EP4460688A1 - Verfahren für die strukturaufklärung - Google Patents

Verfahren für die strukturaufklärung

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EP4460688A1
EP4460688A1 EP22737554.0A EP22737554A EP4460688A1 EP 4460688 A1 EP4460688 A1 EP 4460688A1 EP 22737554 A EP22737554 A EP 22737554A EP 4460688 A1 EP4460688 A1 EP 4460688A1
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EP
European Patent Office
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chiral
mol
cuvette
molecules
molecular mass
Prior art date
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Pending
Application number
EP22737554.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan NEUBRECH
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP4460688A1 publication Critical patent/EP4460688A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/19—Dichroism

Definitions

  • the invention relates to a method for structural elucidation and the investigation of molecular target structures or interactions of chiral molecules with a molecular mass >500 g/mol and chiral macromolecules with a molecular mass >2000 g/mol.
  • Circular dichroism is a special property of chiral molecules. Chiral molecules exist in two mirror-image forms that cannot be superimposed, much like the left and right human hands. These two mirror-image forms are called enantiomers.
  • Circular dichroism enables the structure of chiral molecules to be elucidated by means of CD spectroscopy: the absorption difference for light of different wavelengths is measured with commercially available CD spectrometers and the desired CD spectrum is obtained.
  • CD bands can be positive or negative and only occur in one wavelength range for which also
  • Circular dichroism is usually measured on isotropic media.
  • Isotropic media are solvents that are direction-independent, i.e. have no particular orientation, e.g. aqueous solutions.
  • One method of examining aligned - i.e. oriented - molecules with CD measurements is the alignment of the molecules using electric fields.
  • Another method of orientation is the approach of pumping a DNA solution through a multi-capillary cell in the direction of the light beam used to measure the samples [see reference: Chung S-Y. and Holzwarth G., 1975 Circular dichroism of flow-oriented nucleic acids. I. Experimental results, J. Mol. Biol. 92, 449].
  • a liquid crystal is a substance that is liquid on the one hand, but also has direction-dependent, i.e. anisotropic, physical properties like a crystal on the other.
  • liquid crystal one usually means thermotropic liquid crystals. These occur when certain substances are heated, usually when they melt, as an intermediate phase between the solid and liquid phase.
  • the nematic phase of achiral liquid crystalline compounds is the simplest type of liquid crystalline phases.
  • the rod-shaped molecules have a preferred orientation. [see literature: https://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BCssigkristall]
  • Circular dichroism measurements on steroids and aminoanthraquinones in a liquid crystal matrix are known. Previously, these molecules were in an anisotropic
  • Liquid crystal matrix dissolved and partially aligned through the matrix.
  • the liquid crystal matrix was mostly ZLI 1695, a mixture from Merck, Darmstadt.
  • Cuvettes with L or T cells are used for UV and CD measurements on anisotropic samples.
  • the light propagates parallel in the longitudinal direction to the optical axis (axis of symmetry of a rotationally symmetrical optical system), in the case of the T cell, the direction of propagation is perpendicular to the optical axis.
  • ⁇ A ⁇ A is the measured ⁇ value of the anisotropic phases
  • an e2 can also be measured with the L cell.
  • the housings of the T-cells have electrodes with thicknesses of 0.1 mm, 0.5 mm and 3 mm. Only AC voltage of 300 Hz is used to orient the anisotropic samples in order to prevent the fluctuations that often occur when using DC voltage. A voltage of 5 kV with an electrode spacing of 4 mm results in a field strength of 1.25 x 10 6 V/m.
  • the isotropic sample is filled with a syringe into the T-cell, which has been preheated to 80 °C.
  • the spectra After the spectra have been recorded in the isotropic state, they are cooled down to the measurement temperatures. Before these are reached, the voltage is applied.
  • the UV Spectra with a polarizer setting of 0°. 90°, 180° and 270° recorded. 0° and 180°, as well as 90° and 270” measurements are averaged and provide the absorption coefficients ⁇ 1 and s2. Then the sample is heated to 80 °C and the spectra of the isotropic samples are measured again.
  • Baselines i.e. measurements with pure solvent, are recorded for the measurements, which are subtracted from the corresponding spectra of the solutions during evaluation after adjustment in the optically empty area.
  • the L cell is used for ACD measurements. Their structure is described in literature: [J. Altschuh et al, J. Phys. E: Be, instrument.
  • the L cell is also filled with isotropic solution.
  • Solution is dripped onto the lower plate of the opened cell between a layer thickness spacer until the solution surface curves convexly over the edge of the layer thickness spacer.
  • put 2 - 3 drops of solution in the middle of the top plate When screwing together, care must be taken that the solutions on the two plates do not touch, so that the phase is not twisted.
  • This careful filling technique, together with the design of the cell is intended to prevent small plots of the sample from experiencing an orientation that is not parallel to the optical axis.
  • the molecular arrangement in anisotropic systems is described by orientation distribution functions.
  • Liquid crystals in the nematic state serve as anisotropic solvents.
  • Nematic phases are generally aligned rotationally symmetrically around the optical axis.
  • a tensor is a linear mapping with characteristic transformation behavior.
  • Fig. 5 Tensor coordinates of compound R-3. (1,4-bis-(1-R-phenylethylamino)-9,1O-antraquinone) in a 1st wavelength range, and
  • Fig. 1 shows the measured CD spectrum in the isotropic phase at 80 °C and the ACD spectrum at 38 °C.
  • the ACD spectrum has a small positive front band but is otherwise negative.
  • the CD spectrum of the isotropic phase is completely negative.
  • the tensor coordinates calculated from this are shown in Fig. 2. As can be seen, the sum of the tensor coordinates ⁇ 11 + ⁇ 22 is negative, while the tensor coordinate ⁇ 33 is positive.
  • Fig. 3, 4 In the second example, the nn* transition and the nn* transition with bands I and II of compound 11_ (6 ⁇ — bromocholest-4-en-3-one) are examined (Fig. 3 and 4) .
  • the CD spectrum is positive in the nn* transition, negative in band I and positive again in band II.
  • the tensor coordinates are not bisignoid in the nn* domain.
  • ⁇ 11 + ⁇ 22 changes sign in the nn* range compared to the nn* band.
  • the ⁇ 33 curve has no pronounced structure in band II. Their maximum coincides with the ⁇ 11 + ⁇ 22 tensor coordinate, while the maxima of the other tensor coordinates lie at lower wavenumbers. The reason for this is that the sum of the contributions of the magnetic transition moment leads to negative values in band I and positive values in band II and because of the superposition the bands are pushed into each other.
  • Fig. 5, 6 In the third example, tensor coordinates of R-_3 (1,4-bis-(1-R-phenylethylamino)-9,10-anthraquinone) are shown in two different wavelength ranges.
  • Fig. 5 gives the tensor coordinates for the CT region, which is completely polarized in the x 3 direction after spectral decomposition.
