Novel ligands based on imidazole and triazole [Elektronische Ressource] : from coordination chemistry to medicinal applications and material design / vorgelegt von Nina Victoria Fischer

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iNovel Ligands based on Imidazole and Triazole: From Coordination Chemistry to Medicinal Applications and Material Design Der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg zur Erlangung des Doktorgrades vorgelegt von Nina Victoria Fischer aus Frankfurt iiiAls Dissertation genehmigt von der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg Tag der mündlichen Prüfung 12.10.2010 Vorsitzender der Prüfungskommission Prof. Dr. R. FinkErstberichterstatter Prof. Dr. N. Burzlaff Zweitberichterstatter Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Rudi van Eldik ivDie vorliegende Arbeit entstand in der Zeit von November 2007 bis September 2010 im Department Chemie und Pharmazie (Lehrstuhl für Anorganische und Analytische Chemie) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg unter Anleitung von Prof. Dr. Nicolai Burzlaff. vivGreat ideas need landing gear as well as wings. (Neil Armstrong) viviiDanksagung Mein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater Prof. Dr. Nicolai Burzlaff für die große akademische Freiheit bei der Bearbeitung dieses interessanten Themengebiets, die offene Atmosphäre, die fruchtvollen Diskussionen und nicht zuletzt für die vielen Gelegenheiten zur Teilnahme an Konferenzen. Prof. Dr.
Publié le : vendredi 1 janvier 2010
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Novel Ligands based on Imidazole and Triazole:
From Coordination Chemistry to Medicinal Applications and
Material Design
Der Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen Nürnberg
zur
Erlangung des Doktorgrades
vorgelegt von
Nina Victoria Fischer
aus Frankfurt iii
Als Dissertation genehmigt
von der Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg
Tag der mündlichen Prüfung 12.10.2010
Vorsitzender der Prüfungskommission Prof. Dr. R. Fink
Erstberichterstatter Prof. Dr. N. Burzlaff
Zweitberichterstatter Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Rudi van Eldik iv
Die vorliegende Arbeit entstand in der Zeit von November 2007 bis September 2010 im
Department Chemie und Pharmazie (Lehrstuhl für Anorganische und Analytische Chemie) der
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg unter Anleitung von Prof. Dr. Nicolai
Burzlaff. viv
Great ideas need landing gear as well as wings.
(Neil Armstrong) vivii
Danksagung

Mein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater Prof. Dr. Nicolai Burzlaff für die große
akademische Freiheit bei der Bearbeitung dieses interessanten Themengebiets, die offene
Atmosphäre, die fruchtvollen Diskussionen und nicht zuletzt für die vielen Gelegenheiten zur
Teilnahme an Konferenzen.
Prof. Dr. Lutz Dahlenburg danke ich für die Möglichkeit, meine Arbeiten in seinen
Laboratorien durchzuführen, jegliche fachliche Unterstützung und die vielen interessanten
Diskussionen und Anregungen zu Akademischem, Nützlichem und Alltäglichem.
Vielen Dank an Prof. Dr. Ivana Ivanović-Burmazović, dass ich meine Arbeiten in ihren
Laboratorien zu Ende führen durfte.
Besonderer Dank gilt auch allen Kooperationspartnern hier in Erlangen, aber auch an der
Universität Konstanz: Vielen Dank an insbesondere Prof. Dr. Ulrich Zenneck und Dr. Marat
Khusniyarov für die Einführung in die ESR-Spektroskopie und die Geduld mit meinen vielen
Fragen. Prof. Dr. Paul Müller, Dr. Mohammad Sahabul Alam, Uptal Mitra, Dr. Viacheslav
Dremov, Inshad Jum’h und Michael Stocker für die Durchführung der STM- und AFM-
Messungen, sowie die gute Zusammenarbeit. Prof. Dr. Wilhelm Schwieger und Alexandra Inayat
danke ich für die Thermogravimetrischen Analysen. Schließlich bedanke ich mich bei Dr.
Thomas Huhn und Malin Bein für die Durchführung der vielen Zelltests, sowie insbesondere die
Einladung nach Konstanz und ihr stets offenes Ohr für fachliche Fragen.
Den Angestellten des Instituts für Anorganische Chemie danke ich für die vielseitige
Unterstützung: Dr. Achim Zahl, Dr. Joachim Maigut, Helga Wendler und Jochen Schmidt
(NMR-Spektroskopie), Dr. Frank Heinemann, Susanne Hoffmann und Panagiotis Bakatselos
(Röntgenstrukturanalyse), Christina Wronna (Elementaranalyse), Dr. Jörg Sutter (ESR-
Spektroskopie, Mößbauerspektroskopie und Massenspektrometrie), Martin Bachmüller viii
(Massenspektrometrie), Ronny Wiefel und Marco Müller (Glasbläser), Ursula Niegratschka
(Sekretariat), dem Team vom Magazin, Christl Hofmann, Manfred Weller, Uwe Reißer, sowie
allen anderen technischen Mitarbeitern. Besonderen Dank an Susanne auch für die
unterhaltsamen Plaudereien.
Danken will ich natürlich auch allen Kollegen aus unserem Arbeitskreis: Danke Dir,
Stefan, für die stete Hilfsbereitschaft und Kameradschaft. Danke aber auch an Gazi, Fatima,
Tom, Andi, Sascha, Eike, Liv, Moni, Astrid und Christina für den Zusammenhalt und die gute
Atmosphäre in der Arbeitsgruppe. Ein besonderes Dankeschön auch an alle „Dahlenburgs“,
„Ivanas“ und „van Eldiks“, insbesondere Harry, Mathias, Katharina, Erika und Steffi für
gemeinschaftliche Ratschrunden und den persönlichen Kontakt.
Schließlich danke ich meiner Familie und meinem Freund Alex, einfach für alles. ix
Zusammenfassung
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,
bobmima, bmima 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) - und das RuCl(PPh ) -Komplexfragment getestet. Während die Liganden 2,2-3 3 2
3bmie, bmidta und rac-1,2-bmie an die Zentralmetalle wie erwartet tripodal in κ -Bindungsmodus
bokoordinierten, bevorzugten die Liganden bmima, bmima 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 x
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)-
bo 3Komplexen mit den Liganden bmima oder bmima in tripodaler κ -Koordination blieben
erfolglos. Es wurde jedoch die Bildung der Koordinationspolymere [Zn(bmima)Cl] und n
bo[Zn(bmima )Cl] beobachtet. Daher erschien eine Untersuchung des Koordinationsverhaltens n
des Liganden debmimm von Interesse, welcher ein analoges Bindungsmotiv wie bmima und
bobmima aufweisen sollte. Schließlich konnte eine bidentate N,N-Koordination von debmimm für
die tetraedrischen Komplexe [MCl (debmimm)] (M = Fe(II), Co(II), Ni(II), Cu(II), und Zn(II)) 2
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) (debmimm) ] 2 2
sowie die quadratische Pyramide in [NiCl (debmimm)] . 2 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
3-OMeLiganden bmipMe, 2,2-Hbmie, rac-1,2-Hbmie, debmimm, K[bmima], bmiePh, bmiePh und
4-OMebmiePh synthetisiert und mittels Elementaranalyse, IR-Spektroskopie und FAB-
Massenspektrometrie charakterisiert. Zytotoxizitätsstudien, durchgeführt an HeLa S3, zeigten,
4-OMedass gerade die arylsubstituierten Liganden bmiePh und bmiePh wertvolle Bausteine für
metallbasierte Zytostatika darstellen. Die Mn(II)-Komplexe [MnCl (bmiePh)] und 2 2

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