DE60122784T2

DE60122784T2 - Viologen gebundenes acridin-molekül und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE60122784T2
Application number: DE60122784T
Authority: DE
Inventors: Ramaiah Danaboyina; Eldho Varghese NADUKKUDY; Joseph Joshy
Original assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council of Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2007-09-20
Anticipated expiration: 2021-03-31
Also published as: DE60122784D1; EP1373250A1; JP2004519516A; EP1373250B1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbindungen der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d)

1a wobei
Y = -(CH₂)_n- wobei n = 1–11
R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ, oder
-Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ wobei m = 1–13

1b wobei
Y = -(CH₂)_n- wobei n = 1–11
R = -MV²⁺-(CH₂)_m-Acr 2X^θ oder
-Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr 2X^θ wobei m = 1–11

1c wobei
Y = ortho oder para Toluyl
R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ oder
-Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ wobei m = 1–13

1d wobei
Y = -(CH₂)_n- wobei n = 1–10
R = -Acr⁺-R¹ X^θ/2X^θ
wobei
N in dem Acridinhauptring ebenfalls durch eine Alkylgruppe quarternisiert ist
R¹ = -(CH₂)_m-CH₃ oder -(CH₂)_m-C₆H₄-(CH_Z)m (para),
wobei m = 0–13
Formel 1 und/oder pharmazeutisch annehmbare Derivate dieser, verwendbar als phototherapeutisch und katalytisch photoaktivierte DNA-Schneideagenzien. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung neuer Moleküle gemäß Formel 1. Die neuen Moleküle der Erfindung sind nützlich zur Stabilisierung von DNA einschließlich Duplex-, Triplex- und Quadruplex-Strukturen durch Interkalation und/oder Bisinterkalation und Furchenbindungsinteraktionen. Die neuartigen Moleküle der Erfindung sind ebenso für das katalytisch photoaktivierte Schneiden von DNA allein durch Cosensibilisierung mit Selektivität an Guanin (G) Stellen in Duplex und AG zwei Basenaufwölbungen enthaltenden Sequenzen, geeignet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine Serie von bifunktionellen Molekülen der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b und 1c) und Derivate davon, sind ebenfalls nützlich als Photokatalysatoren für die Oxidation von Wasser, um Wasserstoff in industriellen Anwendungen herzustellen.
Hintergrund der Erfindung
Die Entwicklung funktioneller Moleküle, die selektiv an Nukleinsäuren (DNA oder RNA) binden und im Stande sind, Duplex- oder einzelsträngige Nukleinsäuren zu binden, ist ein aktives Forschungsgebiet, welches wichtige biochemische und biomedizinische Anwendungen hat. Manche dieser wirksamen Agenzien sind sehr nützlich bei der Behandlung verschiedener Krankheiten und ebenso als Sonden zum Verstehen von DNA-Strukturen und DNA-Protein-Interaktionen. Während natürliche Restriktionsenzyme bei vielen dieser Anwendungen sehr nützlich gewesen sind, verhindern deren große Größe und/oder begrenzte Bereiche der Sequenzerkennungseigenschaften deren allgemeine Verwendung. Daher sind synthetische funktionelle Moleküle, die eine stellenselektive oder sequenzspezifische Modifikation von DNA bewirken und einen sauberen und effektiven Weg zum Schneiden von DNA bieten, die von konventionellen Restriktionsenzymen nicht erkannt werden, zum Schneiden, dringend benötigt.
In diesem Zusammenhang wurde eine große Anzahl synthetischer Liganden entwickelt, die die Fähigkeit besitzen, spezifische Sequenzen oder strukturelle Domänen in der DNA zu erkennen und zu binden und welche nukleolytische Aktivität unter physiologischen Bedingungen (chemische Nukleasen) oder während der Photoaktivierung (Photonukleasen) besitzen. Einige dieser umfassen 1,10-Penanthrolin-Kupfer, Eisen-EDTA, Bleomycin, Enediyene-Antibiotika und Anthraquinone. Für Beispiele wird Bezug genommen auf die US-Patente Nr. 5,985,557; Nr. 6,090,543; Nr. 5,739,022; Nr. 5,556,949; Nr. 5,552,278; Nr. 5,504,075; Nr. 4,942,227; Nielsen, P. E. J. Mol. Recog.. 1990, 3, 1; Papavassiliou, A. G. Biochem. J. 1995, 305, 345; Sigman, D. S.; Graham, D. R.; D'Aurora, V.; Stern, A. M. J. Biol. Chem. 1979, 254, 12269; Pope, L. E.; Sigman, D. S. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1984, 81, 3; Tullius, T. D.; Dombroski, B. A. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1986, 83, 5469; Hertzberg, R. P.; Dervan, P. B. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 313; Hecht, S. M.; Bleomycin: Chemical, Biochemical and Biological aspects, Ed.; Springer Verlag: New York, 1979; Sausville, E. A.; Peisach, J.; Horwitz, S. B. Biochemistry, 1978, 17, 2740. Jedoch sind synthetische Liganden, die vielseitig sind und konventionelle Restriktionsenzyme nachahmen, noch immer zu entwickeln.
Von den verschiedenen Klassen der DNA-Schneidesystemeüber die berichtet wurde hat sich bei den photoaktivierten Schneideagenzien herausgestellt, dass diese bedeutende praktische Vorteile gegenüber den Reagenzien haben, welche die DNA unter thermischen Bedingungen schneiden. Ein interessanter Gesichtspunkt der photoaktivierten DNA-Schneideagenzien ist, dass diese es erlauben, die Reaktion räumlich und zeitlich durch Kombination all dieser Komponenten der Reaktionsmischung vor der Bestrahlung zu kontrollieren. Die Bestrahlung der Reaktionsmischung mit einer geeigneten Lichtquelle leitet die Reaktion ein, die andauert, bis das Licht ausgeschaltet wird. Die Möglichkeit, Licht in räumlichem und zeitlichem Sinne zu kontrollieren, wäre für Anwendungen, die sich von der zeitaufgelösten Probennahme verschiedener biochemischer Prozesse, beispielsweise der Transkription und Translation, bis hin zur genomischen Analyse und therapeutische Agenzien erstrecken, vorteilhaft. Für die ausgewählten Beispiele wird Bezug genommen auf das US-Patent Nr. 5,994,410; Nr. 5,734,032; Nr. 5,650,399; Nr. 5,607,924; Nr. 6,087,493; Nr. 6,057,096; 5,767,288; Nr. 5,439,794; Armitage, B. Chem. Rev. 1998, 98, 1171 und die hierin zitierten Referenzen; Kochevar, I. E.; Dunn, D. A. Bioorg. Photochem. 1990, 1, 273 und die hierin zitierten Referenzen; Paillous, N.; Vicendo, P. J. Photochem. Photobiol., B 1993, 20, 203; Nielsen, P. E.; Jeppesen, C.; Buchardt, O. FEBS lett. 1988, 235, 122; Chow, C. S.; Barton, J. K. Methods Enzymol. 1992, 212, 219; Chang, C.-H.; Meares, C. F. Biochemistry 1982, 21, 6332; Riordan, C. G.; Wei, P. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 2189; Thorp, H. H. Angew. Chem., Int. Ed. Eng. 1991, 30, 1517; Armitage, B.; Yu, C.; Devadoss, C.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 9847; Adam, W.; Cadet, J.; Dall'Acqua, F.; Epe, B.; Ramaiah, D.; Saha-Moller, C. R. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 107; Uesawa, Y.; Kuwahara, J.; Sugiura, Y. Biochem. Biophys. Res. Commun. 1989, 164, 903; Ito, K.; Inoue, S.; Yamamoto, K.; Kawanishi, S. J. Biol. Chem. 1993, 268, 13221; Saito, I.; Takayama, M.; Matsuura, T.; Matsugo, S.; Kawanishi, S. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 883; Sako, M.; Nagai, K.; Maki, Y. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1993, 750.
Es zeigte sich, dass diese photoaktivierten Schneidereagenzien DNA (i) durch Erzeugen eines diffusionsfähigen (Singlet-Sauerstoff) und nicht-diffusionsfähiger (Hydroxyradikale) reaktiver Intermediate, (ii) Abstraktion eines Sauerstoffatomes und (iii) Elektronentransfers schneiden. Die meisten der bisher beschriebenen Systeme initiieren den photoinitiierten Schnitt durch mehr als einen Mechanismus. Obwohl der Schaden, bewirkt durch all diese Mechanismen, zur initialen Modifikation entweder eines Zuckers oder einer Nukleobase führt, was daraufhin zum Schneiden des Phosphodiesters führt, werden ernste Anstrengungen in diesem Prozess unternommen, um Reagenzien zu entwickeln, welche die DNA lediglich mittels eines dieses Mechanismuses schneiden und ebenso diese Schneideagenzien zu spezifischen Sequenzen oder Domänen in der DNA leiten. Es kann Bezug genommen werden auf Cadet, J.; Téoule, R. Photochem. Photobiol. 1978, 28, 661; Croke, D. T.; Perrouault, L.; Sari, M. A.; Battioni, J. P.; Mansuy, D.; Magda, D.; Wright, M. M.; Miller, R. A.; Sessler, J. L.; Sansom, P. I. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 3629; Theodorakis, E.; Wilcoxen, K. M. Chem. Commun. 1996, 1927; Suenaga, H.; Nakashima, K.; Hamachi, I.; Shinkai, S. Tetrahedron Lett. 1997, 38, 2479; Cullis, P. M.; Malone, M. E.; Merson-Davies, L. A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 2775; Sies, H.; Schulz, W. A.; Steenken, S. J. Photochem. Photobiol. B 1996, 32, 97; Saito, I.; Takayama, M.; Sugiyama, H.; Nakamura, T. In DNA and RNA Cleavers and Chemotherapy of Cancer and Viral Diseases; Meunier, B., Ed.; Kluwer: Netherlands, 1996, Seiten 163–176.