  • the sum ⁇ 11 + ⁇ 22 indicates the magnetic dipole component and the difference ⁇ 11 - ⁇ 22 indicates the electric quadrupole component.
  • the tensor coordinates of the entire measurement range of the nn* transitions are shown in Fig. 6.
  • the tensor coordinates are significantly larger than the respective ⁇ , which was measured in the isotropic phase.
  • High-resolution X-ray structural analyzes or NMR spectroscopy are used for detailed structural analysis of biological macromolecules (such as peptides, proteins and nucleic acids).
  • biological macromolecules such as peptides, proteins and nucleic acids.
  • these analysis methods are very time-consuming and labor-intensive and sometimes difficult to demonstrate experimentally.
  • large amounts of sample are required [see literature: http://www.chemgapedia.de/vsengine/ylu/vsc/de/ch/8/bc/ylu/prot eindynamik/circular dichroism .ylu/Page/vsc/de/ch/8/bc/protein dynamik/cd .vscml,html]
  • the object of the invention is to expand the possible uses of CD spectroscopy for determining the structure of chiral molecules and to enable the investigation of molecular target structures or interactions of these molecules.
  • the invention provides a method for structural elucidation and the investigation of molecular target structures or interactions of larger chiral molecules with a molecular mass >500 g/mol and chiral macromolecules with a molecular mass >2000 g/mol.
  • the method is based on the spatial alignment of the dissolved larger chiral molecules with a molecular mass > 500 g/mol and the chiral macromolecules with a molecular mass > 2,000 g/mol in nematic liquid crystals using an electric field and the determination of partial spectra for the 3 spatial directions.
  • the decomposition of the spectra into partial spectra for the 3 spatial directions according to the invention provides information that is very valuable for molecules with a molecular mass >500 g/mol and especially for macromolecules.
  • the method according to the invention provides new information about the structure of the molecules examined more quickly and easily. This method can also be used to identify interactions between different molecules. For example, the use of anisotropic CD measurements as a new tool in analytical chemistry can contribute to the identification of active substances in pharmaceutical research.
  • CD spectrometers are equipped with xenon lamps that emit light from the near infrared range to the ultraviolet range.
  • the sample compartment should be large enough to accommodate the special cuvette for ACD measurements and its holder.
  • Suitable polarization filters or polarizers are necessary to generate linearly polarized light in the beam path of the optical spectrometer. With linearly polarized light, the light waves oscillate in a defined direction.
  • the absorption coefficients ⁇ 1 and ⁇ 2 are measured in anisotropic solutions with light polarized perpendicularly or parallel to the optical axis. For example, using a T cell.
  • Nematic liquid-crystal mixtures are suitable as anisotropic solvents. This
  • Liquid-crystal mixtures must be achiral and should be optically empty in the spectral range in which the bands of the dissolved molecules are measured, ie they should have no absorption far into the UV range of about 190 nm. In addition, they must be in the nematic phase in the temperature range intended for the ACD measurements.
  • the clearing point i.e. the temperature at which the solution becomes isotropic
  • the temperature at which the solution becomes isotropic should not be too high above 60°C, since the solution of the substances to be examined is best prepared and filled into the cuvettes above the clearing point should. If the clearing point were too high, the molecules to be examined could possibly change their structure/decompose.
  • Electrodes made of metal are used in the cuvette in the optical spectrometer, the thickness of which determines the layer thickness.
  • coated quartz windows coated for example with a tin dioxide film, act as electrodes.
  • the nematic phases should preferably be aligned with AC voltage. In the case of DC voltage, fluctuations can occur.
  • the field strength greater than 10 6 V/m not only has to suffice for the orientation of the phases, but also to prevent disturbances, eg through the effects of suprastructural chirality of thin layers.
  • the polarization filter and the cuvette must be kept in the sample chamber of the optical spectrometer during the measurement. Accordingly, there must also be a holder in the sample chamber of the CD spectrometer for its cuvette, which not only allows temperature-dependent measurements, but also measurements with different angles of rotation of the cuvette around the direction of propagation of the light beam.
  • the molecules to be examined must be soluble in the nematic liquid crystal mixture and be stable in the temperature range of the measurements.
  • the measurement data from the optical and the CD spectrometer are calculated using suitable computer programs. It should also be possible to print out measured and calculated spectra. Comparison possibilities for spectra of similar compounds are also advantageous.
  • the thickness of the electrodes used in the cuvettes determines the layer thickness of the solutions to be examined according to the Lambert-Beer law, because the electrodes act as spacers between the two glass plates of a cuvette.
  • the extinction can be optimized through the layer thickness.
  • the isotropic phase of the liquid crystal changes to the nematic phase.
  • the electric field must be applied.
  • the measurements are registered with the polarizer settings of 0°, 90°, 180° and 270°.
  • Absorption measurements with light polarized perpendicular to the optical axis yield the absorption coefficient ⁇ 1 , with the plane of polarization parallel to the optical axis the absorption coefficient ⁇ 2 .
  • a CD measurement of the isotropic phase before and after the field measurements is recommended, as is the case with the measurements in the optical spectrometer.
  • This cuvette is also allowed to cool down to the measurement temperature of the ACD measurements after the 1st measurement of the isotropic phase.
  • the electric field has to be switched on before starting the ACD measurements with field strengths of 4 x 10 6 V/m so that the nematic phase can align itself and possible disturbances such as effects of suprastructural chirality can be resolved.
  • ACD measurements at different angular positions of the L cell may be necessary to average out residual components of linear effects.
  • Larger chiral molecules can also be sufficiently oriented (aligned) in isotropic solutions, in particular aqueous or organic solutions, by means of an electric field, so that liquid crystals can be dispensed with as solvents.
  • the measurements and the evaluations of the spectra then take place in accordance with the procedure described for the nematic phases.
  • Nematic phases aligned by an electric field should be uniaxial, i.e. rotationally symmetric. Then order parameters describe the orientation of the dissolved molecules in the liquid crystalline host phase.
  • the Order parameters S are approximately equal to the degree of anisotropy R.
  • the degree of anisotropy R is calculated according to Equation 8 from the absorption coefficients ⁇ 1 and ⁇ 2 .
  • the tensor coordinates figuratively speaking, the partial spectra from the 3 spatial directions, are the
  • the CD spectrum of a substance can be calculated as a linear combination of the basic spectra of the
  • Chromophore units are understood to be in specific conformations. Reference spectra of substances whose structure is known from high-resolution analyzes can be used to evaluate the measured spectra
  • the chromophores of a substance can interact with each other or with other atomic groups of the same substance or another substance that is present in the solution. These interactions can affect, for example, the occurrence, the relative position, the intensity or the splitting of CD bands.
  • CD spectra can be found in Internet databases. There are programs on the Internet for isotropic spectra that support the evaluation of the spectra.
