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Die vorliegende Dissertation behandelt die Entwicklung eines metallfrei aktivierbaren Surrogats, das zur Transferhydrochlorierung von internen Alkinen befähigt ist. Dazu wurden in einem ersten Teilprojekt Versuche zur Darstellung von substituierten Cyclononatrienen durchgeführt, die durch eine photochemische Elektrocyclisierung aktiviert werden sollten. Ein lineares Vorläufermolekül sollte zunächst durch eine WITTIG-artige Reaktion eines Acylsilans mit einem Phosphorylid erhalten werden, dies gelang allerdings nicht. Als alternativer Ansatz sollte die Kupplung eines funktionalisierten Butadienylnukleophils mit einem Alkylelektrophil dienen, auch hier wurde aber kein Produkt erhalten. Aufgrund der besseren synthetischen Zugänglichkeit stellten wir ein vinylisch chloriertes Cyclohexadien dar. Dieses erwies sich als zu instabil, um es erfolgreich als Transferreagenz einzusetzen. In einem weiteren Teilprojekt strebten wir mehrfach chlorierte Bicyclo[3.1.0]hexan-artige Surrogate an, die zwar weiterhin metallfrei, aber nicht mehr photochemisch aktiviert werden sollten. Über Dichlorcarbenadditionen stellten wir dazu mehrere potenzielle Transfer-reagenzien dar. Neue Surrogate wurden stets in einer Modellreaktion mit der LEWIS-Säure B(C6F5)3 als Katalysator getestet. Auf Basis der Transfereffizienz wurde eine Hypothese zur Struktur-Reaktivitäts-Beziehung abgeleitet. Entsprechend dieser wurde das nächste potenzielle Surrogat entworfen. Dadurch gelang die Entwicklung eines Surrogats, das pro eingesetztem Molekül Reagenz zwei Moleküle Chlorwasserstoff überträgt. Nachdem wir die Struktur des Surrogats und die weiteren Parameter der Reaktion optimiert hatten, untersuchten wir deren Anwendungsbreite. Nur alkyl(aryl)substituierte Alkine waren einsetz-bar, wobei der elektronenspendende Effekt der Arylgruppe zusätzlich in einem gewissen Bereich liegen musste. Die Toleranz funktioneller Gruppen war eingeschränkt, jedoch wurden Ether, Ester und heteroaromatische Substituenten toleriert. Vorläufige Beobachtungen legen eine Rolle der LEWIS-Säure als Katalysator und ein Vinylkation als Zwischenstufe nahe. Ein davon unabhängiges Projekt widmete sich der erstmaligen Darstellung von am Boratom verbrückten Azoazaborininen. Diese sollten aus silylierten Diazenen und B-chlorierten Azaborininen unter Freisetzung von Chlortrimethylsilan dargestellt werden. Die erhaltenen komplexen Reaktionsgemische wurden hauptsächlich mittels 19F{1H} NMR-Spektroskopie von fluorierten Aryl(silyl)diazenen untersucht. Das von Benzol abgeleitete Stammsystem der Azaborinine reagierte unsauber, bei dem Naphthalinanalogon konnte die Anzahl der Reaktionsprodukte durch sterische Modifikation des Azaborinins verringert werden. Auch mit einer Erhöhung des sterischen Anspruchs am Silyldiazen wurde dennoch kein sauberes Produkt erhalten. Ein alkylsubstituiertes Silyldiazen reagierte zwar selektiv, zersetzte sich aber innerhalb von Stunden. Aufgrund der schnellen Freisetzung von Chlortrimethylsilan erscheint eine unerwünschte Reaktion der zunächst erfolgreich gebildeten Zielmoleküle möglich., The present thesis addresses the development of a metal-free activated surrogate used for the transfer hydrochlorination of internal alkynes. In a first sub-project, attempts to synthesize substituted cyclononatrienes, which were planned to be activated by photochemical electrocyclization, were made. To this end, a linear precursor molecule was intended to be obtained by a WITTIG-type reaction of an acylsilane with a phosphorus ylide, however, this failed. We alternatively then attempted to use a coupling of a functionalized butadienyl nucleophile with an alkyl electrophile, but again no product was obtained. Due to its better synthetic availability, we produced a vinylically chlorinated cyclohexadiene. This, however, was determined to be too unstable in order to successfully employ it as a transfer reagent. In another sub-project, we aimed at multichlorinated bicyclo[3.1.0]hexane-type surrogates, which still should be activated under metal-free conditions but not necessarily by photochemical means anymore. To this end, we synthesized several potential transfer reagents using dichlorocarbene addition. All new surrogates were tested in a model reaction using the LEWIS acid B(C6F5)3 as a catalyst. Based on the observed transfer efficiency, a hypothesis regarding the structure–reactivity relationship was put forward. The next potential surrogate was then designed accordingly. Thereby, we developed a surrogate, that transfers two molecules of hydrogen chloride per molecule of reagent. After having optimized the structure of the surrogate and the other reaction parameters, we investigated the substrate scope. It became apparent, that only aryl- and alkyl-substituted alkynes could be used. Additionally, the electron-donating effect of the aryl group had to lie within a certain range. The tolerance of functional groups was limited, but ethers, esters and heteroaromatic substituents were tolerated. Preliminary observations indicate the LEWIS acid acts as a catalyst and point to a vinyl cation as a reaction intermediate. In a project independent of the others, we pursued the first synthesis of azoazaborinines with the azo bridge connected to the boron atoms. These should be formed in the reaction of silylated diazenes and B-chlorinated azaborinines while liberating chlorotrimethylsilane. The obtained complex reaction mixtures were chiefly analyzed by 19F{1H} spectroscopy of fluorinated aryl silyl diazenes.¬ The benzene-derived azaborinine system reacted unselectively, but for the naphthalene-derived analogue the amount of reaction products could be reduced by steric modification of the azaborinines. However, even after increasing the steric hindrance at the silyl diazene, no pure product was obtained. An alkyl-substituted silyl diazene did react selectively yet decomposed within few hours. Due to the fast formation of chlorotrimethylsilane, it appears possible that the target compounds are initially produced but then decompose in an undesired way.

