Aldehyde als Brückengruppen eingesetzt und damit das Koordinationsmotiv beliebig angepasst werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Salicylaldehyd sowie 1-Methyl-2-imidazol-carboxaldehyd verwendet um die entsprechenden N,N,O und N,N,N koordinierenden Liganden darzustellen. Die Trimethylsilylschutzgruppen blieben hierbei intakt und konnten in einem weiteren Schritt unter Verwendung einer Base oder durch Kaliumfluorid entfernt werden.
Die Einführung von Acetylen-Linkern erlaubt eine ganze Reihe von Reaktionen, mit deren Hilfe die Liganden oder deren Komplexe weiter modifiziert werden können. Unter diesen sind Reaktionen wie die Glaser Homokupplungsreak-
tion, sowie die Cadiot-Chodkiewicz-Reaktion als Heterokupplungsreaktion. Darüber hinaus können weitere Schritte in Form von Click-Chemie-Reaktionen (CuAAC) oder Sonogashira-Kupplungen durchgeführt werden.
Die dadurch enstehenden Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Abgesehen von den hier vorgestellten Modellliganden für Rieske Dioxygenasen (s.u.), wäre die Einführung von Fluoreszensgruppen ein lohnendes Ziel. Die Fluoreszens könnte hierbei durch paramagnetisches Fluoreszensquenching, ausgelöst von an das aktive Zentrum des Liganden koordinierten Metallen, gesteuert werden. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht in der PEGylierung des Liganden. Hierbei werden Polyethylenglycol-Polymer-Stränge (PEG) mit dem Liganden verbunden um ihre Löslichkeit zu verbessern. Dies kann durch die oben genannten Methoden durchgeführt werden, da eine breite Auswahl an PEG-Derivaten kommerziell verfügbar ist. Dieser Prozess wird insbesondere in der pharmazeutischen Chemie häufig angewendet, um die Wasserlöslichkeit von Substanzen stark zu erhöhen, ohne dabei die Toxizität der jeweiligen Verbindungen zu erhöhen.
Ausgehend von 3,5-Dimethyl-4-(trimethylsilyl)ethinyl-1-tritylpyrazol (26), welches ein Zwischenprodukt bei der Synthese oben genannter Liganden ist, war es darüber hinaus möglich, einen Ligand mit Anwendungsmöglichkeiten für 1D-Koordinationspolymere darzustellen. Dafür wurde die Trimethylsilylschutzgruppe entfernt, um eine Glaser Homokupplung zu ermöglichen. Eine Tritylschutzgruppe wurde hierbei eingesetzt, um die vorzeitige Bildung von Polymeren mit dem Metallkatalysator der Kupplungsreaktion zu verhindern.
Der entschützte Ligand bildete leicht Koordinationspolymere mit Metallsalzen, nachdem die Tritylschutzgruppen entfernt wurden. Es konnten Koordinationspolymere von Kobalt(II)acetylacetonat und Kobalt(II)chlorid erhalten werden. Die Struktur des Kobalt(II)acetylacetonat Polymers konnte mittels Röntgenstrukturanalyse aufgeklärt wer-
den.
Im letzten Teil der Arbeit wurden mit dem Ziel Modellkomplexe für Rieske-Dioxygenasen aufzubauen Ferrocenyl substituierte Liganden synthetisiert. Diese Modellsysteme wurden einerseits ausgehend vom oben genannten Bis(4-ethinyl-3,5-dimethylpyrazol-1-yl)methan (bedmpzm) (15) und andererseits ausgehend von 4-Iodo-substituierten Bis(pyrazol-1-yl)methanen (45, 46) und -essigsäuren (49) dargestellt. Diese Liganden wurden mit verschiedenen Ferrocenylvorstufen in CuAAC oder Sonogashira Reaktionen umgesetzt. Der Einfluss verschiedener Linkergruppen auf das elektrochemische Potential der dabei erhaltenen Verbindungen wurde mittels zyklischer Voltammetrie bestimmt. Dabei wurde für alle untersuchten Substanzen ein reversibles Redoxpotential beobachtet. Die daraus errechneten Halbwellenpotentiale sind in Tabelle 5.3 zusammengefasst. Um das Verhalten natürlicher Ferredoxincluster nachbilden zu können, wird ein Potential zwischen −150 bis +400 mV gegen SHE benötigt, was einem Potential von −550 bis 0 mV gegen das Ferrocen/Ferrocenium-Redoxpaar entspricht. Wie aus Tabelle 5.3 ersichtlich, erwiesen sich die Verbindungen mit zusätzlichen Phenylresten in der Linkereinheit als die vielversprechendsten Kandidaten. In Kombination mit dem N,N,O Koordinationsmotiv der Bis(pyrazolyl)essigsäuren, welches die natürlich vorkommende 2-His-1-carboxylat Triade der Rieske Dioxygenasen nachzubilden vermag, stellen derartige Verbindungen einen vielversprechenden Ausgangspunkt für Rieske-Modellsysteme dar. Es wurde weiterhin gezeigt, dass das elektrochemische Potential solcher Verbindungen über einen relativ breiten Potentialbereich justierbar ist, was Raum für weitere Optimierungen lässt. Aufgrund der Vielseitigkeit dieser Herangehensweise, können weitere Ferrocenyleinheiten leicht als Elektronendonoren eingeführt werden.
Für die hier durchgeführten Untersuchungen wurden die Carboxylatgruppen der Liganden durch Veresterung geschützt. In zukünftigen Versuchen müssen diese verseift und an Eisen(II)-Zentren koordiniert werden, um strukturelle und funktionelle Modellsysteme für Rieske-Zentren darstellen zu können
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