  • 2,000 g/mol into the cuvette is divided into the following steps: a) Absorption measurements of the dissolved molecules in liquid-crystalline phases that are aligned by an electric field, and from this estimation of order parameters. b) Measurement of the circular dichroism of dissolved molecules in liquid crystalline phases aligned by an electric field.
  • Steps a) and b) also apply if the
  • the determined spectra are compared with reference spectra that are already known or with spectra whose structure is known from high-resolution structural analyses.
  • the new method can be used analytically for:

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Strukturaufklärung und die Untersuchung von molekularen Zielstrukturen bzw. Wechselwirkungen von chiralen Molekülen mit einer Molekülmasse > 500 g/mol und chiralen Makromolekülen mit einer Molekülmasse > 2.000 g/mol.

Description

Verfahren für die Strukturaufklärung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Strukturaufklärung und die Untersuchung von molekularen Zielstrukturen bzw. Wechselwirkungen von chiralen Molekülen mit einer Molekülmasse > 500 g/mol und chiralen Makromolekülen mit einer Molekülmasse > 2.000 g/mol.
III. Definitionen
III.1. Allgemeines
Circulardichroismus (CD) ist eine besondere Eigenschaft chiraler Moleküle. Chirale Moleküle existieren in zwei spiegelbildlichen Formen, die nicht zur Deckung zu bringen sind, ähnlich wie die linke und die rechte menschliche Hand. Diese beiden spiegelbildlichen Formen bezeichnet man als Enantiomere .
Da sich die beiden spiegelbildlichen Moleküle nur in ihrer räumlichen Anordnung unterscheiden, sind viele ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften identisch. Eine Ausnahme, die gleichzeitig auch als Nachweis dient, ist: Enantiomere Moleküle zeigen ein unterschiedliches Absorptionsverhalten in Abhängigkeit von der circularen Polarisation des Lichtes. Die Absorption von rechtscircular polarisiertem Licht und linkscircular polarisiertem Licht ist also nicht identisch.
Circulardichroismus ermöglicht die Strukturaufklärung chiraler Moleküle mittels CD-Spektroskopie: Mit handelsüblichen CD- Spektrometern wird die Absorptionsdifferenz für Licht unterschiedlicher Wellenlängen gemessen und das gewünschte CD- Spektrum erhalten.
CD-Banden können positiv oder negativ sein und treten nur in einem Wellenlängenbereich auf, für den auch
„normale" Absorptionsbanden existieren. Der CD ist nach dem Lambert-Beer 'sehen Gesetz definiert als:
DE (l) = [ε(1) - e (r)] x d x c = Δεx d x c (1) wobei E die Extinktion in Abhängigkeit von der Wellenlänge l ist, e der molare Extinktionskoeffi-zient in L mol-1 cm-1 mit e(1) für linkscircular polarisiertes Licht und e(r) für rechtscircular polarisiertes Licht, d ist die optische Weglänge in cm und c die Konzentration in mol/L. Extinktion ist in der Optik die Schwächung von elektromagnetischer Strahlung beim Durchgang durch ein Medium aufgrund von Absorption und Streuung, wobei die Streuung in verdünnten Lösungen vernachlässigt werden kann. III.2. Ältere Messungen an anisotropen Phasen
Circulardichroismus wird in der Regel an isotropen Medien gemessen. Isotrope Medien sind Lösungsmittel, die richtungsunabhängig sind, also keine besondere Ausrichtung haben, z.B. wässrige Lösungen.
Betrachtet man chirale Moleküle aus unterschiedlichen Richtungen in Bezug auf das Molekülgerüst, erhält man verschiedene Informationen über das Verhältnis zwischen Chiralität und Molekülstruktur sowie das spektroskopische Verhalten der Moleküle. Um diese Informationen experimentell zu bestimmen, kann die optische Aktivität eines Systems von ausgerichteten Molekülen gemessen werden.
Eine Methode, ausgerichtete - also orientierte - Moleküle mit CD-Messungen zu untersuchen, ist die Ausrichtung der Moleküle durch elektrische Felder.
[siehe Literatur: Tinoco I Jr, 1976 Circular dichroism and optical rotation in an electric field in: Molecular Electro- Optics, Part I ed. C T O'Konski (New York: Dekker) pp 367]
Eine andere Methode der Orientierung ist der Ansatz, eine DNA- Lösung durch eine Multi-Capillarzelle in Richtung des Lichtstrahls, mit dem die Proben gemessen werden, zu pumpen, [siehe Literatur: Chung S-Y. and Holzwarth G., 1975 Circular dichroism of flow-oriented nucleic acids. I. Experimental results, J. Mol. Biol. 92, 449].
Außerdem sind Messungen von Peptiden in orientierten Lipidschichten mit der so genannten orientierten CD- Spektropolarimetrie, die Informationen über die räumliche Anordnung lieferte, in der Literatur beschrieben.
[siehe Literatur: L. Yang, T. A. Harroun, T. M. Weiss, L.
Ding, H. W. Huang, Biophys. J. 81 (2001), 1475]
III.3._ Messungen in anisotropen flüssigkristallinen Phasen
III.3.1. Flüssigkristalle
Als Flüssigkristall bezeichnet man eine Substanz, die einerseits flüssig ist, andererseits aber auch richtungsabhängige, also anisotrope, physikalische Eigenschaften aufweist wie ein Kristall. Üblicherweise meint man mit Flüssigkristall thermotrope Flüssigkristalle. Diese treten beim Erwärmen von bestimmten Substanzen, meist beim Schmelzen, als Zwischenphase zwischen der festen und der flüssigen Phase auf. Die nematische Phase achiraler flüssigkristalliner Verbindungen ist der einfachste Typ flüssigkristalliner Phasen. Die stäbchenförmigen Moleküle weisen eine Vorzugsorientierung auf. [siehe Literatur: https://de.wikipedia.org/wiki/Fl%C3%BCssigkristall]
III.3.2. Die Messmethoden
111.3.2.1. Grundlagen der Messmethoden
Bekannt sind Circulardichroismus-Messungen an Steroiden und Aminoanthrachinonen in einer Flüssigkristallmatrix. Vorher wurden diese Moleküle in einer anisotropen
Flüssigkristallmatrix gelöst und durch die Matrix teilweise ausgerichtet. Die Flüssigkristallmatrix war meist ZLI 1695, eine Mischung der Firma Merck, Darmstadt.
[siehe Literatur: Circular Dichroism - Principles and Applications, 2. Edition, Chapter 5, by H.-G. Kuball, TU Kaiserslautern, WILEY-VCH 2000]
Für UV- und CD-Messungen an anisotropen Proben werden Küvetten mit L- oder T-Zelle eingesetzt. Im Fall der L-Zelle breitet sich das Licht parallel in Längsrichtung zur optischen Achse (Symmetrieachse eines rotationssymmetrischen optischen Systems) aus, im Fall der T-Zelle ist die Ausbreitungsrichtung senkrecht zur optischen Achse. Außer ΔεA (ΔεA ist der gemessene Δε-Wert der anisotropen Phasen) bei CD-Messungen kann mit der L-Zelle auch ein e2 gemessen werden.