Bei der Biofabrikation werden Zellen mit einem Biomaterial versetzt (vereint werden diese als Biotinte definiert) und durch additive Fertigungsmethoden wie dem 3D-Druck zu hierarchischen Strukturen aufgebaut. Zur Herstellung von künstlichen Gewebe und zukünftig auch von funktionalen Organen ist ein detailliertes Zellverständnis essentiell. Im Rahmen dieser Dissertation wurden Systeme generiert, um die Zellmembranen von mesenchymalen Stromazellen gezielt zu verändern und um die Modifikationen zu charakterisieren. Durch Inkubation mit unnatürlichen Zuckern werden diese von Zellen aufgenommen und in den Zellmetabolismus eingeschleust und auf die Glycoproteine übertragen. Diese Methode ist als metabolic glycoengineering bekannt. Dazu wurden diverse humane Saccharid-Analoga mit bioorthogonalen Gruppen (Azid oder Alkin) synthetisiert. Alle in dieser Arbeit vorgestellten Moleküle wurden NMR-spektroskopisch als auch massenspektrometrisch charakterisiert. Die acetylierten Mannosamin-Derivate konnten über zwei Stufen und die Sialinsäure-Derivate über sechs Stufen synthetisiert werden. Sialinsäuren sind die terminalen Zucker an Glycanketten von Proteinen mit wichtigen biologischen Funktionen. Im Rahmen des SFB TRR225 konnte in Kooperation mit der Gruppe von Prof. Dr. R. Ebert der Einbau der Saccharide in mesenchymalen Stromazellen durch Fluoreszenzmikroskopie evaluiert werden. Aufgrund des effizienteren Einbaus der Sialinsäure mit Alkingruppe gegenüber der mit Azidgruppe, wurde dieser in den folgenden massenspektrometrischen Analysen eingesetzt. Die Messungen der markierten Glycoproteine wurden von Dr. Marc Driessen durchgeführt und der metabolische Einbau von SiaNAl und Ac4ManNAl in den Stromazellen gegenübergestellt. 55 Glycoproteine konnten durch SiaNAl und 94 durch Ac4ManNAl charakterisiert werden. Ein Abgleich der Proteindatenbanken eine Anreicherung von Proteine durch Fütterung von SiaNAl die in Signaltransduktion, Zellkontakte und Differenzierung involviert sind, womit metabolic glycoengineering prinzipiell zur Optimierung von Biofabrikationsprozessen genutzt werden kann., In the field of biofabrication, cells are mixed with biomaterials (forming bioinks) to produce hierarchical structures using additive manufacturing such as 3D printing. A detailed understanding of cells is crucial for the production of artificial tissue and, in the future, also of functional organs. In this work, systems were generated to specifically modify the cell membranes of mesenchymal stromal cells. Unnatural saccharides are introduced into the cell metabolism during incubation and transferred onto extra- and intracellular glycoproteins. This method is known as metabolic glycoengineering. For this purpose, various human saccharide analogues with a bioorthogonal group (azide or alkyne) were synthesised. All molecules presented in this work were characterised by NMR spectroscopy and mass spectrometry. Acetylated mannosamine and sialic acid derivatives were synthesised over two and six steps, respectively. Sialic acid is the terminal saccharide in complex glycan chains of proteins and mediates biological functions. The incorporation of the synthetic saccharides in mesenchymal stromal cells were evaluated by fluorescence microscopy in cooperation with the research group of Prof. Dr. R. Ebert (within the framework SFB TRR225). The alkyne variant displayed a more efficient incorporation and was chosen for the following mass spectrometric analysis. Therefore, lysates from stromal cells incubated with SiaNAl or Ac4ManNAl were measured by Dr. Marc Driessen. 55 and 94 glycoproteins were identified using SiaNAl and Ac4ManNAl, respectively. A comparison of protein databases indicated an enrichment for SiaNAl labelled proteins involved in signal transduction, cell junction and differentiation and thus metabolic glycoengineering can be used to optimize biofabrication processes. This hypothesis was also investigated by measuring the cell stiffness and the correlating protection from shear stress of modified cells with the research group of Prof. Dr. B. Fabry. These experiments showed a tendency to increase the stiffness, but the results could not be reproduced. A synthetic galectin-1 ligand was used as modification of the cell membrane.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene N→B-Leiterverbindungen synthetisiert, sowie deren optische, elektrochemische und kristallographische Eigenschaften untersucht. Ausgangsverbindungen für die hier dargestellten N→B-Leiterverbindungen stellten borylierte Nitrile dar, die sich im Wesentlichen durch Cycloadditionsreaktionen zu unterschiedlichen N-Heterocyclen umsetzen ließen. Auf diese Weise waren durch Cobalt-katalysierte [2+2+2]-Cyclotrimerisierungen N→B-wechselwirkende Pyridine, durch 1,3-dipolare Cycloadditionsreaktionen N→B-wechselwirkende Tetrazole, sowie durch weiteres Umsetzen von Tetrazolen N→B-wechselwirkende 1,3,4-Oxadiazole zugänglich. Die Stärke der N→B-Wechselwirkung lässt sich dabei durch die Art des N-Heterocyclus, sowie strukturelle und elektronische Modifikationen beeinflussen. Schwach N→B-wechselwirkende Tetrazol- und Oxadiazol-Verbindungen eignen sich als potenzielle Sensoren beispielsweise für Anionen wie Fluorid oder Cyanid, da sich die Absorptions- und Emissionsverhalten durch Anwesenheit der entsprechenden Anionen beeinflussen lassen.