Seit kurzem gibt es ein gesteigertes Interesse daran, Moleküle herzustellen, welche die RNA effektiv mittels eines photoinduzierten Elektronentransfermechanismuses ausschließlich unter Einbeziehung der Oxidation von Nukleobasen schneiden. Eine einzigartige Eigenschaft dieses Mechanismuses ist die, dass man vernünftige Kontrolle über das Schneiden hat. Es wurde herausgefunden, dass der DNA-Schnitt mittels dieses Mechanismuses bei Guanin (G) vonstatten geht, da Guanin die am einfachsten oxidierbare Base der Nukleinsäuren aufgrund ihres geringen Ionisierungspotenzials ist. Eine große Anzahl von organischen ebenso wie anorganischen Systemen sind beschrieben worden, welche den DNA-Schnitt mittels photoinduziertem Elektronentransfermechanismus bewirkt. Jedoch stellte sich heraus, dass die meisten Reagenzien sehr uneffizient sind, mit einer Schneideeffizienz in der Größenordnung von 10^–8. Bezug wird genommen auf Sevilla, M. D.; D'Arcy, J. B.; Morehouse, K. M.; Englehardt, M. L. Photochem. Photobiol. 1979, 29, 37; Blau, W.; Croke, D. T.; Kelly, J. M.; McConnel, D. J.; OhUigin, C.; Van der Putten, W. J. M. J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1987, 751; Sage, E.; Le Doan, T.; Boyer, V.; Helland, D. E.; Kittler; Helene, C; Moustacchi, E. J. Mol. Biol. 1989, 209, 297; Brun, A. M.; Harriman, A. J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 8153; Ly, D.; Kan, Y.; Armitage, B.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8747; Hall, D.B.; Holmlin, R. E.; Barton, J. K. Nature 1996, 382, 731; Gasper, S. M.; Schuster, G. B. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 12762. Aus diesem Grunde sind effiziente photoaktivierte DNA-Schneideagenzien basierend auf dem Elektronentransfermechanismus für biologische Applikationen hochbegehrt.
Im Falle der photoaktivierten DNA-Schneideagenzien mittels Elektronentransfermechanismus hängt die Effizienz der Reaktion von dem Redoxpotenzial des Schneideagens, der Anregungsenergie und dem Oxidationspotenzial des Grundzustands der Base, zusätzlich zu den weiteren Bedingungen ab. Damit eine effektive Reaktion stattfindet, muss die Rate für den Elektronentransfer von dem Donor auf den Akzeptor größer sein als der Rückelektronentransferprozess. Daher kann die Ineffizienz, welche mit den photoaktivierten DNA-Schneideagenzien in Bezug gebracht werden kann, der Existenz eines effektiven Rückelektronentransfers zwischen der resultierenden oxidierten Base und dem reduzierten Sensibilisator zugeordnet werden. Um diese Schwierigkeit des Elektronenrücktransferprozesses, der mit diesen Systemen zusammenhängt, zu bewältigen, sind wenige Beispiele basierend auf Cosensibilisierungsmechanismen entwickelt worden (Dunn, D. A.; Lin, V. H.; Kochevar, I. E. Biochemistry 1992, 31, 11620; Atherton, S. J.; Beaumont, P. C. J. Phys. Chem. 1987, 91, 3993; Fromherz, P.; Rieger, B. J. Am. Chem. Soc. 1986, 108, 5361). Diese Systeme bestehen aus einem Sensibilisator, der ebenfalls ein Interkalator ist, und einen Elektron nach der Photoaktivierung auf den Cosensibilisator (Elektronenakzeptor) überträgt, der auf der Oberfläche der DNA gebunden ist. Die Photosensibilisierung, unter Einbeziehung des Cosensibilisators, der weit weg von dem Sensibilisator gebunden ist, soll erwartungsgemäß den Rückelektronentransport inhibieren und dadurch einen Anstieg des DNA-Schneidens bewirken. Jedoch wurde in der Realität lediglich eine sehr kleine Verbesserung der DNA-Schneideeffizienz (in Größenordnungen von 10^–7) in diesen Systemen aufgrund von Komplikationen im Hinblick auf die Konzentration, den Abstand und die DNA-Bindeaffinitäten des Sensibilisators und Cosensibilisators beobachtet.
Aus diesem Grunde ist die Entwicklung von kleinen Verbindungen, die in wässrigem Medium löslich sind, die Ineffizienz aufgrund des Elektronenrücktransfers überwinden, starke Bindungsinteraktionen mit DNA aufweisen, selektiv und effektiv bei der Einleitung des DNA-Schneidens allein durch Elektronentransfermechanismen sind, hochbegehrt für biologische Anwendungen, einschließlich des sauberen und effizienten Wegs des Schneidens von DNA an Stellen, die von konventionellen Restriktionsenzymen nicht erkannt werden.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, funktionelle Moleküle zur Verfügung zu stellen, welche stark und selektiv an der DNA binden und als selektive und effektive photoaktivierte DNA-Schneideagenzien fungieren, die ausschließlich über den Cosensibilisierungsmechanismus funktionieren.
Gegenstände der Erfindung
Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, neuartige bifunktionelle Moleküle, basierend auf Viologen-verknüpften Acridinen und Derivaten dieser zur Verfügung zu stellen, die als phototherapeutische und katalytisch photoaktivierte DNA-Schneideagenzien verwendet werden können.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, bifuktionelle Moleküle zur Verfügung zu stellen, die als Sonden für verschiedene DNA-Strukturen (Einzelstrang, Duplex, Triplex und Quadruplex) von biologischer Bedeutung und hoher Selektivität dienen.
Es ist sogar ein weiterer Gegenstand der Erfindung, bifunktionelle Moleküle basiert auf Viologen-verknüpften Acridinen oder Derivaten dieser zur Verfügung zu stellen, welche als katalytisch photoaktivierte DNA-Schneideagenzien von Duplex und Basenaufwölbungen enthaltender DNA, allein mittels Cosensibilisierungsmechanismen fungieren können.
Es ist weiterhin ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, bifunktionelle Moleküle basierend auf Viologen-verknüpften Acridinen oder Derivaten dieser zur Verfügung zu stellen, welche als Photokatalysatoren für die Oxidation von Wasser in industriellen Anwendungen dienen können.
Zusammenfassung der Erfindung
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung eine Verbindung der nachfolgend dargestellten allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d)

1a wobei
Y = -(CH₂)_n- wobei n = 1–11
R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ, oder
-Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ wobei m = 1–13

1b wobei
Y = -(CH₂)_n- wobei n = 1–11
R = -MV²⁺-(CH₂)_m-Acr 2X^θ oder
-Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr 2X^θ wobei m = 1–11

1c wobei
Y = ortho oder para Toluyl
R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ oder
-Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ wobei m = 1–13

1d wobei
Y = -(CH₂)_n- wobei n = 1–10
R = -Acr⁺-R¹ X^θ/2X^θ
wobei
N in dem Acridinhauptring ebenfalls durch eine Alkylgruppe quarternisiert ist
R¹ = -(CH₂)_m-CH₃ oder -(CH₂)_m-C₆H₄-(CH₂)_m-(para),
wobei m = 0–13
Formel 1
Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung der neuartigen bifunktionellen Moleküle, welche auf viologen verknüpften Acridinen, Bisacridinen und Acridinsalzen der vorstehend dargestellten allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) basieren, wobei dieses Verfahren umfasst Herstellung einer Lösung von ω-(Acridin-9-yl)-α-bromalkane und/oder 1-Alkyl-4,4'-bipyridiniumbromide in trockenem Acetonitril in einem Verhältnis von 1:1, Rühren der Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 20–50°C für eine Zeitdauer im Bereich von 8–24 h, um einen Niederschlag zu erhalten, Filtrieren und Waschen des Niederschlages mit trockenem Acetonitril und Dichlormethan, um jegliche nicht umgesetzten Ausgangsstoffe zu entfernen, Reinigen des hierdurch erhaltenen Feststoffes, um eine Verbindung der Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) zu erhalten.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Verbindungen der Formel 1 bevorzugt aus einer Mischung von Methanol und Acetonitril in einem Verhältnis von 1:4 umkristallisiert.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft bifunktionelle Moleküle der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) und pharmazeutisch annehmbare Derivate dieser für die photokatalytische Spaltung von DNA an G-Stellen von Duplex und AG an Zweibasenaufwölbungen enthaltender DNA allein mittels des Cosensibilisierungsmechanismuses.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die bifunktionellen Moleküle der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) und pharmazeutisch annehmbare Derivate dieser als DNA-gerichtete diagnostische oder phototherapeutische Mittel verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die bifunktionellen Moleküle der Erfindung zur Stabilisierung von DNA einschließlich Duplex-, Triplex- und Quadruplex-Strukturen durch Interkalation, Doppelinterkalation und Bindung an die Furche verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die bifunktionellen Moleküle der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) zur photokatalytischen Spaltung von DNA mit Selektivität gegenüber G-Stellen von Duplex und AG für Zweibasenaufwölbungen und als Sonden für diese Strukturen verwendet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die bifunktionellen Moleküle und Derivate dieser der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b und 1c) als Photokatalysatoren für die Oxidation von Wasser in industriellen Anwendungen verwendet.