[siehe Literatur: S. Neubrech, Dissertation 1991, TU Kaiserslautern]
111.3.2.2. Messungen mit der T-Zelle
[siehe Literatur: S. Neubrech, Dissertation 1991, TU Kaiserslautern]
Mit T-Zellen werden ausschließlich Absorptionsspektren gemessen. Dazu benutzt man einmal parallel und einmal senkrecht zur optischen Achse linear polarisiertes Licht. Zur Polarisation sind Glan-Thompson-Polarisatoren in einen Probenraum des Messgerätes eingesetzt.
Die Gehäuse der T-Zellen weisen Elektroden mit Dicken von 0,1 mm, 0,5 mm und 3 mm auf. Zur Orientierung der anisotropen Proben dient ausschließlich Wechselspannung von 300 Hz, um die bei Verwendung von Gleichspannung häufig auftretenden Fluktuationen zu verhindern. Eine Spannung von 5 kV bei einem Elektrodenabstand von 4 mm ergibt eine Feldstärke von 1,25 x 106 V/m.
Nach dem Lösen der jeweiligen Substanz in der nematischen Phase bei 80 °C wird die isotrope Probe mit einer Spritze in die auf 80 °C vortemperierte T-Zelle eingefüllt. Nach der Registrierung der Spektren im isotropen Zustand kühlt man auf die Messtemperaturen ab. Bevor diese erreicht werden, legt man die Spannung an. Dann werden bei jedem Messdurchgang die UV- Spektren mit einer Polarisatorstellung von 0°. 90°, 180° und 270° aufgenommen. 0°- und 180°-, sowie 90°- und 270 “-Messungen werden gemittelt und liefern die Absorptionskoeffizienten ε1 und s2· Dann wird die Probe auf 80 °C erwärmt und werden erneut Spektren der isotropen Proben gemessen.
Zu den Messungen werden Grundlinien, d.h. Messungen mit reinem Lösungsmittel registriert, die bei der Auswertung nach einer Anpassung im optisch leeren Bereich von den entsprechenden Spektren der Lösungen subtrahiert werden.
III.3.2.3. Messungen mit der L-Zelle
[siehe Literatur: S. Neubrech, Dissertation 1991, TU Kaiserslautern]
Die L-Zelle wird für ACD-Messungen eingesetzt. Ihr Aufbau ist in Literatur: [J. Altschuh et al, J. Phys. E: Sei, Instrum.
Vol. 14, p. 43, 1981] beschrieben. Für die ZLI 1695-Lösungen wurden Schichtdicken-Abstandshalter aus Teflon der Dicke 0,1 und 0,5 mm verwendet. Die Feldstärke der mit Wechselspannung orientierten nematischen Phasen betrug jeweils 4 x 106 V/m.
Beim Zusammenbau der L-Zelle musste darauf geachtet werden, dass die Platten, die gleichzeitig als Elektroden fungieren, bei der Messung der Lösung und der dazugehörenden Grundlinie in der gleichen Position zueinander und zum Zellengehäuse eingebaut wurden.
Wie die T-Zelle wird auch die L-Zelle mit isotroper Lösung gefüllt. Man tropft so viel Lösung auf die untere Platte der geöffneten Zelle zwischen einen Schichtdicken-Abstandshalter, bis die Lösungsoberfläche konvex über den Rand des Schichtdicken-Abstandshalters gekrümmt ist. Bevor man dann den Deckel mit der oberen Platte auf den Zellkörper schraubt, gibt man 2 - 3 Tropfen Lösung in die Mitte der oberen Platte. Beim Zusammenschrauben muss beachtet werden, dass die Lösungen auf den beiden Platten sich nicht berühren, damit die Phase nicht verdrillt wird. Diese sorgfältige Fülltechnik soll zusammen mit der Konstruktion der Zelle verhindern, dass kleine Parzellen der Probe eine Ausrichtung erfahren, die nicht parallel der optischen Achse ist.
Um einen Restanteil von Lineardichroismus und linearer Doppelbrechung bei den Feldmessungen zu eliminieren, werden nach der Messung der isotropen Probe sechs Messungen der anisotropen Probe bei einer Temperatur gemacht. Für diese Messungen wird die Zelle, die in einer Halterung senkrecht zur optischen Achse montiert ist, jeweils um 30° gedreht. Aus Symmetriegründen kompensieren sich die linearen Effekte von Messungen, die sich bei einer Drehung von 90° im Vorzeichen unterscheiden. Anschließend wird der CD der isotropen Probe zur Kontrolle noch einmal gemessen. Wie bei der T-Zelle werden mit reinem Lösungsmittel Grundlinien gemessen.
III.3.3 . Ordnungsparameter
Die Molekülanordnung in anisotropen Systemen wird durch OrientierungsVerteilungsfunktionen beschrieben.
[siehe Literatur: Circular Dichroism - Principles and Applications, 2. Edition, Chapter 5, by H.-G. Kuball, TU Kaiserslautern, WILEY-VCH 2000].
Die Messgrößen der Moleküleigenschaften werden durch Tensoren zweiter Stufe beschrieben. Flüssige Kristalle im nematischen Zustand dienen als anisotrope Lösungsmittel. Nematische Phasen sind in der Regel rotationssymmetrisch um die optische Achse ausgerichtet .
III.3.4. Die Tensorkoordinaten
Ein Tensor ist eine lineare Abbildung mit charakteristischem Transformationsverhalten. Von der Theorie her ist das Ergebnis der CD-Messungen einer isotropen Lösung Δε die Summe von 3 Größen Δεii [siehe Literatur: Circular Dichroism - Principles and Applications, 2. Edition, Chapter 5, by H.-G. Kuball, TU Kaiserslautern, WILEY-VCH 2000]: Δε = ⅓ (Δε11 + Δε22 + Δε33) (Gleichung 2)
Analog gilt für den molaren dekadischen Absorptionskoeffizienten : e = ⅓ (ε11 + ε22 + ε33) (Gleichung 3)
Die Tensorkoordinaten εii mit i = 1, 2, 3 sind Diagonalelemente des Tensors, die einem Dipolübergangsmoment zugeordnet werden, εii mit i = 1, 2 ist der molare dekadische
Absorptionskoeffizient für parallel zur xi- oder X2-Achse linear polarisiertes Licht, das sich in Richtung der x3-Achse ausbreitet. e33 ist der entsprechende Absorptionskoeffizient für einen parallel zur x3-Achse linear polarisierten Lichtstrahl, der sich entlang der x1- oder x2-Achse ausbreitet. Δεii (i = 1, 2, 3) ist der Circulardichroismus, der mit Licht gemessen wird, das sich entlang der xi-Achse ausbreitet. Angenommen, alle Moleküle wären bei einer uniaxialen Probe entlang der x3-Achse ausgerichtet, so entspräche ΔεA direkt der Δε33-Koordinate. Dabei ist allerdings zu beachten, dass eine reale Messung als Mittelwert über Messungen angesehen werden müsste, bei denen die Probe um die x3-Achse gedreht würde. Die Tensorkoordinaten berechnen sich nach den Gleichungen 4 bis 7 [siehe Literatur: S . Neubrech, Dissertation 1991, TU Kaiserslautern] :
(Gleichung 4)
(Gleichung 5)
(Gleichung 6)
(Gleichung 7)
Wenn Δε und ΔεA beide bei gleicher Temperatur gemessen werden oder wenn Δε temperaturunabhängig ist, kann man die Summe Δε11 + Δε22 weiter zerlegen in die Einzelkoordinaten Δε11 und Δε22. [siehe Literatur: Circular Dichroism - Principles and
Applications, 2. Edition, Chapter 5, by H.-G. Kuball, TU Kaiserslautern, WILEY-VCH 2000] .