Alzheimer´s disease (AD) is a neurodegenerative disease and the most common form of dementia with still no preventive or curative treatment. Besides several risk factors, age is one of the major risks for AD and with an aging society, there is an urgent need for disease modifying agents. The strategy to address only one target within the intertwined network of AD failed so far. Natural products especially the phytochemical flavonoids, which are poly-phenolic natural products, have shown great potential as disease modifying agents against neurodegenerative disorders like Alzheimer´s disease (AD) with activities even in vivo. Flavonoids are produced by many plants and the native Californian plant Eriodictyon californicum is particularly rich in flavonoids. One of the major flavonoids of E. californicum is sterubin, a very potent agent against oxidative stress and inflammation, two hallmarks and drivers of AD and neurodegeneration. Herein, racemic sterubin was synthesized and separated into its pure (R)- and (S)-enantiomer by chiral HPLC. The pure enantiomers showed comparable neuroprotection in vitro with no significant differences. The stereoisomers were configurationally stable in methanol, but fast racemization was observed in culture medium. Moreover, the activity of sterubin was investigated in vivo, in an AD mouse model. Sterubin showed a significant positive impact on short- and long-term memory at low dosages. A promising concept for the increase of activity of single flavonoids is hybridization with aromatic acids like cinnamic or ferulic acids. Hybridization of the natural products taxifolin and silibinin with cinnamic acid led to an overadditive effect of these compounds in phenotypic screening assays related to neurodegeneration and AD. Because there are more potent agents as taxifolin or silibinin, the hybrids were further developed, and different flavonoid cinnamic acid hybrids were synthesized. The connection between flavonoids and cinnamic acid was achieved by an amide instead of a labile ester to improve the stability towards hydrolysis to gain better “druggability” of the compounds. To investigate the oxidation state of the C-ring of the flavonoid part, the dehydro analogues of the respective hybrids were also synthesized. The compounds show neuroprotection against oxytosis, ferroptosis and ATP-depletion in the murine hippocampal cell line HT22. While no overall trend within the flavanones compared to the flavones could be assigned, the taxifolin and the quercetin derivative were the most active compounds in course of all assays. The quercetin derivate even shows greater activity than the taxifolin derivate in every assay. As desired no hydrolysis product was found in cellular uptake experiments after 4h, whereas different metabolites were found. The last part of this work focused on synthetic bioisoteres of the natural product curcumin. Due to the drawbacks of curcumin and flavonoids arising from poor pharmacokinetics, rapid metabolism and sometimes instability in aqueous medium, we have examined the biological activity of azobenzene compounds designed as bioisoteres of curcumin, carrying the pharmacophoric catechol group of flavonoids. These bioisosteres exceeded their parent compounds in counteracting intracellular oxidative stress, neuroinflammation and amyloid-beta aggregation. By incorporating an azobenzene moiety and the isosteric behaviour to the natural parent compounds, these compounds may act as molecular tools for further investigation towards the molecular mode of action of natural products., Die Alzheimersche Krankheit ist eine neurodegenerative Erkrankung und die häufigste Form der Demenz, für die es noch keine präventive oder kurative Behandlung gibt. Neben mehreren Risikofaktoren ist das Alter eines der Hauptrisiken für die Krankheit und in einer alternden Gesellschaft besteht ein dringender Bedarf an Mitteln zum Stoppen oder Heilen der Krankheit. Die Strategie, nur ein Ziel innerhalb des verflochtenen Netzwerks der Pathogenese von AD zu adressieren, ist bisher gescheitert. Naturstoffe, insbesondere die sekundären Pflanzenmetabolite Flavonoide, bei denen es sich um polyphenolische Naturstoffe handelt, haben ein großes Potenzial zum Eindämmen von neurodegenerativen Erkrankungen. Zahlreiche Studien, in vitro und auch in vivo, legen eine Wirksamkeit dieser Stoffe nahe. Flavonoide werden von vielen Pflanzen produziert und die kalifornische Pflanze Eriodictyon californicum ist besonders reich an Flavonoiden. Eines der wichtigsten Flavonoide von E. californicum ist Sterubin, ein sehr potenter Wirkstoff gegen oxidativen Stress und Entzündungen, zwei Treiber der Alzheimerschen Erkrankung und Neurodegeneration. In dieser Arbeit wurde racemisches Sterubin synthetisiert und durch chirale HPLC in das reine (R)- beziehungsweise (S)-Enantiomer getrennt. Die reinen Enantiomere zeigten in vitro eine vergleichbare neuroprotektive Aktivität ohne signifikante Unterschiede. Die Stereoisomere waren in Methanol konfigurativ stabil, in Zellkulturmedium wurde jedoch schnelle Racemisierung beobachtet. Darüber hinaus wurde die Aktivität von Sterubin in vivo in einem Alzheimer-Mausmodell untersucht. Sterubin zeigte bei niedrigen Dosierungen einen signifikanten positiven Einfluss auf das Kurz- und Langzeitgedächtnis. Ein vielversprechendes Konzept zur Aktivitätssteigerung einzelner Flavonoide ist die Hybridisierung mit aromatischen Säuren wie Zimt- oder Ferulasäure. Die Hybridisierung der Naturstoffe Taxifolin und Silibinin mit Zimtsäure führte zu einer überadditiven Wirkung dieser Verbindungen in phänotypischen Screening-Assays im Zusammenhang mit Neurodegeneration und Alzheimer. Da es potentere Moleküle als Taxifolin oder Silibinin gibt, wurden die Hybride weiterentwickelt und verschiedene Flavonoid-Zimtsäure-Hybride synthetisiert. Die Verbindung zwischen dem Flavonoid und der Zimtsäure wurde durch ein Amid anstelle eines labilen Esters geknüpft, um die Stabilität gegenüber Hydrolyse zu verbessern. Um die Oxidationsstufe des C-Rings des Flavonoidteils zu untersuchen, wurden auch die Dehydro-Analoga der jeweiligen Hybride synthetisiert. Die Verbindungen zeigten Neuroprotektion gegen Oxytose, Ferroptose und dem Verlust von ATP in der murinen Hippocampus-Zelllinie HT22. Während kein allgemeiner Trend zur besseren Wirksamkeit der Flavanone gegenüber den Flavonen festzustellen war, waren das Taxifolin und das Querzetin-Derivat die aktivsten Verbindungen in allen Assays. Das Querzetin-Derivat zeigt in jedemAssay sogar eine höhere Aktivität als das Taxifolin-Derivat. Wie erwartet wurde in zellulären Aufnahmeexperimenten nach 4 h kein Hydrolyseprodukt gefunden, wohingegen verschiedene Metabolite gefunden wurden. Der letzte Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit synthetischen Bioisosteren des Naturstoffs Curcumin. Aufgrund der Nachteile von Curcumin und Flavonoiden, die aus einer schlechten Pharmakokinetik, einem schnellen Metabolismus und manchmal einer Instabilität in wässrigem Medium resultieren, wurde die biologische Aktivität von Azobenzolverbindungen untersucht, die als Bioisostere von Curcumin konzipiert sind und die pharmakophore Catecholgruppe der Flavonoide tragen. Diese Bioisostere übertrafen ihre Stammverbindungen in der Protektion gegen intrazellulären oxidativen Stress, Neuroinflammation und der anti-aggregativen Eigenschaften gegen Amyloid-Beta. Durch den Einbau einer Azobenzoleinheit und das isostere Verhalten zu den natürlichen Stammverbindungen könnten diese Verbindungen als molekulare Werkzeuge für die weitere Untersuchung der molekularen Wirkungsweise von Naturstoffen dienen.

Diese Arbeit befasst sich mit der ersten Totalsynthese eines Stereoisomers von Macrocidin B, einem mutmaßlichen Pilzmetaboliten mit herbizider Wirkung. Dabei konnte eine Strategie zur Herstellung sterisch anspruchsvoller makrocyclischer Tetramsäuren aus vollständig funktionalisierten Bausteinen entwickelt werden. Bei der Untersuchung von Feldisolaten des Pilzes Phoma macrostoma entdeckten GRAUPNER et al. 2003 die Substanzklasse der Macrocidine. Die bereits mehrfach beschriebene phyto-toxische Wirkung des Fungus gegen bestimmte Pflanzenarten konnte nun auf die makro-cyclischen 3-Acyltetramsäuren Macrocidin A und Macrocidin B zurückgeführt werden. Diese leiten sich von der Aminosäure L-Tyrosin ab und stellen aufgrund ihrer Bioaktivität interessante Leitverbindungen für die Entwicklung von Bioherbiziden dar. Während für Macrocidin A neben der Strukturaufklärung auch zwei Totalsynthesen ver-öffentlich wurden, konnte für Macrocidin B lediglich ein Strukturvorschlag postuliert werden. Demnach unterscheidet sich die Verbindung ausschließlich durch eine zusätzliche Hydroxy-gruppe von Macrocidin A, deren Position aus NMR-Daten abgeleitet wurde. Über deren Konfiguration konnte dabei keine Aussage getroffen werden. Der erste Ansatz zur Herstellung eines Macrocidin B Isomers sollte analog zur Macrocidin A Synthese von SCHOBERT et al. erfolgen. Diese umfasst die Synthese einer freien 3-H-Tetram-säure aus der entsprechenden Aminosäure, deren Verknüpfung mit einer Bromcarbonsäure-Seitenkette, die Umlagerung zur 3-Acyltetramsäure und die anschließende Makrocyclisierung. Diese Route scheiterte jedoch wenige Stufen vor der Zielverbindung. Boc-Allyl-L-Tyrosin konnte mit Meldrumsäure zur 3-H-Tetramsäure umgesetzt werden und auch die Verknüpfung mit der vollständig funktionalisierten Bromcarbonsäure zur 4-O-Acyltetramsäure war erfolgreich. Die darauffolgende Umlagerung zur 3-Acyltetramsäure schlug jedoch fehl. Die ausbleibende Acylmigration ist dabei vermutlich auf den hohen sterischen Anspruch der hochfunktionalisierten Seitenkette zurückzuführen. Der zweite Ansatz zur Herstellung des Macrocidin B Isomers sah ebenfalls die Verknüpfung zweier Bausteinen vor. In diesem Fall wurde im Rahmen einer angepassten Schutzgruppen-strategie oNb-Allyl-L-Tyrosin-Methylester eingesetzt. Der Aufbau der Tetramsäure-Einheit sollte hier erst nach der Verknüpfung mit der Seitenkette erfolgen. Die Herstellung der benötigten Bromcarbonsäure wurde bereits im Rahmen der ersten Syntheseroute erarbeitet. Die Schlüsselschritte zum Aufbau der Stereozentren waren hierbei eine EVANS-Aldolreaktion und eine SHARPLESS-Epoxidierung. Als Meldrumsäurekonjugat konnte die Seitenkette mit dem Aminosäurebaustein verknüpft und in einer LACEY-DIECKMANN-Cyclisierung zur 3-Acyltetramsäure umgesetzt werden. Der Ringschluss zum Makrocyclus erfolgte anschließend durch eine WILLIAMSON-Veretherung zwischen dem Bromid der Seitenkette und der deallylierten phenolischen Hydroxygruppe des Tyrosinbausteins. Nach globaler Entschützung konnte ein Stereoisomer von Macrocidin B in einer Gesamtausbeute von 2.7% in 18 Stufen (längste lineare Sequenz) dargestellt werden. In Pflanzentests wurde die herbizide Wirkung des synthetisierten Macrocidin B Isomers mit Macrocidin A verglichen. Beide Substanzen zeigten einen phytotoxischen Effekt auf Disteln und Löwenzahn und führten zu deutlichen Symptomen wie Ausbleichen, Verwelken und Absterben. Die Behandlung mit dem Macrocidin B Isomer führte nach 5 Wochen zu einer Mortalität von 75% bei Löwenzahn und 38 % bei Disteln. Somit ist die phytotoxische Wirkung geringer als die von Macrocidin A, welches bei beiden Pflanzen in einer Mortalität von 100% resultierte. Im Vergleich zu Macrocidin Z – einem 2020 isolierten und synthetisierten Vertreter der Substanzklasse, welcher im Vergleich zu Macrocidin A eine E-Alken anstelle des Epoxids enthält – erweist es sich bei der Anwendung auf Löwenzahn wirksamer.

