Synthese und Funktionalisierung von Fulleren C60 und seinen Derivaten für die Anwendung in biologischen Systemen

Schütze, Christina GND

The modification of C60 and its derivatives with polar side chains to improve the solubility in polar and aqueous medium is of significant importance for biological and medical applications. Although fullerene derivatives have been used in numerous biological systems their interaction mechanism with these structures is almost unknown. The functionalization of fullerenes with fluorescent dyes should be able to contribute to the elucidation of these mechanisms.For the functionalization reactions different dyes have been selected, which are derived from either a fluorescein or an aniline structure. These dyes functionalized with amino- or isothiocyanate groups have been reacted with fullerocarboxylic acids or acid chlorides as well as fulleropyrrolidines to form dye-functionalized C60- and C70-derivatives. In preliminary studies with a model membrane the dye-functionalized fullerene derivatives have shown unequal behavior and interesting fluorescence properties. Allowing the attachment of dyes which have no amino functions available, various synthetic routes for the introduction of amino groups on the fullerene surface have been examined, ranging from the reaction of amino-functionalized diazomethanes to the attachment of glykoldiamines. The functionalization of fullerenes with glykoldiamines is connected to the synthesis of fullerene derivatives which show a significantly improved solubility in polar media or even water and can also be functionalized with dyes. About this synthetic method a class of compounds could be synthesized which has enormous potential for biological and medical applications.

Die Modifizierung von C60 und seinen Derivaten mit polaren Seitenketten zur Verbesserung der Löslichkeit in polarem und vor allem wässrigem Medium ist für biologische und medizinische Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Obwohl Fullerenderivate bereits in zahlreichen biologischen Systemen Anwendung gefunden haben, sind ihre Wechselwirkungsmechanismen mit biologischen Strukturen nahezu unbekannt. Die Funktionalisierung von Fullerenverbindungen mit Fluoreszenzfarbstoffen sollte daher einen Beitrag zur Aufklärung dieser Mechanismen leisten können. Zur Funktionalisierung wurden verschiedene Farbstoffe ausgewählt, die sich entweder von einer Fluorescein- oder einer Anilingrundstruktur ableiten. Die mit Amino- oder Isothiocyanatgruppen funktionalisierten Farbstoffe wurden mit Fullerencarbonsäuren und –Carbonsäurechloriden sowie Fulleropyrrolidinen unter Bildung der Farbstoff-funktionalisierten C60- und C70-Verbindungen umgesetzt. In ersten Untersuchungen mit einer Modellmembran zeigten die verschiedenen Farbstofffullerene sehr unterschiedliches Verhalten und interessante Fluoreszenzeigenschaften. Um die Anbindung von Farbstoffen zu ermöglichen, die nicht über Aminofunktionen verfügen, wurden verschiedene Synthesewege zur Einführung von Aminogruppen an der Fullerenoberfläche untersucht. Diese reichen von der Umsetzung mit aminofunktionalisierten Diazomethanen bis zur Anbindung von Diaminoglykolen. Mit der Funktionalisierung mit Diaminoglykolen wird die Hoffnung verbunden, Fullerenderivate synthetisieren zu können, die eine deutlich verbesserte Löslichkeit in polaren Medien oder sogar Wasser zeigen und zusätzlich durch Farbstoffe funktionalisiert werden können. Über diese Synthesemethode ließe sich eine Verbindungsklasse synthetisieren, die für biologische und medizinische Anwendungen enormes Potential besitzt.

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Schütze, Christina: Synthese und Funktionalisierung von Fulleren C60 und seinen Derivaten für die Anwendung in biologischen Systemen. 2013.

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