Analytik und Synthese von Pyrrol-Schwefelverbindungen der Gattung Allium sowie deren Verwendung in der Biosensorik

Mit über 850 Arten ist die Gattung Allium eine der bekanntesten Gattungen. Insbesondere in der Untergattung Melanocrommyum wurden zahlreiche interessante Verbindungen isoliert. So wurde in A. stipitatum Pyridinyl-N-oxide gefunden; Marasmin, hauptsächlich aus südafrikanischen Tulbaghia-Arten bekannt,...

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Main Author: Rüger, Fabian
Contributors: Keusgen, Michael (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2020
Subjects:
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Description
Summary:Mit über 850 Arten ist die Gattung Allium eine der bekanntesten Gattungen. Insbesondere in der Untergattung Melanocrommyum wurden zahlreiche interessante Verbindungen isoliert. So wurde in A. stipitatum Pyridinyl-N-oxide gefunden; Marasmin, hauptsächlich aus südafrikanischen Tulbaghia-Arten bekannt, wurde aus A. suworowii isoliert. Das Hauptziel dieser Arbeit war die Charakterisierung eines roten Pigments, dass von einigen Arten der Untergattung Melanocrommyum bei Gewebeschäden, durch Alliinasereaktion von Pyrrol-2-cysteinsulfoxid, gebildet wurde. Obwohl zwei Veröffentlichungen die Struktur und mögliche Substrate beschreiben, sind aufgrund früherer Ergebnisse des Arbeitskreis Keusgen konkrete Zweifel an der Korrektheit beider Strukturen aufgekommen. Das zweite Ziel war die Synthese dieser Verbindung sowie biosensorischer Messungen, um die Verbindung hinsichtlich ihrer Oxidationsempfindlichkeit und Polymerisationsneigung zu charakterisieren. Die dritte Komponente der Forschungsarbeit, die während der Promotion durchgeführt wurde, war die Entwicklung neuartiger Oberflächenmodifizierungsverfahren. Diese wurde hierbei stark durch die Gattung Allium, beziehungsweise die darin vorkommenden Naturstoffe wie Fructane und Pyrrolverbindungen, inspiriert. Kristallisationsexperimente des roten Farbstoffs zeigten, dass die zuvor veröffentlichten Strukturen nicht korrekt waren. Es wurde bestätigt, dass die Struktur vier „Pyrroleinheiten“ enthält, welche zwei Bipyrroleinheiten bilden, die ihrerseits durch Disulfidbrücken verbunden sind. Für das Zielmolekül wurde eine einfache Eintopfsynthese entwickelt, für die die Edukte gut zugänglich sind. Durch alkalische Hydrolyse und Disproportionierung von 2-Thiocyanatopyrrol wurde (biomimetisch) das Pyrrolyl-2-thiosulfinatopyrrol in geringen Konzentrationen gebildet, das nach mehreren Kondensationsschritten zum roten Farbstoff führte. Bei der Optimierung der Syntheseroute wurde eine Reaktion mehrerer 2-Thiocyanatopyrrole entdeckt. Es konnte gezeigt werden, dass durch Hydrolyse drei verschiedener Thiocyanatopyrrole in alkoholischen Lösungsmitteln die S-alkylierten Produkte sowie Disulfide in akzeptablen Ausbeuten isolieren lassen. Für alle Substrate, die in alkalischen, alkoholischen Lösungsmitteln hydrolysiert wurden, konnten auch Carbonimidothioate nachgewiesen werden. Die Polymerisationsneigung von Pyrrolverbindungen führte zur einer Oberflächenmodifizierung mittels N-substituierten-Pyrrol / Pyrrol-Copolymeren. Oberflächen-Plasmon-Resonance- (SPR) –Studien dieser Oberflächen, zeigten einen hohen Grad an Kompatibilität mit bestehenden Protokollen. EDC / NHS-Aktivierung und kovalente Immobilisierung von Biomolekülen sowie adsorptive Methoden waren aufgrund der Vielseitigkeit dieser Methode möglich. Ein weiteres Merkmal der Copolymere war die hervorragende Bindungsaffinität für Polysaccharide wie Mannan. Die anschließende Immobilisierung unter Verwendung des in der Keusgen-Gruppe etablierten Fusionsproteins ConA-Sav, lieferte gute Bindungsraten. Eine Regeneration der Oberfläche unter Verwendung eines komplementären Monosaccharids (α-D-Methylmannopyranosid) war jedoch nur teilweise möglich. Die zweite Methode zur Darstellung neuartiger Oberflächen für biosensorische Anwendungen wurde unter Nutzung der natürlichen Affinität von BSA ((Rinderserumalbumin (BSA)) zu Goldsubstraten entwickelt, was zu einer Gold / BSA / Gold-Nanopartikel-(AuNP) Sandwich-Plattform führte. Tests unter Verwendung eines Antikörpers, der adsorptiv an die Oberfläche der Nanopartikel gebunden wurde, zeigten eine hohe Performance. Die Messungen waren hinsichtlich der Bindungsraten sowohl von BSA als auch Goldnanopartikeln reproduzierbar; Für die Anti-BSA-Deposition auf AuNP wurde ein linearer Zusammenhang zwischen Bindungsrate und Konzentration zwischen 15 µg / ml und 30 µg / ml erhalten. Schließlich wurde eine auf Polysacchariden basierende Oberflächenmodifikation unter Verwendung einiger allgemein verfügbarer Polysaccharide hergestellt: Inulin, Dextran, Arabinogalactan und Pullulan. Die Bindungsraten der verschiedenen modifizierten Glykane (Mercaptoanilin und Carboxymethyl modifiziert) wurden unter Verwendung der SPR bewertet. Sie ergaben unabhängig vom Durchschnittsgewicht der Glykane sehr ähnliche Ergebnisse, was auf eine horizontale statt einer vertikalen Bindung solcher Polyzucker schließen lässt. Die Schichten zeigten eine hohe Affinität für das ConA-Sav-Fusionsprotein und ermöglichten es dem EDC / NHS-Verfahren, beispielsweise BSA, zu immobilisieren und die Anti-BSA-Bindung bestätigte die erfolgreiche Immobilisierung. Obwohl diese Strategie unter Verwendung von modifizierten Glykanen zufriedenstellende Ergebnisse lieferte; sind weitere Forschungen zur Entwicklung eines Spacers zwischen Goldoberfläche und den Polysacchariden Bestandteil aktueller Forschung.
Physical Description:232 Pages
DOI:https://doi.org/10.17192/z2021.0215