A series of new 9,9‐diethylfluorenes consisting of three side‐arms each bearing a heterocyclic, bis(carboxymethyl)amino, bis(carbamoylmethyl)amino, bis(ethoxycarbonylmethyl)amino or an amino group were prepared on the basis of 2,4,7‐tris(bromomethyl)‐9,9‐diethylfluorene. Imidazolyl, benzimidazolyl, pyrazolyl, pyrrolyl, 1,3‐dioxoisoindolyl and pyridinium groups were taken into account as heterocyclic units, attached to the aromatic skeleton via −CH2−, −CH2NHCH2− or −CH2N=CH− linkers. In addition to the seventeen 2,4,7‐trisubstituted 9,9‐diethylfluorenes, two macrocyclic compounds were prepared on the basis of 2,7‐bis(aminomethyl)‐9,9‐diethylfluorene. The excellent yield of the macrocyclization reaction is worth a special mention. Both the acyclic and the macrocyclic fluorene‐based compounds have, among other things, the potential to act as artificial receptors for different substrates in analogy to the known receptors consisting of a benzene or biphenyl core., The syntheses of a series of new 2,4,7‐trisubstituted 9,9‐diethylfluorenes (seventeen compounds) as well as of fluorene‐derived macrocycles (two compounds) are the topics of this work. The knowledge gained from this study is very useful for the synthesis of numerous fluorene derivatives displaying different substitution pattern.

Sphingolipide sind aufgrund ihrer strukturellen Vielfalt und ihrer biologischen Bedeutung beliebte synthetische Ziele. Sie kommen ubiquitär in Eukaryoten als Bestandteile zellulärer Membranen vor. Bestimmte Sphingolipid-Metabolite, insbesondere Ceramid und Sphingosin-1-Phosphat, sind als Signalmoleküle an grundlegenden zellbiologischen Prozessen wie der Proliferation, der Zellerhaltung und der Zellbeweglichkeit, aber auch der Apoptose beteiligt. Die Regulierung des metabolischen Gleichgewichts zwischen diesen Signal-Lipiden ist von entscheidender Bedeutung für die Zellhomöostase. Anomalien der Sphingolipid-Biosynthese werden mit der Entstehung verschiedener schwerwiegender Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Sphingolipidosen, Alzheimer, Diabetes und Krebs. Bestimmte bioaktive Sphingolipide, sowie Enzyme der Sphingolipid-Biosynthese, stellen folglich Leitstrukturen bzw. targets für die Entwicklung neuartiger Wirkstoffe und Therapien dar. Ziel dieser Dissertation war es, möglichst flexible Synthesestrategien zur Darstellung bioaktiver Sphingolipide zu entwickeln, um deren biologische Eigenschaften zu untersuchen. Die Zielverbindungen sind sowohl natürlich-vorkommende Sphingolipide als auch synthetische Derivate, welche antiproliferative Aktivität gegenüber Tumorzellen besitzen. Im ersten Teilprojekt wurde eine Reihe metallorganischer Ceramid-Derivate zur Verwendung als Substrat-analoge Inhibitoren des Enzyms saure Ceramidase synthetisiert und ihre antiproliferativen Eigenschaften gegenüber verschiedenen Krebszelllinien untersucht. Hierzu wurden zuerst die natürliche Sphingoidbase D-erythro-Sphingosin, sowie ein Alkin-markiertes Sphingosin-Derivat, innerhalb von 7 Stufen ausgehend von L-Serin dargestellt. Verknüpfung der Sphingoidbasen mit verschiedenen Metallocenyl-Carbonsäuren ergab eine Bibliothek metallorganischer Ceramid-Derivate. Alle Komplexe inhibierten rekombinant gewonnene saure Ceramidase. Anhand der Alkin-markierten Derivate konnte die Akkumulation der Komplexe innerhalb der Lysosomen von Krebszellen gezeigt werden, wo sich das target saure Ceramidase hauptsächlich befindet. Alle Komplexe wiesen zytotoxische Aktivität im niedrigen mikromolaren Bereich gegenüber verschiedenen Krebszelllinien, sowie weitere antiproliferative Effekte wie die Aktivierung der Caspasen -3/-7 auf. Das zweite Teilprojekt befasste sich mit der Totalsynthese der aus dem Meeresschwamm Haliclona Reniera isolierten Sphingoidbase Halisphingosin A, welche zytotoxische Aktivität gegenüber verschiedenen Tumorzelllinien im einstellig-mikromolaren Bereich aufweist. Die threo-konfigurierte Kopfgruppe wurde durch eine syn- und enantioselektive Henry-Reaktion aufgebaut. Der Z-allylische Alkohol wurde durch eine Weinreb-Amid-Alkin-Kupplung gefolgt von der stereoselektiven Transfer-Hydrierung der Keto-Gruppe des entstandenen Inons, sowie der Z-selektiven partiellen Hydrierung des Alkins erhalten. Auf diese Art und Weise wurde (2R,3R,6R,7Z)-Halisphingosin A enantioselektiv über 11 Stufen in einer Gesamtausbeute von 29% dargestellt. Das synthetische Halisphingosin A wies zytotoxische Aktivität gegenüber verschiedenen Krebszelllinien im niedrigen mikromolaren Bereich auf, was der Aktivität des natürlichen Isolats entspricht. Im dritten Teilprojekt wurde eine kurze und flexible Syntheseroute zur Darstellung der (2R,3S,4R)-Isomere der Bathymodiolamide A und B entwickelt. Beide Naturstoffe weisen zytotoxische Aktivität gegenüber bestimmten Krebszelllinien im nanomolaren Bereich auf. Eine potenzielle Verwendung der Bathymodiolamide als Chemotherapeutika wurde kürzlich patentiert. Das Aminotetraol-Grundgerüst wurde durch syn-selektive Vinylierung von (R)-Garner’s Aldehyd und späterer Dihydroxylierung des Alkens aufgebaut. Die mehrfach ungesättigten Carbonsäuren wurden ausgehend von 1-Bromhex-2-in durch Kupfer-vermittelte Halogen-Alkin-Kupplungen und Z-selektiver partieller Hydrierung der entsprechenden Alkine erhalten. Veresterung der sekundären Alkohole mit den entsprechenden ungesättigten Carbonsäuren gefolgt von Acetonid-Entschützung ergab die Bathymodiolamide A und B in Gesamtausbeuten von 38 bzw. 39%. Abweichungen der chemischen Verschiebungen der 1H und 13C NMR-Spektren im Vergleich zu den Literaturdaten legen eine inkorrekte Zuordnung der absoluten Konfiguration der isolierten Naturstoffe nahe. Zudem zeigten die hier dargestellten Verbindungen nahezu keine zytotoxische Aktivität. Aufgrund ihrer flexiblen und modularen Natur, ermöglicht die hier beschriebene Syntheseroute jedoch auch den synthetischen Zugang zu den anderen Stereoisomeren der Bathymodiolamide A und B, sowie zu weiteren Derivaten.