Kurze Beschreibung der beiliegenden Abbildungen
1 zeigt die Fluoreszenzverstärkung von Verbindungen der Formel 1a (wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br) in Anwesenheit von verschiedenen Konzentrationen von Poly(dA).Poly(dT).
2 zeigt den Effekt der thermischen Denaturierungstemperatur von Duplex-DNA mittels verschiedener Konzentrationen von Verbindungen der Formel 1a, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist und der Formel 1b, wobei n = 1, R = -MV²⁺-CH₂-Acr und X = Brist.
3 zeigt die Hypochromizität, untersucht in der Duplex-DNA-Absorption in der Anwesenheit verschiedener Konzentrationen von Verbindungen der Formel 1a, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist und der Formel 1b, wobei n = 1, R = -MV²⁺-CH₂-Acr und X = Br ist.
4 stellt die DNA-Schadensprofile dar, die Einzelstrangbrüche und verschiedene Endonuklease-empfindliche Modifikationen zeigen, die in die PM2-DNA durch die Verbindung gemäß der Formel 1 (250 nM, 18 kJ/m²) eingeführt wurden, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist und bei (1 μM, 9 kJ/m²), wobei n = 11, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist.
5 zeigt die Zeitabhängigkeit von DNA-Modifikationen, Einzelstrangbrüchen (SSB) (o) und Formamidpyrimidin-DNA-Glykosylase (FPG Protein) empfindlichen Modifikationen (Δ) eingefügt in PM2-DNA durch eine Verbindung der Formel 1a, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br (0,25 μM, 0°C) aufgrund der UV-Bestrahlung mit 360 nm Licht (4,6 kJ/m²).
6 zeigt die Zeitabhängigkeit von DNA-Modifikationen, Einzelstrangbrüchen (SSB) (o) und Formamidglycosylase (FPG Protein) empfindlichen Modifikationen (Δ) eingeführt in PM2 DNA durch eine Verbindung der Formel 1a, wobei n = 11, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist (0,30 μM, 0°C) aufgrund der UV-Bestrahlung mit 360 nm Licht (4,6 kJ/m²).
7 zeigt das Autoradiogramm eines 10%igen denaturierenden Polyacrylamidgeles, welches die photonischen Schnitte von Duplex-DNA (10 μM) eingeführt durch eine Verbindung der Formel 1a zeigt, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist, und der Formel 1b, wobei n = 1, R = -MV²⁺-CH₂-Acr und X = Br ist mit einer Piperidin-Behandlung (90°C, 30 Minuten). Spur 1: DNA (3) (Kontrolle). Spur 2: DNA (3) und 50 μM der Verbindung gemäß Formel 1a, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist. Spur 3: DNA (3) und 50 μM der Verbindung gemäß Formel 1b, wobei n = 1, R = -MV²⁺-CH₂-Acr und X = Br ist. Spur 4: DNA (5) und 50 μM der Verbindung gemäß Formel 1a, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist. Spur 5: DNA (5) und 50 μM der Verbindung der Formel 1b, wobei n = 1, R = -MV²⁺-CH₂-Acr und X = Br ist. Spur 6: DNA (6) und 50 μM der Verbindung gemäß Formel 1a, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist. Spur 7: DNA (6) und 50 μM der Verbindung der Formel 1b, wobei n = 1, R = -MV²⁺-CH₂-Acr und X = Br ist. Die Maxam-Gilbert-Sequenzlinien sind mit A/G und T markiert.
8 zeigt die Bildung von reduziertem Methylviologen nach der Bestrahlung der Verbindung der Formel 1a, wobei n = 11, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist in der Anwesenheit von DNA (opfernder Elektronendonor), was die katalytischen Eigenschaften von Viologen-verknüpften Acridinen zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung umfassen die neuen bifunktionellen Moleküle einen DNA-Interkalator und Cosensibilisator, verknüpft über steife bis flexible Spacergruppen, dar. Der Interkalator wie auch der Acridinrest sind geeignet, im sichtbaren Bereich zu absorbieren und fungieren als Elektronendonor (Sensibilisatioren) im angeregten Zustand. Der Cosensibilisator, der Methylviologenrest, andererseits ist ein sehr guter Elektronenakzeptor und ist dazu geeignet, die Furchenbindungswechselwirkungen mit der DNA einzugehen. Die starren bis flexiblen Spacergruppen spielen bei der Kontrolle der Rate des Elektronentransfers in diesem System durch die Änderung der Distanz und relativen Orientierung zwischen dem Interkalator und Cosensibilisator eine bedeutende Rolle.
In der vorliegenden Erfindung wurden eine Vielzahl neuer Viologen-verknüpfter Acridine, Bisacridine und Bisacridinsalze der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) synthetisiert, welche flexible bis starre Spacergruppen aufweisen, und deren photophysikalischen Eigenschaften wurden unter verschiedenen Bedingungen untersucht. Weiterhin wurden die DNA-Binde- und DNA-Stabilisierungseigenschaften dieser Moleküle unter Verwendung von Kalbsthymus-DNA und synthetischen Oligonukleotiden untersucht. Die photoaktivierten Schneideeigenschaften der DNA wurden untersucht und die sequenzspezifischen Schnitte, induziert durch diese Verbindung unter Verwendung von Plasmid-DNA, synthetischer Duplex und Basenaufwölbungen enthaltender DNA-Sequenzen, wurden ebenso analysiert. Darüber hinaus wurden die Mechanismen ihrer biologischen und katalytischen Aktivitäten bewertet.
Im Ergebnis wurde beobachtet, dass die Verbindungen der allgemeinen Formeln 1 (1a, 1b, 1c und 1d) und deren Derivate eine gute Löslichkeit bei physiologischen pH-Bedingungen und gute Absorptionseigenschaften aufweisen. Darüber hinaus führt die Protonierung des Acridinringes zur Bildung der korrespondierenden Acridinsalze, die recht unterschiedliche und interessante photophysikalische und Redoxeigenschaften zeigen. Die Absorptions- und Fluoreszenzstudien bestätigen die Existenz von Wechselwirkungen durch Bindungen und durch den Raum zwischen den Viologen- und Acridinresten hindurch. Darüber hinaus wurden effektive Quench- und Fluoreszenzausbeuten festgestellt, welche darauf schließen lassen, dass der Quenchmechanismus über einen Elektronentransfermechanismus mit Raten in der Größenordnung von 10¹⁰ vonstatten geht.
Interessanterweise zeigen diese bifunktionellen Moleküle starke Bindung mit der DNA über Interkalation und/oder Bisinterkalation und Furchenbildungswechselwirkungen mit ungewöhnlich hoher Affinität für die Poly(dA).Poly(dT)-Sequenz. Infolge der Anregung schnitten diese Moleküle die DNA sehr effektiv und mit hoher Selektivität bei Guanin (G)-Stellen und mit Dominanz hinsichtlich von 5'-G der GG-Schritte. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass diese Moleküle sehr anziehend für Sequenzen enthaltend Basenaufwölbungen sind und nach der Photoaktivierung insbesondere an G-Stellen von AG-Basenaufwölbungen schneiden. Der DNA-Schnitt, induziert durch diese Verbindungen, geschieht allein durch Elektronentransfermechanismen, wobei der angeregte Acridinrest ein Elektron auf das Methylviologen (MV²⁺) überträgt, und zu dem Radikalkation des Acridins und Radikalkation des Methylviologens (MV⁺) führt. Das einmal gebildete Radikalkation des Acridins kann die DNA-Base an der Bindestelle oxidieren, und letztendlich zu dem effektiven Schnitt der DNA an der G-Stelle, wie erwartet, führt. Darüber hinaus wurde gefunden, dass diese Moleküle wiederverwertbar sind und als Katalysatoren in Anwesenheit von opfernden Elektronendonoren fungieren. Aus diesem Grunde sind die vorliegenden Systeme nicht nur bifunktionell mit interessanten photophysikalischen Eigenschaften, sondern ebenfalls wiederverwertbar und fungieren als effektive photoaktivierte DNA-Schneider und phototherapeutische Agenzien und Photokatalysatoren für die Oxidation von Wasser in industriellen Anwendungen.