III .4. Ausführungsbeispiele
Analysen aus dem Stand der Technik für niedermolekulare Substanzen, nämlich Steroide und Aminoanthrachinone, sind anhand folgender Abbildungen dargestellt. Es zeigen:
Abb . 1 CD-Spektren des n-n*-Ubergangs der
Verbindung 18 ( 2α-Methycholest-4-en-3-on) ,
Abb . 2 Tensorkoordinaten der Verbindung 18 (2a-
Methycholest-4-en-3-on) ,
Abb. 3 CD-Spektren des n-n*-Ubergangs und des n- n*-Ubergangs mit Bande I und II der Verbindung 17 (6ß- Bromcholest-4-en-3-on) ,
Abb. 44 Tensorkoordinaten der Verbindung 17 (6ß-
Bromcholest-4-en-3-on) ,
Abb. 5 Tensorkoordinaten der Verbindung R-3. (1,4- Bis- ( 1-R-Phenylethylamino) -9, 1 O-antrachinon) in einem 1. Wellenlängenbereich, und
Abb. 6 Tensorkoordinaten der Verbindung R-3. (1,4- Bis- ( 1-R-Phenylethylamino) -9, 1 O-antrachinon) in einem 2. Wellenlängenbereich .
Die Konstitutionsformel von 2a-Methycholest-4-en-3-on befindet sich unter den Abbildungen 1, 2. Abb. 1 zeigt das gemessene CD-Spektrum in der isotropen Phase bei 80 °C und das ACD-Spektrum bei 38 °C. Das ACD-Spektrum hat eine kleine positive Vorbande, ist aber sonst negativ. Das CD- Spektrum der isotropen Phase ist vollständig negativ. Die daraus errechneten Tensorkoordinaten sind in Abb. 2 dargestellt. Wie man erkennt, ist die Summe der Tensorkoordinaten Δε11 + Δε22 negativ, während die Tensorkoordinate Δε33 positiv ist.
Abb. 3, 4: Im zweiten Beispiel wird der n-n*-Übergang und der n-n*-Übergang mit Bande I und II der Verbindung 11_ (6β— Bromcholest-4-en-3-on) untersucht (Abb. 3 und 4). Das CD- Spektrum ist im n-n*-Übergang positiv, in der Bande I negativ und in der Bande II wieder positiv. Die Tensorkoordinaten sind im n-n*-Bereich nicht bisignoid. Δε11 + Δε22 wechselt im n-n*- Bereich gegenüber der n-n*-Bande das Vorzeichen. Die Δε33-Kurve hat im Bereich der Bande II keine Struktur ausgeprägt. Ihr Maximum fällt mit der ε11 + ε22 -Tensorkoordinate zusammen, während die Maxima der anderen Tensorkoordinaten bei kleineren Wellenzahlen liegen. Der Grund dafür ist, dass die Summe der Beiträge des magnetischen Übergangsmomentes in der Bande I zu negativen und in der Bande II zu positiven Werten führen und wegen der Überlagerung sich die Banden ineinander schieben.
Abb. 5, 6: Im dritten Beispiel sind Tensorkoordinaten von R-_3 (1,4-Bis-(1-R-Phenylethylamino)-9,10-antrachinon) in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen gezeigt.
Hier bei diesem Beispiel konnten alle 3 Tensorkoordinaten einzeln bestimmt werden. Die Abb. 5 gibt die Tensorkoordinaten für den CT-Bereich wieder, der nach der Spektrenzerlegung vollständig in der x3-Richtung polarisiert ist. Außerdem gibt die Summe Δε11 + Δε22 den magnetischen Dipolanteil und die Differenz Δε11 - Δε22 den elektrischen Quadrupolanteil an. In der Abb. 6 sind die Tensorkoordinaten des gesamten Messbereichs der n-n*-Übergänge abgebildet.
Bei allen 3 Beispielen sind die Tensorkoordinaten vom Betrag her deutlich größer als das jeweilige Δε, das in der isotropen Phase gemessen worden ist.
IV. Nachteile des Standes der Technik
Zur detaillierten Strukturanalyse von biologischen Makromolekülen (wie Peptide, Proteine und Nukleinsäuren) werden hochauflösende Röntgenstrukturanalysen oder die NMR- Spektroskopie eingesetzt. Diese Analyseverfahren sind aber sehr zeit- und arbeitsintensiv und teilweise experimentell schwer darstellbar. Außerdem braucht man große Probemengen, [siehe Literatur: http://www.chemgapedia .de/vsengine/ylu/vsc/de/ch/8/bc/ylu/prot eindynamik/circulardichroismus .ylu/Page/vsc/de/ch/8/bc/protein dynamik/cd .vscml,html]
Die in III.2 erwähnten Versuche mit orientierten Molekülen wurden nur phänomenologisch beschrieben. Physikalisch- chemische Betrachtungen von Anwendungsmöglichkeiten wurden nicht durchgeführt.
Die in Kapitel III.3 beschriebenen Forschungsarbeiten dienen nur der Methodenentwicklung, der Gewinnung von Informationen über Chromophore (Atomgruppen, die das Licht absorbieren), wie der Untersuchung von elektronischen Übergängen und Schwingungsprogressionen, und theoretischen Betrachtungen der Chiralität. So wurden bestehende Helizitätsregeln für kleinere organische Moleküle überprüft und Abweichungen erklärt.
CD-Messungen an anisotropen flüssigkristallinen Phasen sind auf dem gesamten Gebiet der Strukturanalytik oder bei der Untersuchung zwischenmolekularer Wechselwirkungen unbekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Einsatzmöglichkeiten der CD- Spektroskopie zur Strukturaufklärung chiraler Moleküle zu erweitern sowie die Untersuchung molekularer Zielstrukturen bzw. Wechselwirkungen dieser Moleküle zu ermöglichen.
