Detektion und Differenzierung von Diolen mit fluorierten Benzenboronsäuren und 19F-NMR-Spektroskopie

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Alexander Schiller
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Analytische Chemie ; Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 266495512

Die Boronsäure-Gruppe wird sehr erfolgreich in Sensormolekülen für die Erkennung von Zuckern, Nukleotiden, Catecholen und Hydroxylcarbonsäuren eingesetzt. Ziel dieses Projekts ist die Synthese und Charakterisierung neuer fluorierter Boronsäuren. Diese werden zur Detektion und Diskriminierung von Diol-Verbindungen und anorganischen Anionen in physiologischem Medium mittels 19F-NMR verwendet. Die Anwesenheit eines Fluor-Atoms, zum Beispiel in Fluorbenzenboronsäure, stellt einen sehr empfindlichen NMR-Sensor für die Umgebung der Boronsäure dar. Wenn ein Zucker im physiologischen Medium bindet, shiftet das 19F-NMR-Signal aufgrund der entstandenen Zucker-Boronat-Verbindung. Zuerst werden kommerziell erhältliche fluorierte Benzenboronsäuren verwendet, um Wasserlöslichkeit, Säurestärke und Selektivität gegenüber Analyten zu testen. Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen (DFT) werden angestellt, um 19F-NMR-Shifts zu berechnen und mit experimentellen Werten zu vergleichen. Daneben werden neue fluorierte Boronsäure-Rezeptoren auf der Basis von Pyridinium- und Imidazoliumsalzen synthetisiert. Diese versprechen gute Wasserlöslichkeit und Analyt-Selektivität in Abhängigkeit der Anzahl der Boronsäuregruppen. Darüber hinaus erzeugt der Einbau von CF3-Gruppen anstatt F-Gruppen eine verbesserte Sensitivität bei den NMR-Messungen. DFT-Rechnungen werden verwendet, um die NMR-Shifts mit entsprechenden Analyten vorherzusagen. Eine Musteranalyse mit Sensor-Arrays aus ausgewählten fluorierten Boronsäuren generiert die Selektivität gegenüber speziellen Analyten. Dies geschieht mittels multivariater Analyse, der Generierung von Barcodes und einer audiovisuellen Darstellung der 19F-NMR-Signale. Schließlich werden die fluorierten Boronsäuren in Enzymassays zur Darstellung der Kinetik mittels 19F-NMR eingesetzt. Das letzte Arbeitspaket befasst sich mit der Aufgabe Influenza-Viren mit 19F-NMR zu detektieren. Hierzu werden Sialinsäure-dekorierte Nanopartikel mit fluorierten Boronsäuren in einem Verdrängungsassay verwendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen