Im Folgenden wird auf die Lichtempfindlichkeit der neuen Schutzgruppen eingegangen, deren Verbesserung eines der Hauptziele dieser Arbeit war. Als Kennzahl f¨ur die Lichtemp-findlichkeit wird das Produktǫ·φaus Absorptionskoeffizient und Gesamtquantenausbeute verwendet.
Wie man aus den Abbildungen 5.27 und 5.28 ersieht, reagieren die mit den neuen intramolekular sensibilisierten Schutzgruppenverbindungen gesch¨utzten Thymidine we-sentlich schneller als NPPOC-gesch¨utztes Thymidin. Die Daten in den Tabellen 5.1 bis 5.3 belegen, dass in allen F¨allen durch die intramolekulare Sensibilisierung eine Steigerung der Lichtempfindlichkeit der NPPOC–Schutzgruppe m¨oglich war. Bei 366 nm konnte im besten Fall eine etwa 20-fache, bei 405 nm sogar eine ca. 140-fache Erh¨ohung gegen¨uber der direkten Bestrahlung erreicht werden (vgl. Tabelle 5.3). Die Schutzgruppenabspaltung bei den Bestrahlungen der neuen Verbindungen verlief jedoch meist mit niedrigeren als den f¨ur NPPOC typischen Quantenausbeuten und f¨uhrte nicht immer zu den gew¨unschten Produkten.
Die h¨ochste Quantenausbeute bei den Belichtungen in stickstoffges¨attigtem Methanol besitzt mit ca. 0.4 die Verbindung T7R4-T. In luftges¨attiger L¨osung geht die Quantenaus-beute allerdings aufgrund der relativ langen Lebensdauer des Tripletts von ca. 1 µs und der damit verbundenen h¨oheren L¨oschwahrscheinlichkeit durch Sauerstoff auf einen Wert von 0.12 zur¨uck. Außerdem entsteht bei der Bestrahlung prim¨ar nicht das freie Nukleosid, sondern es findet eine Umlagerung statt. Damit ergeben sich geringe Thymidinausbeuten zwischen 20% und 40%. T7R4 ist als photolabile Schutzgruppe also ungeeignet.
Eine ebenso schlechte Schutzgruppe ist T7P4. Auch hier liegen die Thymidinaus-beuten nur im Bereich von 20% bis 40%, wobei aus den Chromatogrammen nicht her-vorgeht, welche konkurrierende Reaktion f¨ur diese schlechten Ausbeuten verantwortlich ist. ¨Uberdies liegt die Quantenausbeute des Abbaus von T7P4-T unter 10%. Wie be-reits im vorigen Abschnitt erw¨ahnt, h¨angt dies mit der konkurrierenden photochemischen
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
c /c 0
t * I 0
/ 10 -8
Einstein cm -2
T7C2-T
T7C3-T
T7C4-T
T7P4-T
T7R4-T
T5D0-T
T4E2-T
NPPOC-T
Abbildung 5.27: Kinetik des Abbaus der photolabil gesch¨utzten Thymidine in stickstoff-ges¨attigtem Methanol. Belichtung bei 366 nm.
Tabelle 5.1:Absorptionskoeffizientǫ, Gesamtquantenausbeuteφ, Lichtempfindlichkeitǫ·φund Nukleosidausbeute von gesch¨utzten Nukleosiden in stickstoffges¨attigtem MeOH f¨ur Bestrahlung bei 366 nm.
Nukleosid–
Verbindung ǫ / M−1cm−1 φ ǫ·φ / M−1cm−1
ausbeute
NPPOC-T 250 0.41 100 0.90
T7C2-T 3900 0.18 690 0.60
T7C3-T 3900 0.21 820 0.75
T7C4-T 3800 0.21 800 0.86
T7P4-T 3100 0.08 250 0.27
T7R4-T 3500 0.42 1500 0.21
T4E2-T 4000 0.09 360 0.92
T5D0-T 8200 0.26 2100 0.66
T5D0-CAc 8200 0.29 2400 0.61
T5D0-ABz 8000 0.36 2900 0.52
T5D0-GAm 8400 0.11 920 0.52
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
c /c 0
t * I 0
/ 10 -8
Einstein cm -2
T7C2-T
T7C3-T
T7C4-T
T7P4-T
T7R4-T
T5D0-T
T4E2-T
Abbildung 5.28: Kinetik des Abbaus der photolabil gesch¨utzten Thymidine in stickstoff-ges¨attigtem Methanol. Belichtung bei 405 nm. NPPOC-T zeigt unter diesen Bedingungen nur noch eine sehr langsame Reaktion, so dass seine Konzentration in dem betrachteten Zeitraum ann¨ahernd konstant bliebe.