Die Lösung erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 der Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Die Erfindung stellt ein Verfahren für die Strukturaufklärung und die Untersuchung von molekularen Zielstrukturen bzw. Wechselwirkungen von größeren chiralen Molekülen mit einer Molekülmasse > 500 g/mol und chiralen Makromolekülen mit einer Molekülmasse > 2.000 g/mol bereit. Das Verfahren beruht auf der räumlichen Ausrichtung der gelösten größeren chiralen Moleküle mit einer Molekülmasse > 500 g/mol und der chiralen Makromoleküle mit einer Molekülmasse > 2.000 g/mol in nematischen Flüssigkristallen durch ein elektrisches Feld und der Ermittlung von Teilspektren für die 3 Raumrichtungen. Die erfindungsgemäße Zerlegung der Spektren in Teilspektren für die 3 Raumrichtungen liefert Informationen, die für Moleküle mit einer Molekülmasse > 500 g/mol und vor allem für Makromoleküle sehr wertvoll sind. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert, verglichen mit herkömmlichen Verfahren, schneller und einfacher neue Informationen über die Struktur der untersuchten Moleküle. Mit diesem Verfahren können auch Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Molekülen erkannt werden. So kann die Anwendung der anisotropen CD-Messungen als neues Werkzeug in der analytischen Chemie, z.B. zur Identifizierung von Wirkstoffen in der Pharmaforschung beitragen . V. Beschreibung der Erfindung
V.1. Ausrüstung für Strukturaufklärung und Untersuchung
• CD-Spektrometer
Handelsübliche CD-Spektrometer sind mit Xenon-Lampen ausgestattet, die Licht von nahen Infrarotbereich bis zum ultravioletten Bereich liefern. Der Probenraum sollte groß genug sein, damit er die spezielle Küvette für die ACD- Messungen samt Halterung aufnehmen kann.
• Optisches Spektrometer
Käufliche Spektrometer liefern Licht für den sichtbaren und daran angrenzende Bereiche des elektromagnetischen Spektrums. Sein Probenraum muss groß genug sein, damit die Polarisatoren und die geeignete Küvette für die anisotropen Absorptionsmessungen eingebaut werden können.
• Polarisationsfilter bzw. Polarisatoren für das optische Spektrometer
Geeignete Polarisationsfilter bzw. Polarisatoren sind notwendig, um linear polarisiertes Licht im Strahlengang des optischen Spektrometers zu erzeugen. Bei linear polarisiertem Licht schwingen die Lichtwellen in eine definierte Richtung.
• Spezielle Küvette für temperaturabhängige Absorptionsmessungen im optischen Spektrometer
Mit einer speziellen Küvette werden bei anisotropen Lösungen die Absorptionskoeffizienten ε1 und ε2 mit senkrecht bzw. parallel zur optischen Achse polarisiertem Licht gemessen. Beispielsweise mittels T-Zelle.
• Spezielle Küvette für temperaturabhängige ACD-Messungen Für ACD-Messungen an anisotropen Lösungen braucht man eine spezielle Küvette, bei der sich das Licht parallel zur optischen Achse fortpflanzt. Zum Beispiel kann eine L-Zelle für die ACD-Messungen verwendet werden.
• Geeignete nematische Flüssigkristallmischungen Als anisotropes Lösungsmittel sind nematische Flüssigkristallmischungen geeignet. Diese
Flüssigkristallmischungen müssen achiral sein und sollten in dem Spektralbereich, in dem die Banden der gelösten Moleküle gemessen werden, optisch leer sein, das heißt, bis weit in den UV-Bereich von etwa 190 nm hinein, keine Absorption aufweisen. Außerdem müssen sie in dem Temperaturbereich, der für die ACD- Messungen vorgesehen ist, in der nematischen Phase vorliegen.
Der Klärpunkt, also die Temperatur, an der die Lösung isotrop wird, sollte allerdings nicht allzu hoch über 60°C liegen, da die Lösung der zu untersuchenden Stoffe am besten oberhalb des Klärpunktes hergestellt und in die Küvetten eingefüllt werden sollte. Läge der Klärpunkt zu hoch, könnten die zu untersuchenden Moleküle möglicherweise ihre Struktur verändern/zersetzen.
• Geeignete Elektroden für die beiden Küvetten
Bei der Küvette im optischen Spektrometer werden Elektroden aus Metall eingesetzt, deren Dicke die Schichtdicke bestimmt. Im Falle der Küvette für die ACD-Messungen fungieren beschichtete Quarzfenster, beschichtet zum Beispiel mit einem Zinndioxid-Film, als Elektroden.
• Kondensator mit den Elektroden aus Metall zur Erzeugung eines elektrischen Feldes
Die nematischen Phasen sollten vorzugsweise mit Wechselspannung ausgerichtet werden. Im Falle von Gleichspannung können Fluktuationen auftreten. Die Feldstärke größer als 106 V/m muss nicht nur zur Orientierung der Phasen ausreichen, sondern auch Störungen verhindern, z.B. durch Effekte von suprastruktureller Chiralität dünner Schichten.
• Halterungen für die Küvetten
Im Probenraum des optischen Spektrometers müssen die Polarisationsfilter und die Küvette während der Messung gehalten werden. Entsprechend muss auch eine Halterung im Probenraum des CD-Spektrometers für deren Küvette vorhanden sein, die nicht nur temperaturabhängige Messungen, sondern die Messungen auch mit verschiedenen Drehwinkeln der Küvette um die Fortpflanzungsrichtung des Lichtstrahls erlaubt.
• Substanzen
Die zu untersuchenden Moleküle müssen sich in dem nematischen Flüssigkristallgemisch lösen und im Temperaturbereich der Messungen stabil sein.
• Computerprogramme zur Auswertung der Messungen
Die Messdaten von dem optischen und dem CD-Spektrometer werden mit geeigneten Computerprogrammen registriert berechnet. Weiterhin sollten gemessene und berechnete Spektren ausgedruckt werden können. Vorteilhaft sind auch Vergleichsmöglichkeiten für Spektren ähnlicher Verbindungen.