Zur Synthese von Schwefel-dotierten polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen wurden zunächst thienyl- und phenylhaltige Makrocyclen synthetisiert. Diese wurden anschließend vollständig charakterisiert. Außerdem wurden sowohl an den synthetisierten Makrocyclen als auch an Modellverbindungen diverse Methoden untersucht, um Schwefel-dotierte polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe herzustellen. Die Cyclodehydrofluorierung an einer Aluminiumoxid-Oberfläche konnte als geeignete Methode etabliert werden.

Chimeric antigen receptors (CARs) are able to specifically direct T cells to tumor antigens and therapy with anti-CD19 CARs has already cured cancer patients with B-cell lymphomas who have undergone long-term therapy non-successful. Despite this impressive result, the therapy is currently only approved as a last treatment option for blood cancers due to its life-threatening deficiencies. For patient safety and to enable additional application such as the treatment of solid tumors, CAR-T cells must be controllable, e. g. by chemically programmable CARs (cpCARs) regulated by hapten-like compounds. This thesis reports the synthesis and characterization of such hapten-like compounds. In the first step, seven different warheads with two different spacers were bound to biotin in order to find a suitable warhead for programming the cpCAR. In a second step, synthetic routes for the three pharmacophores folate, c(RGD), and an RGD peptidomimetic were developed. The routes allow the modification of the pharmacophores with one of the warheads from the first step. CuAAC was chosen as a bioorthogonal approach to link pharmacophores and warheads. In total, three different pharmacophores were modified with the 1,3-diketone motif of compound 21 leading to 112, 113 and 128. Activation of the T-cell signaling cascade was tested after binding of these hapten-like compounds to the cpCAR in the presence of suitable target structures. For 112, only a slight, non-significant, activation of the T-cell signaling cascade was observed, whereas for 113 and 128, a significant activation of the T-cell signaling cascade was observed. The poor solubility of the folate compounds led to alternative strategies. Folic acid was exchanged by pteroic acid and the bifunctional, linear compounds were enlarged to trifunctional dendrimers. Besides the reported regioisomer in 112, a second one, which was not reported to date, occurred by the cyclization of the linear RGD pentapeptide leading to 113. After the reported synthesis of an RGD peptidomimetic analogous to 128 could not be reproduced, a new synthetic route was developed. It also consists of 17 steps, but reduces the number of linear steps from 13 to 10. Moreover, the developed route contains an asymmetric hydrogenation step and is, compared to the published one, more flexible by the use of the copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC). In addition, an unknown reaction was observed. Instead of the formation of a Schiff base in the reductive amination of 129, an insertion of propargylamine occurred forming 131. The reaction is almost quantitative and in high purity. After requiring no purification, it could be predestined for industrial purposes, such as the synthesis of N-functionalized 1,2-dihydroquinolines or as a building block with various orthogonal functional groups. Besides the sulfonamide 16, the diketone (21, 27, 31) and lactam compounds (39 – 41), experiments on adapter molecules with further warheads were performed. In the synthesis of a proadapter approach, in which the warhead is formed only after the retro-aldol reaction catalyzed by the mAb, 6 of 10 steps were successfully performed. A newly developed synthesis to keto-sulfonyl and keto-sulfoxide compounds could not be completed but was performed on a small scale to the point of keto-sulfonyl and keto-sulfoxide. Furthermore, a universal synthesis route was designed to allow the introduction of the warhead at the end of the synthesis by acylation. Thus, after 5 shared steps, 3 of them in quantitative yield, different warheads may be introduced. Moreover, this also facilitates the purification and the analysis of the compounds by the absence of tautomerism or labile groups. However, the acylation experiments were not successful with either the acid cyanide or the Weinreb amide. In summary, this thesis has proven that the 1,3-diketone motif is a suitable warhead for programming the cpCAR, which was developed by Hudecek et al. (unpublished data). The hapten-like compounds 112, 113 and 128 simultaneously bind to integrin ${\alpha}_v{\beta}_3$ and the cpCAR activating the T-cell signaling cascade. The modular synthesis strategy and the use of the bioorthogonal CuAAC allow straightforward access to these valuable immunotherapeutics but revealed the need for an additional purification step to remove copper ions., Chimäre Antigen-Rezeptoren (CARs) ermöglichen es T-Zellen spezifisch auf Tumorantigene auszurichten. Die Therapie mit anti-CD19 CARs konnte bereits eindrucksvolle Ergebnisse liefern und austherapierte Krebspatienten mit B-Zell-Lymphomen heilen. Durch zum Teil lebensbedrohliche Nebenwirkungen ist sie aktuell jedoch nur als letzte Therapiemöglichkeit zugelassen. Um Patienten zu schützen und ihr Einsatzgebiet zu erweitern, beispielsweise zur Behandlung von soliden Tumoren, müssen CAR-T-Zellen kontrollierbar sein, z. B. durch chemisch programmierbare CARs (cpCARs), die durch hapten-artigen Verbindungen reguliert werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung von solchen Verbindungen. Dafür wurden im ersten Schritt sieben verschiedene reaktive Gruppen mit zwei unterschiedlichen Spacern an Biotin gebunden, um eine geeignete reaktive Gruppe für die Programmierung des cpCARs zu finden. Im zweiten Schritt wurden Syntheserouten für die drei Pharmakophore Folat, c(RGD) und ein RGD-Peptidomimetikum entwickelt. Die Routen ermöglichen es das jeweilige Pharmakophor mit einer der reaktiven Gruppe aus dem ersten Schritt zu modifizieren. Zur Verbindung von Pharmakophor und reaktiver Gruppe, wurde die CuAAC als bioorthogonaler Ansatz gewählt. Insgesamt wurden im Rahmen dieser Arbeit drei verschiedene Pharmakophore mit dem 1,3-Diketon-Motiv von Verbindung 21 modifiziert. Mit den resultierenden Verbindungen 112, 113 und 128 wurde die Aktivierung der T-Zell-Signalkaskade bei Anwesenheit geeigneter Zielstrukturen untersucht. Bei 112 konnte nur eine leichte, nicht signifikante Aktivierung der T-Zell-Signalkaskade beobachtet werden, während bei 113 und 128 eine deutliche Aktivierung der T-Zell-Signalkaskade beobachtet wurde. Die schlechte Löslichkeit der Folatverbindungen führte zu Versuchen Folsäure gegen Pteroinsäure zu tauschen und die linearen Verbindungen zu trifunktionalen, dendrimeren Verbindungen mit weiteren Triethylenglycol-Ketten zu vergrößern. Neben dem publizierten Regioisomer in 112 trat bei der Zyklisierung des linearen RGD-Pentapeptides ein zweites Regioisomer auf, das zu 113 führte. Nachdem die veröffentlichte Syntheseroute eines RGD-Peptidomimetikums, das analog zu 128 ist, nicht reproduziert werden konnte, wurde eine neue Syntheseroute entwickelt. Sie besteht ebenfalls aus 17 Schritten, die Anzahl der linearen Schritte konnte jedoch von 13 auf 10 reduziert werden. Zusätzlich enthält die entwickelte Route einen asymmetrischen Hydrierungsschritt und ist durch den Einsatz der Kupfer-katalysierten Azid-Alkin-Cycloaddition (CuAAC) flexibler als die bereits publizierte Synthese. Während der Entwicklung der Syntheseroute wurde eine Reaktion beobachtet, die in der Literatur bisher nicht bekannt ist. Anstatt der Bildung eines Imins bei der reduktiven Aminierung von 129 kam es zu einer Insertion von Propargylamin, was zu 131 führte. Die Reaktion verläuft dabei nahezu quantitativ und in hoher Reinheit, so dass keine Aufreinigung notwendig ist. Sie könnte somit prädestiniert für industrielle Zwecke sein, wie zum Beispiel die Synthese von N-funktionalisieren 1,2-Dihydrochinolinen oder als Baustein mit mehreren funktionellen Gruppen, die orthogonal zu einander sind. Zusätzlich zum Sulfonamid 16, den Diketon- (21, 27, 31) und Lactamverbindungen (39 – 41), wurden Versuche zu Adaptermolekülen mit weiteren reaktiven Gruppen durchgeführt. Bei der Synthese eines Proadapter-Ansatzes, bei dem die reaktive Gruppe erst nach der vom mAb katalysierten Retroaldolreaktion entsteht, konnten 6 von 10 Schritten erfolgreich durchgeführt werden. Eine neu entwickelte Synthese von Keto-Sulfonyl- und Keto-Sulfoxid-Verbindungen konnte nicht abgeschlossen, aber im kleinen Maßstab bis zum Keto-Sulfonyl bzw. Keto-Sulfoxid durchgeführt werden. Des Weiteren wurde eine universelle Syntheseroute entworfen, um die Einführung der reaktiven Gruppe am Ende der Synthese durch Acylierung zu ermöglichen. So können nach den ersten 5 gemeinsamen Schritten, 3 davon in quantitativer Ausbeute, verschiedene reaktive Gruppen eingeführt werden. Darüber hinaus wird durch die Abwesenheit von Tautomerie oder labilen Gruppen sowohl die Aufreinigung als auch die Analytik der Verbindungen erleichtert. Die Acylierungsversuche waren jedoch weder mit dem Säurecyanid noch mit dem Weinreb-Amid erfolgreich. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit bewiesen werden, dass das 1,3-Diketon-Motiv eine geeignete reaktive Gruppe zur Programmierung des cpCARs ist, der von Hudecek et al. (bisher unveröffentlicht) entwickelt wurde. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die hapten-artigen Verbindungen gleichzeitig an Integrin ${\alpha}_v{\beta}_3$ und den cpCAR binden und die T-Zell-Signalkaskade aktivieren. Die modulare Synthesestrategie und der Einsatz der bioorthogonalen CuAAC für die Herstellung der Verbindungen ermöglichen einen unkomplizierten Zugang zu diesen wertvollen Immuntherapeutika, offenbarten jedoch die Notwendigkeit für einen zusätzlichen Reinigungsschritt zur Entfernung der Kupferionen.