Tabelle 5.2:Absorptionskoeffizientǫ, Gesamtquantenausbeuteφ, Lichtempfindlichkeitǫ·φund Nukleosidausbeute von gesch¨utzten Nukleosiden in luftges¨attigtem MeOH f¨ur Bestrahlung bei 366 nm.
Nukleosid–
Verbindung ǫ / M−1cm−1 φ ǫ·φ / M−1cm−1
ausbeute
NPPOC-T 250 0.41 100 0.90
T7C2-T 3900 0.14 590 0.70
T7C3-T 3900 0.15 590 0.60
T7C4-T 3800 0.17 650 0.75
T7P4-T 3100 0.08 250 0.30
T7R4-T 3500 0.12 420 0.36
T4E2-T 4000 0.03 120 0.95
T5D0-T 8200 0.25 2000 0.71
T5D0-CAc 8200 0.33 2700 0.57
T5D0-ABz 8000 0.30 2400 0.35
T5D0-GAm 8400 0.10 840 0.32
Tabelle 5.3:Absorptionskoeffizientǫ, Gesamtquantenausbeuteφ, Lichtempfindlichkeitǫ·φund Nukleosidausbeute von gesch¨utzten Nukleosiden in stickstoffges¨attigtem MeOH f¨ur Bestrahlung bei 405 nm. F¨ur die Quantenausbeute von NPPOC-T wurde der Wert von 0.41 bei Bestrahlung mit 366 nm angenommen.
Nukleosid–
Verbindung ǫ / M−1cm−1 φ ǫ·φ / M−1cm−1
ausbeute
NPPOC-T 18 0.41 7
T7C2-T 1800 0.09 160 0.63
T7C3-T 2300 0.14 320 0.79
T7C4-T 2300 0.14 320 0.75
T7P4-T 3400 0.05 170 0.38
T7R4-T 2700 0.38 1000 0.33
T4E2-T 1800 0.09 160 0.82
T5D0-T 2400 0.27 650 0.89
T5D0-CAc 2500 0.23 580 0.63
T5D0-ABz 2400 0.24 580 0.54
T5D0-GAm 2600 0.06 160 0.64
cis–trans–Isomerisierung zusammen. Daraus resultiert eine vergleichsweise niedrige Quan-tenausbeute f¨ur die Entsch¨utzungreaktion von ca. 0.08 bei 366 nm bzw. 0.05 bei 405 nm.
Die Lichtempfindlichkeit von 250 M−1cm−1 bei 366 nm, die durch eine Anpassung der Summe der Konzentrationen vontrans– undcis–Isomer an eine monoexponentielle Kine-tik erhalten wurde, entspricht dabei sehr genau dem in Kapitel 5.5 f¨ur dastrans–Isomers erhalten Wert.
Die h¨ochsten Thymidinausbeuten unter den hier untersuchten gesch¨utzten Thymi-dinen ergab die Verbindung T4E2-T mit einer Esterverkn¨upfung zwischen Thioxanthon und NPPOC. Die Ausbeuten lagen bei Bestrahlung mit 366 nm zwischen 90% und 95%
und bei 405 nm bei ca. 82%. Nebenprodukte konnten durch HPLC nicht nachgewiesen werden. Leider ist die Quantenausbeute mit 0.09 in stickstoffges¨attigter und nur 0.03 in luftges¨attigter L¨osung relativ klein, und die Lichtempfindlichkeit der Schutzgruppe so-mit nur ca. 4 mal h¨oher als bei NPPOC. Wie bereits bei den Laserblitzexperimenten diskutiert, ist dies auf eine ineffektive Energie¨ubertragung zur¨uckzuf¨uhren.
Nach den Schutzgruppenverbindungen, deren Leistungsf¨ahigkeit starke M¨angel auf-weisen, betrachten wir nun diejenigen, die vielversprechendere Eigenschaften besitzen.