V.2. Messungen
V.2.1. Absorptionsmessungen
Die Dicke der verwendeten Elektroden in den Küvetten, d. h. T- Zellen, bestimmt die Schichtdicke der zu untersuchenden Lösungen nach dem Lambert-Beerschen Gesetz, denn die Elektroden fungieren als Abstandshalter zwischen den beiden Glasplatten einer Küvette. Durch die Schichtdicke kann die Extinktion optimiert werden. Nach Lösen der jeweiligen Substanz oder des Substanzgemisches in der nematischen Mesophase wird die Lösung in die spezielle Küvette eingefüllt. Registrierungen der Messungen im optischen Spektrometer in der isotropen Phase nach dem Einfüllen und nach der Durchführung der Feldmessungen sind sinnvoll, um Veränderungen der Substanz während der Messserie zu erkennen. Nach Befüllen und der 1. Messung im isotropen Zustand kann man die Lösung auf die Messtemperatur abkühlen. Beim Abkühlen geht die isotrope Phase des Flüssigkristalls in die nematische Phase über. Bevor die Messtemperatur erreicht wird, muss das elektrische Feld angelegt werden. Ist die Messtemperatur erreicht, werden die Messungen mit den Polarisatoreinstellungen von 0°, 90°, 180°und 270° registriert. Absorptionsmessungen mit Licht, das senkrecht zur optischen Achse polarisiert ist, liefert den Absorptionskoeffizienten ε1, mit der Polarisationsebene parallel zur optischen Achse den Absorptionskoeffizienten ε2.
V.2.2. CD- und ACD-Messungen
Nach dem Füllen der Küvette, d. h. L-Zelle, mit isotroper Lösung empfiehlt sich wie bei den Messungen im optischen Spektrometer eine CD-Messung der isotropen Phase vor und nach den Feldmessungen. Auch diese Küvette wird nach der 1. Messung der isotropen Phase auf die Messtemperatur der ACD-Messungen abkühlen lassen. Auch hier muss das elektrische Feld vor dem Start der ACD-Messungen mit Feldstärken von 4 x 106 V/m eingeschaltet werden, damit sich die nematische Phase ausrichten kann und mögliche Störungen z.B. Effekte suprastruktureller Chiralität aufgelöst werden. ACD-Messungen bei verschiedenen Winkelstellungen der L-Zelle können notwendig sein, um Restanteile von linearen Effekten heraus zu mittein .
V.2.3 Messungen an isotropen Lösungen
Größere chirale Moleküle können auch in isotropen Lösungen, insbesondere wässrige oder organische Lösungen, durch ein elektrisches Feld ausreichend orientiert (ausgerichtet) werden, so dass auf Flüssigkristalle als Lösungsmittel verzichtet werden kann. Die Messungen sowie die Auswertungen der Spektren erfolgt dann entsprechend der für die nematischen Phasen beschriebenen Vorgehensweise.
V.3. Ordnungsparameter
Nematische Phasen, ausgerichtet durch ein elektrisches Feld, sollten uniaxial, d.h. rotationssymmetrisch sein. Dann beschreiben Ordnungsparameter die Orientierung der gelösten Moleküle in der flüssigkristallinen Wirtsphase.
Mit spektroskopischen Informationen, Symmetriebetrachtungen und/oder Annahmen zur Molekülstruktur kann voraussichtlich der Ordnungsparameter S näherungsweise dem Anisotropiegrad R gleichgesetzt werden. Der Anisotropiegrad R errechnet sich nach Gleichung 8 aus den Absorptionskoeffizienten ε1 und ε2.
(Gleichung 8)
V.4. Tensorkoordinaten
Die Tensorkoordinaten, also bildlich gesprochen, die Teilspektren aus den 3 Raumrichtungen, sind die
Diagonalelemente des CD-Tensors. Jede Tensorkoordinate Δε±i mit i = 1, 2, 3 entspricht also dem Circulardichroismus, der mit Licht gemessen wird, das sich entlang der xi-Achse ausbreitet.
V.5. Auswertung
Viele Chromophore absorbieren im sichtbaren oder im UV-Bereich des Spektrums. Das CD-Spektrum eines Stoffes kann als Linearkombination aus den Basisspektren der
Chromophoreinheiten in bestimmten Konformationen aufgefasst werden. Zur Auswertung der gemessenen Spektren können Referenzspektren von Substanzen benutzt werden, deren Struktur aus hochauflösenden Analysen bekannt sind
„https://scienceblog.at/chemie-nobelpreis-2017# .YqSmUHZBwT4".
Die Chromophore einer Substanz können miteinander oder mit anderen Atom-Gruppen der gleichen Substanz bzw. einer weiteren Substanz, die in der Lösung vorliegt, wechselwirken. Diese Wechselwirkungen können z.B. das Auftreten, die relative Lage, die Intensität oder die Aufspaltung von CD-Banden beeinflussen .
Viele CD-Spektren findet man in Internet-Datenbanken. Es gibt für isotrope Spektren Programme im Internet, die die Auswertung der Spektren unterstützen.
[siehe Literatur: http://www .chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/8/bc/vlu/prot eindynamik/circulardichroismus .vlu/Page/vsc/de/ch/8/bc/protein dynamik/cd .vscml.html].
Tensorkoordinaten sind bisher nur für sehr wenige Chromophore in niedermolekularen Stoffen bestimmt worden.
[siehe Literatur: Circular Dichroism - Principles and Applications, 2. Edition, Chapter 5, by H.-G. Kuball, TU Kaiserslautern, WILEY-VCH 2000]
Deshalb gibt es derzeit für die Tensorkoordinaten nur wenige Referenzspektren. Die Auswertung der ACD-Spektren ist daher mit großer Sorgfalt und mit spektroskopischem Sachverstand durchzuführen. Bei der Auswertung der ACD-Spektren chiraler Moleküle mit einer Molekülmasse > 500 g/mol und chiraler Makromoleküle mit einer Molekülmasse > 2.000 g/mol müssen daher Erkenntnisse der Chromophore von niedermolekularen Verbindungen berücksichtigt werden.
Das Verfahren nach Einfüllen der in der nematischen Mesophase gelösten chiralen Molekülen mit einer Molekülmasse > 500 g/mol und/oder chiralen Makromolekülen mit einer Molekülmasse >
2.000 g/mol in die Küvette ist in folgende Schritte gegliedert : a) Absorptionsmessungen der gelösten Moleküle in flüssigkristallinen Phasen, die durch ein elektrisches Feld ausgerichtet sind, und daraus Abschätzung von Ordnungsparametern . b) Messung des Circulardichroismus der gelösten Moleküle in flüssigkristallinen Phasen, die durch ein elektrisches Feld ausgerichtet sind.
Die Schritte a) und b) gelten auch, falls die
Absorptionsmessungen und Messungen des Circulardichroismus an isotropen Phasen durchgeführt werden, in denen die Ausrichtung der gelösten Moleküle durch ein elektrisches Feld in ausreichendem Maße möglich ist. c) Berechnung von Tensorkoordinaten, also Teilspektren aus den 3 Raumrichtungen des CD-Tensors, unter Verwendung der abgeschätzten Ordnungsparameter. d) Auswertung der Tensorkoordinaten:
Zur Auswertung der Tensorkoordinaten vergleicht man die ermittelten Spektren mit bereits bekannten Referenzspektren oder mit Spektren, deren Struktur aus hochauflösenden Strukturanalysen bekannt sind.