Tabelle 1 zeigt DNA-Assoziationskonstanten von bifunktionelleen Molekülen basiert auf Viologen-verknüpften Acridinverbindungen der Formel 1a, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist und wobei n = 11, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist und Bisacridinsystemen (Verbindung der Formel 1b, wobei n = 1, R = -MV²⁺-CH₂-Acr und X = Br) ist, in einem Puffer enthaltend 1 mM EDTA und 2 oder 100 mM NaCl.
Tabelle 2 zeigt die Strukturen der Oligonukleotide, die in den DNA-Schmelzstudien verwendet wurden.
Tabelle 3 zeigt die Strukturen der Oligonukleotide, welche für die DNA-Schneidstudien verwendet wurden.

Die vorliegende Erfindung stellt entsprechend ein Verfahren zur Herstellung von bifunktionellen Molekülen, wiedergegeben durch Verbindungen der Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) und Derivate dieser zur Verfügung.
Bifunktionelle Moleküle der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) und pharmazeutisch annehmbare Derivate dieser sind nützlich zur Stabilisierung von DNA-Strukturen einschließlich Duplex-, Triplex- und Quadruplex-DNA. Die bifunktionellen Moleküle der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) und pharmazeutisch annehmbaren Derivate dieser sind ebenfalls nützlich zum photokatalytischen Schneiden von DNA an G-Stellen von Duplex- und AG-Zwei-Basen-Aufwölbungen enthaltender DNA, allein durch einen Cosensibilisierungsmechanismus. Die neuen Moleküle der Erfindung und pharmazeutisch annehmbaren Derivate dieser sind nützlich als DNA-gerichtetes diagnostische oder phototherapeutische Mittel. Diese Sensibilisatoren können als Diagnostikum oder zur Behandlung von Menschen oder Tieren eingesetzt werden.
Die bifunktionellen Moleküle der Erfindung werden verwendet zur Stabilisierung von DNA einschließlich Duplex-, Triplex- und Quadruplex-Strukturen mittels Interkalation, Bisinterkalation und Furchenbindung. Die bifunktionellen Moleküle der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) können ebenso zum photokatalytischen Schneiden von DNA mit Selektivität an G-Stellen von Duplex- und AG-Zwei-Basen-Aufwölbungen verwendet werden und können daher als Sonden für diese Strukturen verwendet werden. Bifunktionelle Moleküle und Derivate dieser der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b und 1c) werden als Photokatalysatoren für die Oxidation von Wasser in industriellen Anwendungen verwendet.
Die folgenden Beispiele sind zum Zwecke der Illustration dargestellt und sollen aus diesem Grunde nicht als einschränkend gegenüber dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
Beispiele 1 bis 4 zeigen typische Synthesen von Verbindungen der allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d), und die Beispiele 5 bis 11 zeigen photophysikalische und in vitro-DNA-Binde- und Schneideigenschaften von bifunktionellen Viologen-verknüpften acridinbasierenden Molekülen.
Beispiel 1
Allgemeines Verfahren zur Herstellung von Formulierungen, wiedergegeben durch die Verbindungen der Formel 1a (wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– ist). Eine Lösung von ω-(Acridin-9-yl)-α-bromalkan (1–10 mmol) und 1-Alkyl-4,4'-bipyridiniumbromid (1–10 mmol, welche wiederum in 93– 98%iger Ausbeute durch die Reaktion von 4,4'-Bipyridin mit den entsprechenden α-Bromalkanen in dem molaren Verhältnis von 3:1 erhalten wurden) wurde in dem Verhältnis von 1:1 in trockenem Acetonitril (30–50 ml) für 10 Stunden bei 20°C gerührt. Der derart erhaltene ausgefallene Feststoff wurde filtriert, mit trockenem Acetonitril und Dichlormethan gewaschen, um alle nicht umgesetzten Ausgangsmaterialien zu entfernen. Der Feststoff wurde weiter mittels Soxhlet-Extraktion mit Dichlormethan gereinigt, um eine Verbindung der Formel 1a in 70–95%iger Ausbeute zu erhalten. Diese Verbindungen wurden in einer Mischung (1:4) von Methanol und Acetonitril umkristallisiert.
Die physiochemischen Eigenschaften von 1-[(Acridin-9-yl)methyl]-1'-butyl-4,4'-bipyridiniumdibromid (Verbindung der Formel 1a, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist): Schmelzpunkt: 260–261°C; Molekulargewicht: MS (FAB): m/z 484 (M⁺Br^–); ¹H NMR (300 MHz, DMSO-d₆): δ = 0,91 (t, 3H), 1,26–1,33 (m, 2H), 1,89–1,94 (m, 2H), 4,66 (t, 2H), 7,11 (s, 2H), 7,77 (t, 2H), 7,97 (t, 2H), 8,31 (d, 2H), 8.53 (d, 2H), 8,59 (d, 2H), 8,66 (d, 2H), 9,19 (d, 2H), 9,31 (d, 2H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆) δ = 149,78–121,41, 61,05, 55,44, 33,01, 19,10, 13,66; Beschaffenheit: schwach gelbliches Pulver.
Die physiochemischen Eigenschaften von 1-[3-(Acridin-9-yl)propyl]-1'-butyl-4,4'-bipyridiniumdibromid (Verbindung der Formel 1a, wobei n = 3, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist): Schmelzpunkt: 253–254°C; Molekulargewicht: MS (FAB): m/z 433 (M⁺); ¹H NMR (300 MHz, DMSO-d₆) δ = 0,95 (t, 3H), 1,28–1,40 (m, 2H), 1,92–2,02 (m, 2H), 2,46–2,51 (m, 4H), 3,95 (t, 2H), 4,74 (t, 2H), 7,79 (t, 2H), 8,05 (t, 2H), 8,28 (d, 2H), 8,83–8,86 (m, 6H), 9,45 (d, 2H), 9,57 (d, 2H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆) δ = 149,45–124,96, 61,44, 60,73, 33,21, 33,15, 24,79, 19,27, 13,80; Beschaffenheit: hellgelbes Pulver.
Die physiochemischen Eigenschaften des 1-[11-(Acridin-9-yl)undecyl]-1'-butyl-4,4'-bipyridiniumdibromid (Verbindung der Formel 1a, wobei n = 11, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br ist): Schmelzpunkt: 248–249°C; Molekulargewicht: MS (FAB): m/z 545 (M⁺); ¹H NMR (300 MHz, DMSO-d₆): δ = 0,95 (t, 3H), 1,23–1,71 (m, 18H), 1,95–1,98 (m, 4H), 3,65 (t, 2H), 4,73 (t, 4H), 7,65 (t, 2H), 7,85 (t, 2H), 8,14 (d, 2H), 8,38 (d, 2H), 8,82 (d, 4H), 9,43 (d, 4H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆): 148,97–124,71, 61,25, 61,04, 33,07, 31,64, 31,15, 29,68, 29,26, 29,13, 28,76, 27,13, 25,79, 19,15, 13,71; Beschaffenheit: hellgelbes Pulver.
Beispiel 2
Allgemeines Verfahren zur Herstellung einer Verbindung wiedergegeben durch eine Verbindung der Formel 1b (wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m- Acr2X^– ist oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^–). Eine Lösung von ω-(Acridin-9-yl)-α-bromalkanen (2–10 mmol) und 4,4'-Bipyridin (1–5 mmol) in dem Verhältnis von 2:1 wurden in trockenem Acetonitril (50–150 ml) bei 35°C für 20 h gerührt. Der ausgefallene Feststoff wurde filtriert und mit Dichlormethan und Acetonitril gewaschen. Die Soxhlet-Extraktion des Feststoffes mit Dichlormethan lieferte eine Verbindung der Formel 1b in 65–90%iger Ausbeute.
Die physiochemischen Eigenschaften des bis-1,1'-[(Acridin-9-yl)methyl]-4,4'-bipyridiniumdibromid (1b, wobei n = 1, R = -MV²⁺-CH₂-Acr und X = Br): Schmelzpunkt: > 400°C; Molekulargewicht: MS (FAB): m/z 619 (M⁺Br^–); ¹H NMR (300 MHz, DMSO-d₆): δ = 7,09 (s, 4H), 7,77–7,95 (m, 8H), 8,21–8,55 (m, 16H), 9.05–9,16 (m, 8H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆) δ = 150,85–124,51, 58,52; Beschaffenheit: hellgelbes Pulver.