The present doctoral thesis developed around the objective to generate a bench-stable electrophilic fluorinating reagent (like Selectfluor) from inorganic fluoride as fluorine source. In contrast to the preceding Master’s thesis, this thesis does not focus on the synthesis and analysis of potential complexes to catalyze the aforementioned reaction, but rather on some of the theoretical vacancies that deter us as a scientific community from understanding what to take care of in order to successfully design such a reaction. This thesis presents another fraction of this groundwork like the analysis of an electrophilic fluorination reaction mechanism from a high-valent palladium fluoride complex, the non- existence of a potential “Fluoro Wall” (the respective fluoro-analogon of the Oxo Wall), the generation of a novel all-electron basis set to accurately calculate relativistic properties of fifth period elements, and of course the parallel developments in computational catalyst design for the oxidative activation of fluoride., Die vorliegende Doktorarbeit entwickelte sich um das Ziel, ein "tischstabiles" elektrophiles Fluorierungsreagenz (wie Selectfluor) aus anorganischem Fluorid als Fluorquelle zu synthetisieren. Im Gegensatz zur vorhergehenden Masterarbeit konzentriert sich diese Arbeit nicht auf die Synthese und Analyse potentieller Komplexe zur Katalyse der oben erwähnten Reaktion, sondern auf einige der offenen theoretischen Fragestellungen, die uns als wissenschaftliche Gemeinschaft davon abhalten zu verstehen, worauf wir achten müssen, um eine solche Reaktion erfolgreich zu gestalten. In dieser Arbeit wird ein weiterer Bruchteil dieser Grundlagenarbeiten vorgestellt, wie die Analyse eines elektrophilen Fluorierungsreaktionsmechanismus aus einem hochvalenten Palladiumfluoridkomplex, die Nichtexistenz der „Fluoro Wall“ (das entsprechende Fluor-Analogon zur Oxo Wall), die Generierung eines neuartigen Vollelektronenbasissatzes zur genauen Berechnung der relativistischen Eigenschaften von Elementen der fünften Periode und natürlich die parallelen Entwicklungen bei dem computergestützten Entwurf von Katalysatoren für die oxidative Aktivierung von Fluorid.

A novel method for the synthesis of nitro fatty acids (NFAs), an intriguing class of endogenously occurring lipid mediators, is reported. This one-pot procedure enables the controlled and stereoselective construction of nitro fatty acids from a simple set of common building blocks in a highly facile manner. Thereby, this methodology offers a streamlined, highly modular access to naturally occurring nitro fatty acids as well as non-natural NFA derivatives.

