Ultrakurzzeitspektroskopie von Hemithioindigo und biophysikalisch relevanten Derivaten

Published: March 10, 2008, 11 a.m.

b'Photoinduzierte Isomerisierungsreaktionen von Molek\\xfclen mit Kohlenstoff-Doppelbindungen sind an zahlreichen wichtigen biologischen und biochemischen Prozessen beteiligt. Ein grundlegendes Verst\\xe4ndnis ihrer Reaktionsmechanismen ist deshalb von enormer Bedeutung. Wichtige Anwendungen von Molek\\xfclen mit Photoisomerisierungsreaktionen sind ihr Einsatz als mechanische Trigger in Peptidstrukturen oder als optische Datenspeicher. Diese Arbeit stellt eine spektroskopisch bisher unbearbeitete Verbindungsklasse vor, deren Struktur aus zwei verschiedenen Molek\\xfclen (Stilben, Thioindigo) zusammengesetzt ist. Die photochrome Verbindung Hemithioindigo isomerisiert im Pikosekundenzeitbereich. Im Rahmen der Arbeit kann gezeigt werden, dass spezielle Hemithioindigo-Derivate als Peptidschalter zum Studium initialer Faltungsprozesse eingesetzt werden k\\xf6nnen. Diese Demonstration erfordert die detaillierte spektroskopische Analyse der Z/E-Isomerisierungsreaktionen des Molek\\xfcls. Die vorliegende Arbeit behandelt dabei die folgenden Fragestellungen:\\n1) Nach welchem Mechanismus l\\xe4uft die Z/E-Isomerisierung von Hemithioindigo ab?} Die Kombination verschiedener spektroskopischer Techniken (Absorptions-, Emissions- und Infrarotspektroskopie) erlaubt es, den kinetischen Ablauf der photoinduzierten Isomerisierungsreaktionen zu verfolgen. Unter Ausnutzung aller erzielten Resultate kann ein detailliertes Reaktionsmodell der Pikosekundenreaktionen Z-E und E-Z aufgestellt werden. \\n2) Wie k\\xf6nnen bestimmte Charakteristika der Isomerisierung, beispielsweise die Reaktionszeit, kontrolliert werden? Es wird gezeigt, dass die Reaktionsraten der photoinduzierten Isomerisierungen durch Potentialbarrieren im elektronisch angeregten Zustand bestimmt werden. Polare Substituenten erlauben es, die Barrierenh\\xf6he systematisch zu ver\\xe4ndern. Diese Effekte k\\xf6nnen sogar quantitativ durch das Konzept der linearen freien Enthalpie-Beziehung, der Hammett-Gleichung, beschrieben werden. Auf diese Weise kann die Reaktionsgeschwindigkeit kontrolliert und f\\xfcr unbekannte Substanzen vorhergesagt werden. Die Auswirkungen der Substituenten-Effekte auf unterschiedliche Parameter werden diskutiert und in ein gemeinsames Reaktionsmodell eingebettet.\\n3) Stilben vs. Thioindigo: Welcher Bestandteil dominiert die dynamischen Eigenschaften von Hemithioindigo? Zur Kl\\xe4rung dieser Frage werden die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit mit Reaktionsmodellen von Stilben und Thioindigo verglichen. Es wird sehr deutlich, dass Hemithioindigo und Stilben in vielen Eigenschaften gro\\xdfe \\xc4hnlichkeiten aufweisen.\\n4) Sind Hemithioindigo-Derivate zur Untersuchung initialer Faltungsvorg\\xe4nge in Chromopeptiden geeignet? Die Arbeit zeigt, dass Hemithioindigo-Aminos\\xe4uren als ultraschnelle mechanische Schalter in Peptidsystemen eingesetzt werden k\\xf6nnen. Dazu werden verschiedene auf Hemithioindigo basierende Pseudoaminos\\xe4uren und Chromopeptide vorgestellt. Untersuchungen dieser Modellpeptide zeigen, dass Hemithioindigo auch in Peptidstrukturen eine Isomerisierung ausf\\xfchrt und das Chromophor als spektroskopische Sonde f\\xfcr Peptidfaltungsprozesse genutzt werden kann. Hemithioindigo stellt somit eine vielversprechende Alternative zu bekannten molekularen Schaltern, wie z. B. Azobenzolderivaten, dar.'