Die physiochemischen Eigenschaften des bis-1,1'-[3-(Acridin-9-yl)propyl]-4,4'-bipyridiniumdibromid (1b, wobei n = 3, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-Acr und X = Br): Schmelzpunkt: 223–224°C; Molekulargewicht: MS (FAB): m/z 596 (M⁺); ¹H NMR (300 MHz, D₂O): δ = 2,50–2,60 (m, 4H), 3,95 (t, 4H), 4,9 (t, 4H), 7,79–7,83 (m, 6H), 8,01–8,07 (m, 8H), 8,26 (d, 2H), 8,46–8,48 (m, 4H), 8,69 (d, 2H), 8,93 (d, 2H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆): δ = 150,82–121,86, 60,26, 32,36, 24,30; Beschaffenheit: hellgelbes Pulver.
Die physiochemischen Eigenschaften des bis-1,1'-[11-(Acridin-9-yl)undecyl]4,4'-bipyridiniumdibromid (1b, wobei n = 11, R = -MV²⁺-(CH₂)₁₁-Acr und X = Br): Schmelzpunkt: 152–153°C; Molekulargewicht: MS (FAB): m/z 820 (M⁺); ¹H NMR (300 MHz, DMSO-d₆): δ = 1,22–1,94 (m, 36H), 3,63 (t, 4H), 4,64 (t, 4H), 7,65 (t, 4H), 7,85 (t, 4H), 8,04 (d, 4H), 8,15 (d, 4H), 8,37 (d, 2H), 8,63 (d, 2H), 8,87 (d, 2H), 9,24 (d, 2H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆): δ = 151,36–122,30, 60,83, 31,63, 31,07, 29,69, 29,26, 29,11, 28,75, 27,13, 25,79; Beschaffenheit: hellgelbes Pulver.
Beispiel 3
Synthese der Verbindungen der Formel 1c (wobei Y = ortho- oder para-Toluyl; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– ist). Eine Lösung von 9-(2-Brommethylphenyl)acridin (1–5 mmol) und 1-Butyl-4,4'-bipyridiniumbromid (1–5 mmol) wurden im Verhältnis von 1:1 in trockenem Acetonitril (30–120 ml) bei 50°C für 15 h gerührt. Der hierdurch erhaltene ausgefallene Feststoff wurde filtriert und in trockenem Acetonitril und Dichlormethan gewaschen, um alle nicht umgesetzten Ausgangsmaterialien zu entfernen. Der Feststoff wurde weiterhin mittels Soxhlet-Extraktion mit Dichlormethan extrahiert, um die Verbindung der Formel 1c in 35–55%iger Ausbeute zu erhalten (wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃, X = Br und Acridin an der ortho-Position ist) und das Produkt wurde anschließend mittels Umkristallisation aus Ethylacetat gereinigt. In gleicher Weise ergab die Reaktion von 9-(4-Brommethylphenyl)acridin (1–5 mmol) und 1-Butyl-4,4'-bipyridiniumbromid (1–5 mmol) in dem Verhältnis von 1:1 in trockenem Acetonitril (30–120 ml) die Verbindung der Formel 1c (wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃, X = Br und Acridin in der para-Stellung ist) in 55–70%iger Ausbeute und das Produkt wurde weiterhin mittels Umkristallisation aus Ethylacetat gereinigt.
Die physiochemischen Eigenschaften des 1-[(2-(Acridin-9-yl)-1-methyl)phenyl]-1'-butyl-4,4'-bipyridiniumdibromid (1c, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃, X = Br und Acridin an der ortho-Position ist): Schmelzpunkt: 224–225°C; Molekulargewicht: MS (FAB): m/z: 561 (M⁺Br^–); ¹H NMR (300 MHz, DMSO-d₆): δ = 0,95 (t, 3H), 1,31–1,39 (m, 2H), 1,95–2,00 (m, 2H), 4,73 (t, 2H), 5,56 (s, 2H), 7,21 (d, 2H), 7,42 (t, 2H), 7,5 (d, 2H), 7,75–7,89 (m, 4H), 8,20–8,23 (m, 4H), 8,41 (d, 2H), 8,55 (d, 2H), 9,4 (d, 2H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆): δ = 149,49–124,24, 62,01, 60,64, 32,67, 18,78, 13,35; Beschaffenheit: gelbes Pulver.
Die physiochemischen Eigenschaften des 1-[(4-(Acridin-9-yl)-1-methyl)phenyl]-1'-butyl-4,4'-bipyridiniumdibromid (1c, wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃, X = Br und Acridin in der para-Position ist): Schmelzpunkt: 268–269°C; Molekulargewicht: MS (FAB): m/Z 561 (M⁺Br^–); ¹H NMR (300 MHz, DMSO-d₆): δ = 0,94 (t, 3H), 1,31–1,38 (m, 2H), 1,90–1,95 (m, 2H), 4,72 (t, 2H), 6,18 (s, 2H), 7,57–7,65 (m, 6H), 7,88–7,92 (m, 4H), 8,24 (d, 2H), 8,86 (d, 2H), 8,88 (d, 2H), 9,43 (d, 2H), 9,69 (d, 2H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆): δ = 149,23–124,22, 62,86, 60,63, 32,70, 18,76, 13,32; Beschaffenheit: gelbes Pulver.
Beispiel 4
Allgemeines Verfahren zur Herstellung einer Verbindung, wiedergegeben durch eine Verbindung der Formel 1d (wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–10; R = -Acr⁺-R¹X^–/2X^– ist, wobei N in dem Acridin-Hauptring ebenso quarternisiert durch eine Alkylgruppe ist. R1 = -(CH₂)_m-CH₃ oder -(CH₂)_m-C₆H₄-(CH₂)_m-(para), wobei m = 0 – 13: Eine Lösung des α,ω-bis(9-Acridinyl)alkans (1–5 mmol) und Alkylhalids (3–15 mmol) in dem Verhältnis von 1:3 in trockenem Acetonitril (30–150 ml) wurde für 8–24 h unter Rückfluss gekocht. Der ausgefallene Feststoff wurde filtriert und mit trockenem Acetonitril und Dichlormethan in kleinen Portionen gewaschen, um nicht umgesetzte Ausgangsmaterialien zu entfernen. Der Feststoff wurde weiter durch Umkristallisieren aus einer Mischung (1:4) von Ethylacetat und Acetonitril gereinigt, um eine Verbindung der Formel 1d in 65–95%iger Ausbeute zu erhalten.
Die physiochemischen Eigenschaften der Verbindung der Formel 1d (wobei n = 5, R = -Acr⁺-CH₃ und X = I): Schmelzpunkt: 222–223°C; Molekulargewicht: MS (FAB): m/z 561 (M⁺Br^–) ¹H NMR (300 MHz, DMSO-d₆): δ = 1,88 (m, 6H), 3,99 (t, 4H), 4,82 (s, 6H), 8,01 (t, 4H), 8,35 (t, 4H), 8,78 (d, 4H), 8,87 (d, 4H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆): δ = 164,38–20,01, 32,60, 32,22, 30,19, 29,37; Beschaffenheit: gelbes Pulver.
Die physiochemischen Eigenschaften der Verbindung der Formel 1d (wobei n = 10, R = -Acr⁺-CH₃ und X = I sind): Schmelzpunkt: 230–232°C; ¹H NMR (300 MHz, DMSO-d₆): δ = 1,26–1,74 (m, 16H), 3,97 (t, 4H), 4,82 (s, 6H), 8,03 (t, 4H), 8,43 (t, 4H), 8,77 (d, 4H), 8,9 (d, 4H); ¹³C NMR (75 MHz, DMSO-d₆): δ = 164,65–120,03, 33,75, 33,05, 29,94, 29,44, 29,32, 24,97; Beschaffenheit: gelbes Pulver.
Beispiel 5
DNA-Bindeeffizienz. Die DNA-Bindeaffinitäten der bifunktionellen Acridin-Viologen-Moleküle, wiedergegeben durch die Verbindungen der Formeln 1a und 1d wurden unter Verwendung von Kalbsthymus-DNA in Natriumchlorid-Puffer bei verschiedenen Salzkonzentrationen (2 mM und 100 mM) analysiert. Testlösungen, die verschiedene Konzentrationen von Kalbsthymus-DNA in Natriumchlorid-Puffer enthielten, wurden bei Raumtemperatur über eine Stunde inkubiert, um die Komplexierung zu vervollständigen, und wurden unter Verwendung der Absorptions- und Fluoreszenztechniken analysiert. In der Anwesenheit von DNA wurde eine starke Hypochromizität in der Absorption und ein effektives Quenchen der Fluoreszenzemissionsausbeuten der Viologen-verknüpften Acridine untersucht. Die Bindekonstanten der Viologen-verknüpften Acridine mit DNA wurden gemäß den aufgeführten Verfahren untersucht. Bezug wird genommen auf Peacocke, A. R.; Skerrett, J. N. H. Trans. Faraday Soc. 1956, 52, 261; McGhee, J. D.; von Hippel, P. H. J. Mol. Biol. 1974, 86, 469; Scatchard, G. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1949, 51, 660; Adam, W.; Cadet, J.; Dall'Acqua, F.; Epe, B.; Ramaiah, D.; Saha-Moller, C. R. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 107. Diese Moleküle zeigten eine bemerkenswerte Bindeaffinität (in der Größenordnung von 10⁶) für Kalbsthymus-DNA, und es wurde herausgefunden, dass diese eine Größenordnung geringer bei höherer Salzkonzentration (Tabelle 1) ist. Weiterhin wurden weitere Fluoreszenzlebenszeiten dieser Verbindungen in Anwesenheit und Abwesenheit von DNA untersucht. Tabelle 1
Diese Ergebnisse zeigen, dass der planare Acridinring zwischen die Basenpaare der Kalbsthymus-DNA in einer Position rechtwinklig zu der Helixachse interkalieren kann. Gleichzeitig wechselwirkt der Viologenrest elektrostatisch mit dem Phosphatrückgrat der DNA. Die starke Abhängigkeit der Bindekonstanten von der Ionenstärke des Puffermediums ist ein starkes Anzeichen dafür, dass diese Systeme mit der DNA durch Interkalation ebenso wie durch Furchenbindung wechselwirken, was auf ihren bifunktionellen Charakter hinweist.