Kohlenstoffmonoxid ist ein wichtiges kleines Signalmolekül das im menschlichen Körper durch die enzymatische Wirkung von Häm-Oxygenase (HO) auf Häm produziert wird. Für eine thera-peutische Anwendung werden Metallcarbonyl-Komplexe als CO-releasing molecules (CORMs) untersucht, die eine kontrollierte Freisetzung in biologischen Zielstrukturen erlauben. Dafür wird entweder die Ligandenperipherie ("drug sphere") modifiziert oder die CORMs an bio-molekulare Trägersysteme konjugiert. Im Rahmen dieser Arbeit stand dabei die lichtinduzierte Freisetzung von Kohlenstoffmonoxid aus Mangan(I)tricarbonyl-Komplexen im Vordergrund. Die oktaedrische Koordinationssphäre des Metallzentrums wurde dabei durch verschiedene faciale tridentate Liganden komplettiert, welche außerdem eine einfache und modulare Verknüpfung mit biologischen Träger-molekülen ermöglichen sollten. Als Chelatoren wurden Derivate von N,N-Bis(pyridin-2-ylmethyl)amin (bpa) ausgewählt, in denen das zentrale Stickstoffatom mit Alkylaminen unterschiedlicher Kettenlänge funktionalisiert ist, welche über Amid-Bindungen mit Carboxylat-modifizierten Trägermolekülen verknüpft werden können. Diesen bpa-Liganden sollte ein neuartiges Ligandensystem auf der Basis von N-(Phenanthridin-6-ylmethyl)-N-(chinolin-2-ylmethyl)ethan-1,2-diamin (pqen) gegenübergestellt werden, in denen die Phenanthridin-Gruppe interessante photophysikalische und photochemische Eigenschaften erwarten lässt. Die CO-releasing molecules sollten zudem mit den isostrukturellen Rhenium(I)tricarbonyl-Komplexen verglichen werden, die als Marker für die Fluoreszenz-mikroskopie dienen., In many organisms, carbon monoxide is generated in a controlled fashion by the degradation of heme by heme oxygenase (HO) enzymes. This small signaling molecule is involved in the control of blood pressure and possess anti-inflammatory, anti-apoptotic, and cytoprotective properties. However, a key issue is the tissue-specific delivery of carbon monoxide without concomitant formation of elevated toxic levels of CO in blood. In that context, metal carbonyl complexes show great potential for a safe CO delivery in a spatially and temporally well-controlled manner. Such CO-releasing molecules (CORMs) are composed of an inner "CORM sphere", which determines the CO release kinetics, and an outer "drug sphere", which controls bioavailability and tissue-specific uptake. In the context of this work, a series of photoactivatable CO-releasing molecules based on manganese(I) tricarbonyl groups was synthesized. In these systems, the octahedral coordination sphere of the metal center is completed by a variety of facial tridentate N^N^N ligands. Derivatives of bis(2-pyridylmethyl)amine (bpa) were selected as the chelator, in which the central tertiary nitrogen atom is functionalized with alkylamines of different chain lengths that can be linked to carboxylate-modified biological carrier molecules via amide bonds. The series of bpa ligands was contrasted with a novel ligand system based on N-(phenanthridin-6-ylmethyl)-N-(quinolin-2-ylmethyl)ethane-1,2-diamine (pqen), in which the phenanthridine group possesses interesting photophysical and photochemical properties. The series of CO-releasing molecules was complemented with the isostructural rhenium(I) tricarbonyl complexes, which might serve as markers for fluorescence microscopy.

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung, Synthese und Charakterisierung von neuartigen S,N-Heteroacenen für die Anwendung in organischen Solarzellen. Es wurden eine Reihe vier- und fünfgliedriger, funktionalisierter Thienoacene und S,N-Heteroacene synthetisiert. Diese wurden vollständig hinsichtlich ihrer thermischen, elektrochemischen und optischen Eigenschaften charakterisiert. Außerdem wurden sowohl lösungs- als auch vakuumprozessierte Solarzellen mit den neuartigen Materialien produziert und getestet. Hierbei konnten Effizienzen von bis zu 6,5 % erreich werden.

Im dieser Arbeit wurden Katalysatorsysteme und Liganden für C-C- und C-Heteroatom-Bindungsknüpfungen entwickelt und angewendet. Kommerzielle Pd-dba Proben wurden durch REM- und EDX-Aufnahmen auf ihre Beschaffenheit untersucht und katalytisch weniger aktive Proben wurden zu einem Toluol-Addukt kristallisiert, welches eine exzellente Aktivität und Lagerfähigkeit aufweist. YPhos-Liganden wurden in Aminierungen und Arylierungen von Carbonylverbindungen angewendet. Geringe Katalysatorbeladungen und Reaktionszeiten reichen zur effizienten Umsetzung von Arylchloriden schon bei Raumtemperatur. Zudem konnte demonstriert werden, dass elektronenziehende Substituenten in 3-Position die Kreuzkupplung von Picolinsäuren mit Arylhalogeniden erleichtern. Ebenfalls wurde eine Rhodium-katalysierte Methode zur \(\it ortho\)-Arylierung von aromatischen Carbonsäuren mit Arylbromiden erstellt. Zuletzt wurde ein Protokoll entwickelt, welches mit [Ru(\(\it p\)-cym)Cl\(_2\)]\(_2\) aromatische Carbonsäuren mit Allylcarbonaten allyliert.

Diarylethene sind molekulare Schalter, welche sich unter Einwirkung von Licht zwischen einem offenen und einem geschlossenen Isomer umwandeln. Die Effizienz dieser beiden Photoreaktionen ist von verschiedenen Parametern abhängig, welche bisher nur unzureichend verstanden sind. Ein entscheidender Faktor für die Hinreaktion ist das Verhältnis zweier Konformere, von denen jedoch nur eines photochemisch aktiv ist. In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Klasse von Diarylethenen beschrieben, in welcher die aktive Konformation durch kovalente Verbrückungen unterschiedlicher Länge stabilisiert wird. Gleichzeitigeröffnet sich ein zusätzlicher Reaktionspfad in Form einer Doppelbindungsisomerisierung. Es stellte sich heraus, dass bei geeigneter Verbrückungslänge das zyklisierte Isomer mit ungewöhnlich hoher Effizienz gebildet wird, während die Effizienz der Ringöffnung nicht beeinflusst wird. Der Mechanismus und die Dynamik der Photoreaktion wurden anhand ausgewählter Vertreter durch Ultrakurzzeitspektroskopie untersucht. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass der Ringschluss auch durch elektrochemische Oxidation oder Reduktion erfolgen kann. Die vorgestellten Systeme agieren bei direkter photochemischer Anregung wie herkömmliche Diarylethene nur im Ringschluss/Ringöffnungsregime. Durch Tripletsensibilisierung kann jedoch eine selektive Z→E Isomerisierung erzielt werden, was diese Diarylethenklasse zu reversiblen 3-Zustandssystemen erweitert. In Erweiterung des Projektes wurde die Struktur des Diarylethens noch stärker fixiert. Nach vielseitigen Syntheseversuchen konnten zwei Vertreter dieser Klasse erhalten und photochemisch untersucht werden, wobei ein Umsatz zu etwa 60% zyklisiertem Isomer bei der Bestrahlung mit UV-Licht gefunden wurde. Zusammengefasst stellt die kovalente Verbrückung der Diarylethenstruktur eine erfolgreiche Strategie dar, um sowohl die Effizienz der Ringschlussreaktion zu steigern als auch photochrome Verbindungen mit drei Schaltzuständen zu kreieren. Diarylethenes are molecular switches that interconvert reversibly between an open and a closed isomer by irradiation with light. The efficiency of both photochemical reactions depends on several parameters, which, so far, are only insufficiently understood. One important factor in the cyclization reaction is the presence of two conformations of the open isomer of which only one is photochemically active. In the current work, a new class of diarylethenes is presented, in which the active conformation is covalently stabilized by alkyl chains of different lengths. As the central double bond is not fixated, double bond isomerization emerges as an additional pathway in these annulated diarylethenes. In dependence of the chosen ring size both open isomers convert with increased efficiency to the closed isomer upon irradiation. The efficiency of the cycloreversion process remains unaffected. The mechanism and dynamic of the photoreaction were investigated for selected compounds using transient absorption spectroscopy. Furthermore, electrochemical studies revealed that both the E- and the Z-isomer cyclize rapidly upon anodic oxidation or cathodic reduction. In general, the photochemical reactivity of annulated diarylethenes parallels that of normal diarylethenes and takes place exclusively in the cyclization/cycloreversion regime if irradiated directly. However, it was demonstrated that a selective Z→E double bond isomerization is possible, thus implementing a 3-state photoswitchable system. In extension of the project, the structure of diarylethenes was further stiffened. Using diverse synthetic approaches, two members of this class could be obtained. Photochemical investigation showed a conversion to the closed isomer of 60% upon irradiation with UV-light. In brief, the covalent fixation of diarylethenes represents an attractive strategy to increase the efficiency of the photochemical cyclization and extent the scope of diarylethenes to 3-state photochromic systems.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein stereoselektiver Zugang zum Benzodihydropentalen-kern 79 und der Aminosäure 81 der Fijiolide entwickelt. Die Synthesestrategie für Dihydropentalen 79 beruhte auf der Addition eines Styrylrestes an Indenon 84 als Vorläufer für den Aufbau von Ring C via Ringschlussmetathese. Als entscheidend stellte sich dabei die frühzeitige Einführung des Alkohols an C9 heraus, durch den zuverlässig eine cis Konfiguration des zuvor eingeführten Allyl- und Styrylsubstituenten erreicht werden konnte. Auch wenn die Fijiolide kein Stereozentrum an C1 besitzen, ermöglichte die enantioselektive Einführung des Styrylrestes den stereoselektiven Aufbau des Cyclopentadienols mit einem hohen Maß an Substratkontrolle., In this thesis, a stereoselective access to the benzodihydropentalene core structure 79 and the amino acid fragment 81 of the fijiolides was developed. For benzodihydropentalene 79 the synthetic strategy relied on introduction of a styryl moiety onto indenone 84 allowing construction of ring C via ring closing metathesis. Essential for this strategy was the early introduction of the alcohol at C9, that enabled the cis-arrangement of the previously installed allyl and the styryl moiety. Although the fijiolides` core does not contain a stereocenter at C1, enantioselective introduction of the styryl residue in this position allowed to build up the cyclopentadienol in a stereocontrolled fashion with a high degree of substrate control.

Candida albicans exists as a harmless commensal pathogen but for those immunocompromised individuals can become a life-threating problem. Its high level of resistance that exhibits against most clinically used antifungal drugs, plus their many similarities that share with the host, makes it quite challenging the development of effective antifungal drugs and therapies. “Scaffold hopping” is a valuable tool in drug development to generate focused compound collections by modifying the core structure of known active compounds. The design and synthesis of novel lead compounds based on focused target-family design carried out in this dissertation, was supported by solid phase and solution phase combinatorial organic chemistry. Our main starting hits have been LL-37 peptide and EMC120B12, a benzimidazole compound previously found to be active with an IC50 and CC50 of 0.75 μM and 97.5 μM, respectively. Analogues of peptide LL-37 and EMC120B12 were synthesized. Besides, based on scaffold hopping approach, indoles, triazoles and imidazo[1,2-a]pyridines were designed and synthesized as well. All compounds were isolated and analyzed by HPLC-ESI-MS. Representative products were characterized using NMR. All synthesized compound collections were evaluated for its antifungal properties. A primary high-throughput screening at 10 μM, eight out of fifteen benzimidazole analogues and two LL-37 analogues were active against Candida albicans. Further biological studies like dose-response assay, minimum inhibitory concentration (MIC) and screening of clinical Candida spp isolates, confirmed that two benzimidazole analogues: (S)-2-(1-Aminobutyl)-1-(3-fluorobenzyl)benzimidazole (BE10) and (S)-2- (1-Aminobutyl)-1-(3-chlorobenzyl)benzimidazole (BE9) were more active than the principle hit. However, BE9 was finally discarded due to its toxic effect on the host cells. Unfortunately, the rest of the indole, triazole, imidazo[1,2-a]pyridine and LL-37 analogues were not active against the several Candida species tested. Although preliminary biological data for BE10 is doubtlessly promising, additional biological experiments, like in vivo studies are necessary to confirm a clinical candidate or to further optimize the structure. In this work dedicated to the discovery of novel biologically active antifungal compounds, the focus was placed on two known active compounds

Im Zuge dieser Dissertationsschrift wurde die Polymerisation von BiEDOT in einem oxidativen Medium untersucht. Im synthetischen Bereich lag das Hauptaugenmerk hierbei sowohl auf der Aufreinigungsprozedur als auch auf der Optimierung des reinen Polymerisationsprozesses. Die Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaften der PEDOT-Beschichtungen dieser PEDOT-Fluide stand jedoch generell im Hauptfokus. Als Charakterisierung wurden die erhaltenen viskosen Flüssigkeiten als getrocknete Filme elektrisch und stellenweise auch thermoelektrisch charakterisiert. Die dargestellten Fluide wurden anhand von zur Verfügung stehenden Labortechniken in den kg-Maßstab überführt. Diese Mengen wurden benötigt um die entwickelten PEDOT-Fluide für den sogenannten rotativen Siebdruck, einer Methode zur Flüssigprozessierung, zugänglich zu machen. Die Fluide wurden dann gemeinsam mit Wissenschaftlern des LTI des KITs und der otego GmbH an einer industriellen Rolle-zu-Rolle Druckmaschine verdruckt.

In der vorliegenden Dissertation wird ein neues Spektrum von Cyanin-Styryl-Farbstoffen vorgestellt. Diese bestehen aus einem Chinolinium- und Indolteil, die in Konjugation zueinander stehen. Neben verschieden substituierter Indolstrukturen wurden ebenfalls Triplettzustandslöscher-Farbstoff-Konjugate synthetisiert. In einer systemchemischen Betrachtung unter Zuhilfenahme abgeleiteter Nukleophilie-Parameter kann das Superoxid-Radikalanion, welches im Rahmen eines photoinduzierten Elektronentransfers (pET) gebildet wird, als primärer Photoabbauweg in verdünnter Lösung (c ≤ 2.5 µM) bestätigt werden. Insbesondere Farbstoffe mit einem 5-Cyanoindolteil zeigen eine hohe Photostabilität und weit verbesserte optische Eigenschaften im Vergleich zu Farbstoffen mit Triplettzustandslöschern oder elektronenreichem Indolteil. Dementgegen zeigen thermische Bleichexperimente, dass erstere Fluorophore labil gegenüber Singulett-Sauerstoff und Wasserstoffperoxid sind. Die strukturelle Variation von Chinolinium- zu Pyridiniumteil bestätigt überdies die primäre Reaktion von Singulett-Sauerstoff mit dem Chinoliniumteil der Farbstoffe. Die Zytotoxizität aller Farbstoffe wurde getestet und die Akkumulation in lebenden HeLa-Zellen untersucht. Der photostabile Farbstoff mit 5-Cyanoindolstruktur zeigt hierbei eine besondere Spezifität für Mitochondrien, was durch eine Kolokalisationsanalyse bestätigt wird. Abschließend wird in dieser Dissertation ein azidfunktionalisierter Photoaffinitätsmarker und Hybridisierungssonden für die in vitro Detektion von miR-155-5p als weitere biologische Anwendungen vorgestellt.