Das neue Verfahren kann analytische Anwendung finden bei:
1.) Der Strukturaufklärung von größeren organischen Verbindungen mit einer Molekülmasse > 500 g/mol, die chiral sind und einen Chromophor für die Absorption von Licht im sichtbaren oder UV-Bereich bis etwa 190 nm haben.
2.) Der Strukturaufklärung von Peptiden oder Proteinen bzw. von Teilstücken der Peptide oder Proteinen, wenn diese chiral sind und Molekülmassen > 500 g/mol haben oder chirale Makromoleküle sind mit Molekülmassen > 2.000 g/mol.
3.) Der Strukturaufklärung von Nukleinsäuren, Ribonukleinsäuren oder Desoxyribonukleinsäuren bzw. von Teilstücken dieser Nukleinsäuren, Ribonukleinsäuren oder Desoxyribonukleinsäuren, wenn diese chiral sind und Molekülmassen > 500 g/mol haben oder chirale Makromoleküle sind mit Molekülmassen > 2.000 g/mol. 4.) Der Strukturaufklärung chiraler Komplexe von Polysacchariden, wenn diese Molekülmassen > 500 g/mol haben oder Makromoleküle sind mit Molekülmassen > 2.000 g/mol.
5.) Der Zielstrukturuntersuchung von Targets bei Medikamenten und der Auswahl geeigneter Wirkstoffe, die sich an die Targets binden können, wenn diese chiral sind und Molekülmassen > 500 g/mol haben oder chirale Makromoleküle sind mit Molekülmassen > 2.000 g/mol.
6.) Untersuchung von Protein-Nukleinsäure-Wechselwirkungen, wenn diese chiral sind und Molekülmassen > 500 g/mol haben oder chirale Makromoleküle sind mit Molekülmassen > 2.000 g/mol.
7.) Untersuchung von DNA-Arzneimittel-Wechselwirkungen, wenn diese chiral sind und Molekülmassen > 500 g/mol haben oder chirale Makromoleküle sind mit Molekülmassen > 2.000 g/mol.

Claims

Patentansprüche
1.Verfahren zur Strukturaufklärung und Untersuchung moleku- larer Zielstrukturen bzw. Wechselwirkungen chiraler Mole- küle durch Ermittlung von Teilspektren für 3 Raumrichtun- gen mit folgenden Schritten:
Bereitstellen einer Küvette mit Elektroden, die angeord- net sind für elektrische Felder in der Küvette,
Bereitstellen von Wechselstrom an den Elektroden,
Bereitstellen chiraler Moleküle mit einer Molekülmasse > 500 g/mol und/oder chiraler Makromoleküle mit einer Mole- külmasse > 2.000 g/mol
Bereitstellen nematischer Mesophase und lösen der chira- len Moleküle mit Molekülmasse > 500 g/mol und/oder chira- len Makromoleküle mit Molekülmasse > 2.000 g/mol in der nematischen Mesophase,
Einfüllen der in der nematischen Mesophase gelösten chi- ralen Moleküle mit Molekülmasse > 500 g/mol und/oder chi- ralen Makromoleküle mit Molekülmasse > 2.000 g/mol in die Küvette,
Bereitstellen isotroper Phasen aus nematischen Flüssig- kristallen und gelösten chiralen Molekülen mit Molekül- masse > 500 g/mol und/oder chiralen Makromolekülen mit Molekülmasse > 2.000 g/mol in der Küvette,
Messen der isotropen Phasen in der Küvette mittels opti- schem Spektrometer und registrieren der Messungen,
Abkühlen der isotropen Phasen in der Küvette auf eine Messtemperatur ,
Anlegen eines elektrischen Felds an die Elektroden der Küvette vor Erreichen der Messtemperatur,
Bereitstellen von polarisiertem Licht mit Polarisatorein- stellungen von 0°, 90°, 180°und 270°zu einer optischen Achse der Küvette und Durchführen von Absorptionsmessun- gen an den isotropen Phasen in der Küvette mit diesem po- larisierten Licht,
Erfassen von senkrecht zur optischen Achse polarisiertem Licht für einen Absorptionskoeffizienten ε1 und von paral- lel zur optischen Achse polarisiertem Licht für einen Ab- sorptionskoeffizienten ε2, räumliches Ausrichten der gelösten chiralen Moleküle in den isotropen Phasen oder der nematischen Flüssigkris- talle mit den gelösten chiralen Molekülen durch das elektrische Feld, a) Messen von Absorption der gelösten Moleküle in den durch das elektrische Feld ausgerichteten isotropen oder flüssigkristallinen Phasen im optischen Spektrometer vor und nach Abkühlen der isotropen Phasen und daraus Ab- schätzen von Ordnungsparametern, b) Messen des Circulardichroismus der gelösten Moleküle in den durch das elektrische Feld ausgerichteten isotro- pen oder flüssigkristallinen Phasen mittels L-Zelle vor und nach Abkühlen der isotropen Phasen,
Erfassen von Teilspektren aus 3 Raumrichtungen, c) Berechnen von Tensorkoordinaten unter Verwendung der abgeschätzten Ordnungsparameter, und d) Auswerten der Tensorkoordinaten durch Vergleich der ermittelten Spektren mit bereits bekannten Referenzspek- tren oder mit Spektren, deren Struktur aus hochauflösen- den Strukturanalysen bekannt sind.
2.Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Struktur- aufklärung von organischen Verbindungen mit einer Mole- külmasse > 500 g/mol, die chiral sind und einen Chromo- phor für die Absorption von Licht im sichtbaren oder UV- Bereich bis etwa 200 nm haben.
3.Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Struktur- aufklärung von Peptiden oder Proteinen bzw. von deren Teilstücken.
4.Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Struktur- aufklärung von Nukleinsäuren, Ribonukleinsäuren oder Des- oxyribonukleinsäuren bzw. von Teilstücken dieser Nuklein- säuren, Ribonukleinsäuren oder Desoxyribonukleinsäuren.
5.Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Struktur- aufklärung chiraler Komplexe von Polysacchariden.
6.Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Zielstruk- turuntersuchung von Targets bei Medikamenten und Auswahl von Wirkstoffen, die sich an die Targets binden können.
7.Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Untersu- chung von Protein-Nukleinsäure-Wechselwirkungen.
8.Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Untersu- chung von DNA-Arzneimittel-Wechselwirkungen.
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Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALTSCHUH J ET AL: "A cuvette and the technique for circular dichroism measurements of molecules oriented in a liquid crystal matrix", J. PHYS. E: SCI. INSTR., vol. 14, 1 January 1981 (1981-01-01), pages 43 - 44, XP093299636 *
NEUBRECH STEFAN: "Die Anisotropie des Circulardicroismus organischer Moleküle", DISSERTATION, 1 January 1991 (1991-01-01), DE, pages 1 - 264, XP093299632 *
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