Beispiel 6
Nachweis der spezifischen Affinität für Poly(dA).Poly(dT)-Sequenzen. Um die Bindestelle der Acridinchromophore der Viologen-verknüpften Acridine an der DNA besser zu verstehen, wurden die Absorption und Fluoreszenzeigenschaften dieser Moleküle in Anwesenheit verschiedener Polynukleotide untersucht. Die schrittweise Zugabe von Poly(dA).Poly(dT) zu gepufferten Lösungen von Viologen-verknüpften Acridinen führte zu einem schrittweisen Anstieg der Absorptionsintensität mit einem starken Abfall ihrer Fluoreszenzemissionsausbeute (1). Jedoch wurden keine signifikanten Änderungen beobachtet, wenn eine Lösung von Poly(dG).Poly(dC) hinzugegeben wurde. Diese Ergebnisse zeigen die Tatsache auf, dass die hierin untersuchten Viologen-verknüpften Acridine spezielle Affinität gegenüber A.T-Sequenzen aufweisen und daher als mögliche Sonden für die Detektion derartiger Sequenzen in der DNA angewandt werden können.
Beispiel 7
Verbesserung der thermischen Stabilität der DNA. Es ist bekannt, dass die Interkalation von kleinen Liganden in Duplex-DNA die DNA-Schmelztemperatur steigert, d. h. die Temperatur, bei der die Doppelhelix in einzelsträngige DNA denaturiert (Gasparro, F. P. Psoralen DNA photobiology, CRC Press Inc.; Boca Raton, Florida, 1988; Patel, D. J.; Cannel, L. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1976, 73, 674). Um den Einfluss der vorliegenden Systeme auf die thermische Denaturierung der DNA zu untersuchen, wurden Experimente unter Verwendung von Kalbsthymus-DNA und synthetischen Oligonukleotiden, die in der Tabelle 2 aufgelistet sind, durchgeführt. In 10 nM Phosphatpuffer Tabelle 2
stellte sich heraus, dass beide Verbindungen der Formeln 1a und 1b (wobei jeweils Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– und wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– sind) die DNA stabilisieren und das Ausmaß der Stabilisation der DNA mit der Zunahme der Konzentration der Viologen-verknüpften Acridine, wie in 2 gezeigt, ansteigt. Bei allen Konzentrationen des Liganden wurde in jedem Falle lediglich eine Übergangstemperatur beobachtet, was darauf hindeutet, dass lediglich eine Art des Bindens mit der DNA verantwortlich für dieses Verhalten ist. Es stellte sich heraus, dass das Ausmaß der Stabilisierung bei beinahe 20°C im Falle von 40 μM der Verbindung der Formel 1a ist (wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^–), wobei 20 μM der Verbindung der Formel 1b (wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– ist) eine Stabilität von nahe 18°C zeigten.
Zusätzlich zu der signifikanten thermischen Stabilität wurde eine ungewöhnlich große Hypochromizität (bei etwa 80%) beobachtet, aufgrund der Bindung dieser Moleküle mit der DNA, wie es in 3 gezeigt ist. Diese Ergebnisse zeigen die Existenz der starken n-Stapelwechselwirkungen zwischen den Ligandenmolekülen und den Basen der DNA. Dieses resultiert in einer lediglich teilweisen Trennung der DNA-Stränge während des Schmelzens, was zu einem Abfall der Absorptionsänderung führt. Die hohe Stabilisierung und signifikanten Hypochromizitäten, die durch die Strukturen der Formeln 1a und 1b zustande kommen, beweisen weiterhin deren starke Wechselwirkung mit der DNA und deren möglichen Nutzen bei der Verwendung in der Biologie zur Detektion von verschiedenen DNA-Strukturen, wie der Stabilisation von Triplex- und G-Quadruplex-Strukturen.
Beispiel 8
Nachweis als photoaktivierte DNA-Schneideagenzien. Der Schnitt der Plasmid-DNA wurde verfolgt durch die Beobachtung der Umwandlung der supercoilten (Form I) zur offenen zirkular relaxierten (Form Π) und linearen (Form III). Das Schneiden von Plasmid-DNA ist eine sehr empfindliche Technik, und, wenn kombiniert mit verschiedenen Reparatur-Endonukleasen, kann diese als eine Art Fingerabdruck für die Spezies, die für den Schaden verantwortlich sind, dienen. Die Einführung eines Einzelstrangbruches (SSB) durch eine Verbindung konvertiert Form I in Form II und die Quantifizierung dieser zeigt die Effektivität des DNA-Schnittes an. Ein DNA-Relaxations-Assay wurde verwendet, um die SSB- und Endonuklease-empfindlichen Modifikationen zu quantifizieren (Epe, B.; Helger, J.; Wild, D. Carcinogenesis 1989, 10, 2019 und Epe, B.; Mftzel, P.; Adam, W. Chem. Biol. Interactions 1988, 67, 149). Dieser Assay macht sich die Tatsache zunutze, dass Form I, wenn diese entweder durch einen Einzelstrangbruch (SSB) oder durch den Einschnitt durch eine Reparatur-Endonuklease zu Form II überführt wird, die bei der Agarosegel-Elektrophorese separat läuft.
Phosphat-gepufferte (pH 7,0), luftgesättigte Lösungen von PM2-DNA (10 μg/ml) wurden bei 0°C in Anwesenheit verschiedener Konzentrationen bifunktioneller Acridin-Viologen-Moleküle, wiedergegeben durch Verbindungen der Formeln 1a und 1b (wobei jeweils Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– und wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– sind), mit 360 nm Nah-UV-Strahlung belichtet. Daran anschließend wurde die DNA nach folgenden Typen von Modifikationen untersucht: (i) DNA-Einzelstrang und -Doppelstrangbrüche; (ii) Stellen des Basenpaarverlustes (AP-Stellen) erkannt durch Exonuklease III; (iii) Basenmodifikationen plus AP-Stellen empfindlich gegenüber der T4-Endonuklease V; (iv) Basenmodifikationen plus AP-Stellen empfindlich gegenüber der Endonuklease III und (v) Basenmodifikationen plus AP-Stellen empfindlich gegenüber der Formamidpyrimidin-DNA-Glykosylase (FPG-Protein). DNA-Schadensprofile, induziert durch die bifunktionellen Acridin-Viologen-Moleküle, sind in 4 dargestellt.
Aus den Schadensprofilen geht klar hervor, dass beide Verbindungen sehr wenige AP-Stellen und wenige Modifikationen, die empfindlich gegenüber der Endonuklease III sind, induzierten, es wurde jedoch eine große Anzahl von Basenmodifikationen, empfindlich gegenüber dem FPG-Protein, beobachtet. Es wurde weiterhin kein signifikanter DNA-Schaden weder durch Bestrahlung der PM2-DNA alleine oder in der Dunkelheit in der Anwesenheit von Viologen-verknüpften Acridinen bei deren höchster Konzentration beobachtet, was darauf hinweist, dass der beobachtete Schaden allein durch die Photoaktivierung dieser Verbindungen verursacht wird. Somit können diese Verbindungen als effiziente photoaktivierte DNA-Schneideagenzien verwendet werden.
Beispiel 9
Effizienz des DNA-Schneidens. Da der Hauptschaden, induziert durch die Acridin-Viologene durch das FPG-Protein (4) erkannt wird, haben wir den Effekt der Bestrahlungszeit und Konzentration dieser Systeme für die Bildung von FPG-empfindlichen Modifikationen und SSBs untersucht. 5 und 6 zeigen die Bestrahlungszeit-abhängige Bildung von Einzelstrangbrüchen (SSBs) und FPG-empfindlichen Modifikationen, induziert durch die jeweiligen bifunktionellen Acridin-Viologen-Derivat-Verbindungen der Formel 1a (wobei n = 1, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br und wobei n = 11, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br). Wie es aus diesen Figuren ersichtlich ist, steigt die Schadensempfindlichkeit gegenüber dem FPG-Protein in jedem Falle mit Anstieg der Bestrahlungszeit, was auf die katalytischen Eigenschaften dieser Verbindungen hinweist. Es wurde kein signifikanter Anstieg der Generierung von SSBs beobachtet, sogar nach einer Bestrahlungszeit von 30 Minuten. In gleicher Weise wurde ein Anstieg der DNA-Schädigung mit Anstieg der Konzentration, wie es in dem Einschub in 6 dargestellt ist, beobachtet.