Hierzu geh¨oren u.a. die Verbindungen T7C2, T7C3 und T7C4 mit einem Oligomethylen-linker zwischen Thioxanthon und Nitrophenylchromophor. Die Bestrahlungen von T7C3-T und T7C3-T7C4-T7C3-T verliefen im Rahmen der Messgenauigkeit mit gleichen Lichtempfindlich-keiten und Thymidinausbeuten. Die Verbindung T7C2-T besitzt zwar eine geringf¨ugig kleinere Quantenausbeute und weist eine leichte Ver¨anderung in den relativen Konzen-trationen der Produkte auf, ist aber in Bezug auf ihr photochemisches Verhalten den Verbindungen T7C3-T und T7C4-T immer noch sehr ¨ahnlich. Insgesamt ergeben sich ǫ·φ-Werte von ca. 700–800 M−1cm−1 bei 366 nm und 150–300 M−1cm−1 bei 405 nm.
Das T5D0–gesch¨utzte Thymidin besitzt bei 366 nm die h¨ochste Lichtempfindlichkeit.
Dies liegt zum einen an der recht ordentlichen Quantenausbeute von ca. 26%, die relativ unabh¨angig davon ist, ob bei 366 nm oder 405 nm bestrahlt wurde, und die außerdem keine sichtbare Beeinflussung durch Sauerstoff zeigt. Zum anderen ist der Absorptionskoeffizient
insbesondere mit 8200 M−1cm−1 bei 366 nm mehr als doppelt so hoch wie bei den anderen Verbindungen, woraus eine Lichtempfindlichkeit von 2100 M−1cm−1 resultiert. Bei 405 nm ist der Absorptionskoeffizient recht ¨ahnlich zu dem der Oligomethylen-verbr¨uckten Ver-bindungen T7Cn. Jedoch ist bei dieser Wellenl¨ange die Quantenausbeute und damit die Lichtempfindlichkeit von T5D0-T im Vergleich dazu doppelt so hoch. Ein Problem der T5D0-Schutzgruppe sind die nur m¨aßigen Thymidinausbeuten um die 70% bei 366 nm Bestrahlung. Interessanterweise wurde bei 405 nm ein Wert von 89% gemessen, bei den anderen gesch¨utzten Nukleosiden lag er allerdings auch nur im Bereich von 60% (siehe weiter unten). Bei den haupts¨achlich entstehenden Nebenprodukten der Bestrahlung han-delt es sich vermutlich um einen Nitroso–Alkohol und eine zyklische Nitroso–Form. Die Entstehung dieser Nebenprodukte kann durch die Wahl eines geeigneten L¨osungsmittels weitgehend unterdr¨uckt werden. In diesem Zusammenhang liefern die sp¨ater vorgestell-ten Experimente zum Aufbau von Oligothymidinen auf einem DNA-Chip (vgl. Kapitel 6) unter optimierten Bedingungen recht vielversprechende Ergebnisse. Sie zeigten eine Thy-midinausbeute von ca. 90% pro Zyklus, was bei diesen Versuchen sehr gut an den Wert von NPPOC herankommt.
Im Vergleich zu NPPOC weisen also alle neuen Verbindungen bei Wellenl¨angen ober-halb 350 nm eine signifikante Steigerung der Lichtintensit¨at auf. Insbesondere bei Wel-lenl¨angen oberhalb 400 nm ist der Unterschied gravierend. Bei 405 nm ist eine Photo-reaktion von NPPOC–gesch¨utzten Substanzen kaum mehr zu erkennen, w¨ahrend die in-tramolekular sensibilisierten Substanzen immer noch eine erhebliche Lichtempfindlichkeit aufweisen.
Bei 405 nm liegt der erreichbar Faktor im Bereich von 20 bis 140. Ein Molek¨ul, das sowohl eine NPPOC– als auch eine intramolekular sensibilisierte Schutzgruppe bes¨aße, w¨urde die NPPOC-Schutzgruppe bis zu 140-mal langsamer abspalten. Dies gilt allerdings nur dann, wenn die beiden Schutzgruppen r¨aumlich so weit voneinander getrennt sind, dass die Energie¨ubertragung des Sensibilisators auf die unsubstituierte NPPOC-Gruppe minimal ist. Ist diese Bedingung erf¨ullt, so h¨atten wir zwei Schutzgruppen des NPPOC-Typs, die zueinander chromatisch orthogonal sind, d.h. man k¨onnte zun¨achst mit Licht einer Wellenl¨ange von 405 nm die intramolekular sensibilisierte Schutzgruppe und danach mit 366 nm die unsubstituierte NPPOC-Schutzgruppe abspalten.