English Title: Synthesis and characterisation of new boron- and silicon-rich entities for potential use as markers in energyfiltering transmission electron microscopy (EFTEM) and as therapeutics in boron neutron capture therapy (BNCT)

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Abstract

Die vorliegende Arbeit beschreibt einen neuen Syntheseweg zu bor- und siliziumreichen Verbindungen für einen potentiellen Einsatz als Marker in der energiefilternden Transmissionselektronenmikroskopie und als Therapeutika in der Bor-Neutroneneinfangtherapie. Als Träger der dieser Elemente wurden Furane und Maleinimide gewählt, um sich die Möglichkeit offen zu halten, diese dann über eine Diels-Alder-Reaktion mit entsprechenden Dienen bzw. Dienophilen gezielt weiterfunktionalisieren zu können. Die Basis für borreiche Verbindungen bildete die Gruppe der Carborane. Ausgehend von Hydroxymethyl- und von Acetylfuranen konnten kleine Moleküle gewonnen werden, die bis zu 30 Boratome (je zehn in drei Carboraneinheiten) enthielten. Von diesen Furanen wurden Diels-Alder-Addukte (Modellreaktion mit N-Ethylmaleinimid) dargestellt und charaktersisiert (11 und 18 in Abbildung I). Auch wurde ein Glukokonjugat eines carboranylierten Furans mit zehn Boratomen synthetisiert (56). In Fortführung der Dissertation von Stefan Raddatz [1999] konnten sein Tetracarboranylpropanol (mit 40 Boratomen) entsprechend derivatisiert werden (46). Für die Elementmarkierung in der Elektronenmikroskopie bietet sich neben Bor auch Silizium an. Zu diesem Zwecke wurden einige neue Silsesquioxane dargestellt und analog zum hier beschriebenen Konzept an Furane gekoppelt (63). Alkylbromide der Silsesquioxane (69) sind eine neue Monofunktionalisierung dieser Verbindungsklasse, die weitere Kopplungen ermöglicht. Zur Charakterisierung der dargestellten Substanzen verwendete man die 1H-, 11B-, 13C- und 29Si-Kernresonanzspektroskopie sowie verschiedene massenspektrometrische Untersuchungsverfahren. Zwei der dargestellten Borverbindungen wurden in einem elektronenmikroskopischen Versuch vermessen. Zu diesem Zweck lagerte man die Bor-Verbindungen an bzw. in Kohlenstoff-Nanoröhren ein und untersuchte sie im Elektronenmikroskop. Der Versuchsaufbau erwies sich für diese Verbindungen als wenig geeignet, es konnte kein Bor-Signal detektiert werden. Das Messergebnis schließt jedoch nicht aus, dass die Verbindungen als Elementmarker geeignet sind.

Translation of abstract (English)

New boron- and silicon-rich entities were synthesised for potential use as markers in energy-filtering transmission electron microscopy (EFTEM) and as therapeutics in boron neutron capture therapy (BNCT). Furan and maleimide compounds were chosen as scaffolds to enable further coupling via Diels-Alder reactions with respective dienes or dienophiles. High boron content was achieved by using carboranes. Based on hydroxymethyl- and acetylfurans small molecules were obtained and characterised with up to 30 boron atoms per compound (ten each per carborane unit). In a model system, Diels-Alder reactions were performed with N-Ethylmaleimid. Examples 11 and 18 are shown in figure I. Additionally, a glycoconjugate of a carboranylated furan was synthesised (56). Following on from Stefan Raddatz’s dissertation [1999], further derivatives of his tetracarboranylpropanol (with 40 boron atoms) were obtained (46). Silicon is also a feasible atom for usage in EFTEM as a marker compound. Silsesquioxane cages were synthesised as a silicon-rich entity, and were fused with furans in the same Diels-Alder concept as the aforementioned boron compounds (63). Alkyl bromides of silsesquioxanes (69) were discovered, exhibiting new ways for mono functionalisation of these cages. Compounds were characterised using 1H-, 11B-, 13C- and 29Si-NMR techniques along with mass spectrometry. Two of the obtained boron-rich entities were submitted to electron microscopy analysis to evaluate their properties for electron spectroscopic imaging (ESI) by EFTEM. In the given test setup they were inserted or attached to single walled carbon nanotubes prior to electron microscopy experiments. The test setup proved not to be adequate for these types of compounds as no boron-signal was detected. However, these results do not exclude the fact that the compounds are still suitable as molecular markers.