Diese Ergebnisse zeigen klar auf, dass die bifunktionellen Acridin-Viologen-Derivate eine große Zahl von Basenmodifikationen, empfindlich gegenüber dem Reparatur-Endonuklease-FPG-Protein, mit geringer Schadenserkennung durch die Reparatur-Endonuklease III, induzieren. Es ist bekannt, dass das FPG-Protein Modifikationen wie beispielsweise 8-Oxoguanosin und Formamid-Pyrimidine, ringgeöffnete Produkte von Purinen erkennt (Boiteux, S.; Gajewski, E.; Laval, J.; Dizdarough, M. Biochemistry, 1992, 31, 106). Sowohl 8-Oxoguanosin als auch Formamidpyrimidine können in der DNA durch Hydroxyradikale gebildet werden (Epe, B.; Haring, M.; Ramaiah, D.; Stopper, H.; Abou-Elzahab, M.; Adam, W.; Saha-Moller, C. R. Carcinogenesis 1993, 14, 2271; Epe, B.; Pflaum, M.; Haring, M.; Hegler, J.; Rudiger, H. Toxicol. Lett. 1993, 67, 57), Singlet-Sauerstoff und durch Elektronentransfermechanismen (von Sonntag, C. The Chemical Basis of Radiation Biology; Taylor and Francis, London, 1987).
Die Beteiligung sowohl von Hydroxyradikalen als auch Singlet-Sauerstoff kann aufgrund der Schadensprofile, gezeigt in 4, ausgeschlossen werden, da diese von denen, induziert durch ionisierende Strahlung und dem Dinatriumsalz von 1,4-Etheno-2,3-benzlioxin-1,4-dipropiansäure verschieden sind (Aruoma, O. I.; Halliwell, B.; Dizdaroglu, M. J. Biol. Chem. 1989, 264, 13024; Muller, E.; Boiteux, S.; Cunningham, R. P.; Epe, B. Nucl. Acids Res. 1990, 18, 5969). Zusätzlich wurden DNA-Schneidestudien in der Anwesenheit verschiedener Zusatzstoffe durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Studien zeigen, dass die bifunktionellen Acridin-Viologen-Moleküle ebenfalls als Reagenzien für die Einführung von DNA-Schäden, allein durch photoinduzierten Elektronentransfer, insbesondere für die Modifikation (Oxidation) von Guaninbasen in der DNA verwendet werden können.
Beispiel 10
Nachweis des Schnittes an Guanin (G), bevorzugter Schnitt von 5'-G von GG-Sequenzen und G von AG-Aufwölbungen. Um die Selektivität der Schnitte zu untersuchen und ebenso herauszufinden, ob es irgendeine bevorzugte Reaktion der Viologen-verknüpften Acridine gegenüber Basenaufwölbungen gibt, haben wir die Schneidereaktionen unter Verwendung weniger mit Labeln versehener synthetischer Oleonukleotide (Tabelle 3) mittels Polyacrylamidgel-Elektrophorese (PAGE) untersucht. Tabelle 3
Die Oligonukleotide DNA(3), DNA(5) (CC-Aufwölbung) und DNA(6) (AG-Aufwölbungen) wurden an 5'-OH unter Verwendung von [γ-³²P]ATP und bakterieller T4-Polynukleotid-Kinase gemäß dem Standardverfahren radiomarkiert (Sambrook, J.; Fritsch, E. F.; Maniatis, T. Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1989) und mit der DNA(4) hybridisiert, inkubiert mit verschiedenen Konzentrationen der Viologen-verknüpften Acridine und in Mikrozentrifugenröhrchen in einem Rayonet-Photoreaktor (RPR), welcher acht 350 nm-Lampen enthält, gemäß den aufgeführten Vorschriften bei verschiedenen Konzentrationen inkubiert (Ramaiah, D.: Kan, Y.; Koch, T.; Qrum, H.; Schuster, G. B. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998, 95, 12902; Ramaiah, D.; Koch, T.; Qrum, H.; Schuster, G. B. Nucl. Acids Res. 1998, 26, 3940). Nach der Bestrahlung wurden die Proben mit Puffer gefällt, zweimal mit kaltem 70%igem wässrigen Ethanol gewaschen, für 30 Minuten bei 90°C mit heißem Piperidin behandelt, im Vakuum lyophilisiert und mittels PAGE analysiert. Maxam-Gilben A/G, T und C-spezifische Reaktionen wurden mittels Routine-Protokollen durchgeführt (Maxam, A. M.; Gilbert, W. Methods in Ertzymol. 1980, 65, 499; Ramaiah, D.: Kan, Y.; Koch, T.; Qrum, H.; Schuster, G. B. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998, 95, 12902).
Die Selektivität des Schneidemusters der 5'-markieren DNA(3), DNA(5) und DNA(6), verursacht durch bifunktionelle Acridin-Viologen-Derivate von Verbindungen der Formel 1a und 1b (wobei jeweils Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– und wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– ist) ist in 7 dargestellt. Es stellte sich heraus, dass beide dieser Verbindungen DNA(3) schneiden an GG-Stellen mit signifikanter Präferenz für 5'-G gegenüber der 3'-G (Spuren 2 und 3 der 7). Eine kleine Anzahl von Schnitten wurde ebenfalls an den G-Stellen beobachtet. Ähnliche Beobachtungen wurden mit DNA(5) (CC-Aufwölbung) an beiden der Verbindungen der Formeln 1a und 1b (Spuren 4 und 5 von 7) gemacht. Es wurde praktisch kein Schnitt an der CC-Aufwölbungsstelle beobachtet. Bestrahlung der DNA(6) (AG-Aufwölbung) in Anwesenheit von Verbindungen der Formeln 1a und 1b (wobei jeweils Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– und wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– sind) bewirkte einen bemerkenswert selektiven Schnitt an G der AG-Aufwölbung (Spuren 6 und 7 von 7). Es stellte sich heraus, dass eine Verbindung gemäß der Formel 1a (wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– ist) effizienter beim Schneiden der Duplex-DNA-Strukturen und ebenso an Duplexenthaltenden Basenaufwölbungen ist. Diese Ergebnisse zeigen, dass diese Moleküle zum photoaktivierten selektiven Schneiden von 5'-G der GG-Stellen und G der AG-Zwei-Basen-Aufwölbungen in der DNA und ebenso für deren Erkennung verwendet werden können.
Beispiel 11
Veranschaulichung der katalytischen Aktivität. Da die untersuchten Systeme hohe DNA-Assoziations-Konstanten aufweisen und es sich herausstellte, dass diese effizient an G-Stellen von Duplex-DNA und Basenaufwölbungen infolge von Bestrahlung schneiden, zeigten wir ferner deren katalytische Eigenschaften, welche ein großes Potenzial in biologischen und industriellen Anwendungen haben. Direkte Laseranregung des Viologenverknüpften Acridins gemäß Formeln 1a, 1b und 1c (wobei jeweils Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^–; wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr2X^–; und wobei Y = ortho- oder para-Toluyl; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– sind in Wasser oder Puffer zeigten keine Absorptionen, die dem transienten Intermediat zugeordnet werden konnten. Jedoch, wenn die Laserexitation des Viologen-verknüpften Acridins gemäß der Formel 1a (wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11 ist; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– ist) in Wasser oder Puffer in der Anwesenheit externer Elektronendonoren, wie beispielsweise N,N-Dimethylanilin (10 mM) oder Guanosin (1,8 mM), durchgeführt wurden, wurde eine transiente Spezie mit Absorptionsmaxima bei 395 und 610 nm beobachtet. Die Spektraleigenschaften dieser transienten Spezies waren denen des Methylviologen-Radikalkations (MV^-+) ähnlich, von dem in der Literatur berichtet wird (Watanabe, T.; Honda, K. J. Phys. Chem. 1982, 86, 3661; Kelly, L. A.; Rodgers, M. A. J. J. Phys. Chem. 1994, 98, 6377). In gleicher Weise ergab die Laserexitation von Viologen-verknüpften Acridinen der Formel 1a (wobei Y = -(CH₂)_n, wobei n = 1–11; R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^– oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃2X^–) in der Anwesenheit von DNA in Wasser oder Puffer eine transiente Spezies, die dem reduzierten Methylviologen (8) zugeordnet werden kann.
Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass das angeregte Acridin-Chromophor ein Elektron auf den Viologenrest überträgt, was zur Bildung eines Radikalkations des Acridins und zur Bildung eines reduzierten Methylviologens führt. Das einmal gebildete Radikalkation des Acridins oxidiert den Elektronendonor, der in dem Medium vorhanden ist (die Bildung des Methylviologenradikalkations (MV^-+) wird durch externe liefernde Elektronendonoren gefördert) und bildet sich zu einem Acridin für die Reabsorption von Photonen zurück. Das reduzierte Methylviologen kann wiederum ein Elektron auf den molekularen Sauerstoff übertragen und sich daraufhin zu einem Methylviologen zurückbilden und ein Superoxidradikalanion generieren. Aus diesem Grunde können diese bifunktionellen Moleküle und Derivate als katalytische photoaktivierte DNA-Schneideagenzien in der Anwesenheit von liefernden Elektronendonoren und als Katalysatoren für die Oxidation von Wasser unter entsprechenden Bedingungen fungieren, um Wasserstoff in industriellen Anwendungen zu erzeugen
Die bifunktionellen Moleküle der vorliegenden Erfindung besitzen exzellente Eigenschaften als Photosensibilisatoren für phototherapeutische ebenso wie auch katalytisch photoaktiviertes Schneiden von DNA und industrielle Anwendungen. Die Hauptvorteile der vorliegenden Systeme umfassen:

1. Verbindungen wiedergegeben durch die Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d) sind echte Einzelverbindungen.
2. Ihre Synthesemethodik ist sehr wirtschaftlich.
3. Sie sind sehr stabil, hochlöslich in wässrigem Medium und liegen in der neutralen Form unter physiologischen Bedingungen vor.
4. Diese Verbindungen zeigen gute Absorptionseigenschaften und sind im Dunkeln und unter Strahlungsbedingungen sehr stabil.
5. Sie zeigen ein effektives Donor-Akzeptor-System und ihre Redox-Eigenschaften können als Funktion des pH-Werts und der Spacergruppe eingestellt werden.
6. Sie bilden eine neue Verbindungsklasse mit hoher Affinität gegenüber DNA und interagierenr Interkalation, Bisinterkalation und Furchenbinung.
7. Diese Systeme stabilisieren verschiedene DNA-Strukturen einschließlich Duplex-DNA, Basenaufwölbungen, Triplex- und Quadruplex-DNA-Strukturen.
8. Diese Systeme können sehr einfach kovalent an Oligonukleotide zur Stabilisierung von Triplex-DNA und ebenso zum selektiven Photoschneiden von DNA verknüpft werden.
9. Diese Systeme besitzen eine besondere Affinität gegenüber A.T-Sequenzen und können daher als Sonden zur Detektion derartiger DNA-Sequenzen wirkungsvoll verwendet werden.
10. Sie bilden eine neue Verbindungsklasse, die DNA auf katalytischem Wege unter Strahlungsbedingungen schneidet und fungieren als katalytische photoaktivierte DNA-Schneideagenzien.
11. Sie schneiden DNA allein mittels photoinduzierter Photoelektronentransfermechanismus selektiv an Guanin-Stellen und mit exzellenter Selektivität gegenüber 5'-G der GG-Sequenz in der DNA.
12. Sie schneiden Duplex-DNA enthaltend AG-Basenaufwölbungen selektiv an G-Stellen und wirken daher als Sonden für die Detektion von AG-Basenaufwölbungen enthaltenden DNA-Sequenzen.
13. Diese Systeme bilden eine neue Klasse von Photosensibilisatoren, welche aufgrund von Bestrahlung in der Anwesenheit externer Donoren zu einer effektiven Ladungstrennung führen und daher können diese Systeme und deren Derivate als Photokatalysatoren in industriellen Anwendungen einschließlich in der photoinduzierten Bildung von Wasserstoff aus Wasser wirken.

Claims

Eine Verbindung der nachstehenden allgemeinen Formel 1 (1a, 1b, 1c und 1d)
1a wobei Y = -(CH₂)_n- wobei n = 1–11 R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ, oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ wobei m = 1–13 1b wobei Y = -(CH₂)_n- wobei n = 1–11 R = -MV²⁺-(CH₂)_m-Acr 2X^θ oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-Acr 2X^θ wobei m = 1–11 1c wobei Y = ortho oder para Tolyl R = -MV²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ oder -Pyr²⁺-(CH₂)_m-CH₃ 2X^θ wobei m = 1–13 1d wobei Y = -(CH₂)_n- wobei n = 1–10 R = -Acr⁺-R¹ X^θ/2X^θ wobei N in dem Acridinhauptring ebenfalls durch eine Alkylgruppe quarternisiert ist R¹ = -(CH₂)_m-CH₃ oder -(CH₂)_m-C₆H₄-(CH₂)_m-(para), wobei m = 0–13
Formel 1 oder ein pharmazeutisch annehmbares Derivat davon ist.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = -CH₂-, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = -(CH₂)₃-, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = -(CH₂)₁₁-, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = -CH₂-, R = -MV²⁺-CH₂-Acr und X = Br.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = -(CH₂)₃-, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-Acr und X = Br.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = -(CH₂)₁₁-, R = -MV²⁺-(CH₂)₁₁-Acr und X = Br.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = ortho Tolyl, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = para Tolyl, R = -MV²⁺-(CH₂)₃-CH₃ und X = Br.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = -(CH₂)₅-, R = Acr⁺-CH₃ und X = I.
Eine Verbindung nach Anspruch 1, wo Y = -(CH₂)₁₀-, R = Acr⁺-CH₃ und X = I.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Anspruch 1, umfassend die Herstellung einer Lösung von ω-(Acridin-9-yl)-α-bromalkan und 1-(alkyl)-4,4'-Bipyridiniumbromid in trockenem Acetonitril in einem Verhältnis von 1: 1, Rühren der oben genannten Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 20–50°C für eine Zeitdauer im Bereich von 8–24 h, um einen Niederschlag zu erhalten, Filtrieren und Waschen des Niederschlags mit trockenem Acetonitril und Dichlormethan, um jegliche nicht umgesetzten Ausgangsstoffe zu entfernen, oder Herstellen einer Lösung von ω-(Acridin-9-yl)-α-bromalkan und 4,4'-Bipyridin in trockenem Acetonitril in einem Verhältnis von 2:1 in trockenem Acetonitril, Rühren der oben genannten Lösung bei einer Temperatur von 35°C über 20 h, um einen Niederschlag zu erhalten, Filtrieren und Waschen des Niederschlags mit Dichlormethan und Acetonitril, um jegliche nicht umgesetzten Ausgangsstoffe zu entfernen; oder Herstellen einer Lösung von 9-(2-oder 4-Brommethyl-phenyl)acridin und 1-(butyl)-4,4'-Bipyridiniumbromid in trockenem Acetonitril in einem Verhältnis von 1:1, Rühren der oben genannten Lösung bei einer Temperatur von 50°C für 15 h, um einen Niederschlag zu erhalten, Filtrieren und Waschen des Niederschlags mit trockenem Acetonitril und Dichlormethan, um jegliche nicht umgesetzten Ausgangsstoffe zu entfernen, oder Herstellen einer Lösung aus α,ω-bis(9-Acridinyl)alkan und eines Alkylhalogenids in trockenem Acetonitril im Verhältnis von 1:3 und Kochen unter Rückfluss für 8–24 h, um einen Niederschlag zu erhalten, Filtrieren und Waschen des Niederschlags mit trockenem Acetonitril und Dichlormethan, um jegliche ungewünschten Ausgangsstoffe zu entfernen; und Reinigen des hierdurch erhaltenen Feststoffs um eine Verbindung der Formel 1 (1a, 1b, 1c, 1d) zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Verbindung nach Formel 1 aus Ethylacetat, Methanol, trockenem Acetonitril, Dichlormethan oder jeder Mischung von diesen umkristallisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Verbindung nach Formel 1 aus einer Mischung von Methanol und Acetonitril in einem Verhältnis von 1:4 umkristallisiert wird.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Verwendung bei der Behandlung oder medizinischen Diagnostik.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Verwendung als DNA-gerichtetes diagnostisches oder phototherapeutisches Mittel.
Verwendung der Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung eines DNA-gerichteten diagnostischen oder phototherapeutischen Mittels.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum photokatalytischen Schneiden von Duplex DNA an G-Stellen und von DNA, die AG-Zweibasenaufwölbungen enthält, allein mittels Cosensitizationsmechanismen.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, zur Stabilisierung von DNA, einschließlich Duplex-, Triplex- und Quadruplex-Strukturen, durch Interkalierung, Doppelinterkalierung und Bindung an die Furche.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für das fotokatalytische Schneiden von Duplex-DNA, mit Selektivität an G-Stellen und AG-Zweibasenaufwölbungen, sowie als Sonde dieser Strukturen.
Verbindung der allgemeinen Formel 1a, 1b oder 1c nach einem der Ansprüche 1 bis 11, zur Verwendung als Photokatalysator für die Oxidation von Wasser, um Wasserstoff herzustellen.