Studienabschlussarbeiten am Institut

Spätestens seit Hatzsch und Weber 1887 den Thiazol-Begriff prägten, sind Thiazole ein essenzieller Bestandteil der Heterocyclenchemie. Besonders 4-Hydroxythiazole sind auf Grund ihrer häufig starken Fluoreszenz gut untersucht. Weniger erforschte und in dieser Arbeit von Interesse sind in 2-Position aminoderivatisierten 4-Hydroxythiazole. Diese können beispielsweise Zwitterionen bilden, welche Farb- und/oder Fluoreszenzänderungen in Abhängigkeit vom pH-Wert aufweisen und damit eine potenzielle Applikation als pH-Indikatoren ermöglichen. Ziel der Arbeit war es zunächst, den Syntheseweg zu etablieren und zu optimieren sowie den Einfluss der Konjugation des Moleküls auf dessen Stabilität zu untersuchen. Dafür wurde die vorab einfach darzustellenden Nitroderivate nach Schützung der Hydroxyfunktion über Reduktion in die Aminoanaloga überführt. Im Gegensatz zu den ethylveretherten Verbindungen eignet sich für die Reduktion der silyletherderivatisierten die Verwendung von Palladium auf Aktivkohle nicht, vorteilhafter erweist sich dagegen ein auf Zinkcarbonat basierender Palladiumkatalysator, wobei dies mitunter von der Struktur des Edukts abhängt. Hierbei ist eine Korrelation zwischen Labilität des Produkts und der Möglichkeit der Ausbildung von Mesomerengrenzformen über das gesamte Gerüst zu erkennen. Der Zusammenhang zwischen Stabilität des Produkts und fehlender Konjugation zeigt sich auch bei der Desilylierung der Aminoderivate. Die Isolierung des Produkts mit freier Amino- und Hydroxygruppe gelingt, wenn beide Gruppen nicht miteinander konjugieren. Die einfach zugänglichen aminosubstituierten 4-Hydroxythiazole wurden auf ihre Fluoreszenz- und Komplexierungseigenschaften untersucht, wobei neben pH-abhängiger Fluoreszenzänderungen auch Farbänderungen auf Grund von Komplexbildungen aufgezeigt wurden. Neben möglichen sensorischen Applikationen können die Verbindungen auch eingesetzt werden, um durch Verknüpfungsreaktionen am Amin, komplexere Thiazolverbindungen mit geringem Aufwand zu synthetisieren.

Im Laufe der Zeit kann sich eine Population von Individuen genotypisch und phänotypisch verändern. Anhand der Evolution von einer Viren- bzw. Phagenpopulation kann man untersuchen, wie sich die Individuen verhalten. Im Gegensatz zu RNA-Viren wurden DNA-Viren diesbezüglich bis jetzt nur wenig untersucht. In der vorliegenden Arbeit wird die Evolution von dem nicht human-pathogenen DNA-Bakteriophagen T7 untersucht. Bereits in einigen vorhergehenden Masterarbeiten wurde gezeigt, dass sich die Fitness von T7 im Laufe der Passagen verändert, abhängig davon, ob man zur Vermehrung die Plaque-to-Plaque-Methode oder large-scale Passagen einsetzt. Dies lässt sich anhand der Theorien von Muller’s Ratchet und von der Red Queen-Hypothese (RQH) erklären. Diese Arbeit sollte als eine Erweiterung der Untersuchung der Evolution des Bakteriophagen T7 dienen. Hierfür wird sein Genom mit Hilfe von Amplifikationsmethoden (PCR) und eine nachfolgende Analyse mittels Restriktionsverdau untersucht.

Als Mitglied der Allotrope des Kohlenstoffs werden Kohlenstoffnanoröhren in großem Umfang in der Elektronik, biomedizinischen Anwendungen, Strukturmaterialien, Katalysatoren, Luft- und Wasserfiltration, Fasern sowie Stoffen eingesetzt. Einzigartige Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren wie mechanische Festigkeit, elektrische und thermische Leitfähigkeit haben zu zahlreichen Anwendungen und kontinuierlicher Forschung geführt. Diese Arbeit konzentriert sich auf das elektrochemische Verhalten von Kohlenstoffnanoröhren unter drei Brønsted-Säuren: Schwefelsäure, Salpetersäure und Perchlorsäure. Elektrochemische Analysen in dieser Forschung werden durch zyklische Voltammetrie, Chronopotentiometrie und gepulste galvanostatische Oxidation durchgeführt; begleitet von Rasterelektronenmikroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie. Es werden Vergleiche des elektrochemischen Verhaltens, der Oberflächenmorphologie und der elementaren Zusammensetzungen zwischen den drei Säuren durchgeführt. Die Peaks in den zyklischen Voltammogrammen haben gezeigt, dass Kohlenstoffnanoröhren effektiv als Arbeitselektrode arbeiten, da sie in der Lage sind, Oxidations- und Reduktionspeaks zu zeigen. Oxidations- und Reduktionspeaks treten bei unterschiedlichen Potentialen auf. Die Plateaus in Chronopotentiometrie und gepulsten galavnostatischen Ergebnissen stimmen mit den zyklischen Voltammogrammen überein. Die Ergebnisse der REM- und XPS-Analysen werden mit der elektrochemischen Analyse abgeglichen. SEM-Bilder zeigen, dass die Oxidation von Nanoröhren in Säuren die Struktur von CNTs verändert, die ursprünglich gerade und länger sind. Aus XPS-Spektren lässt sich ableiten, dass funktionelle Gruppen an die CNTs gebunden sind.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Kompatibilität von modifizierten Oligonukleotiden und Enzymen untersucht, welche sowohl für die Kopplung als auch für das Capping und die Polyadenylierung von RNA benötigt werden. Eingeordnet werden die Forschungen in ein Projekt zur Synthese stabilisierter mRNA aus chemisch modifizierten Oligonukleotiden. Um die Forschungsfrage zu beantworten, wurden unmodifizierte und modifizierte Oligonukleotide hergestellt und enzymatisch gekoppelt. Diese Koppelung wurde mithilfe der Splinted Ligation durchgeführt, um danach das RNA Capping und die Polyadenylierung zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass chemisch modifizierte Oligonukleotide gekoppelt werden können und dass die Herstellung von einer chemisch modifizierten mRNA prinzipiell denkbar ist. Außerdem konnten Daten zur Kopplungseffizienz erhoben werden und es wurde der enzymatischer Abbau durch Modifikationen der RNA verringert, was eine Stabilisierung von mRNA durch modifizierte RNA Oligonukleotide nahelegt.

Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) finden vielseitige Anwendung in Industrie und Verbraucherprodukten wie Feuerlöschschäumen und Lebensmittelverpackungen. Aufgrund ihrer persistenten Eigenschaften akkumulieren sie in der Umwelt und gefährden die Natur und die menschliche Gesundheit. Daher wird der Einsatz einiger PFAS durch die Stockholmer Konvention reguliert. Zur Überprüfung von Gewässern auf PFAS-Kontaminationen werden regelmäßig Proben von Oberflächengewässern analysiert und auf Grundlage der Oberflächengewässerverordnung hinsichtlich ihrer Unbedenklichkeit bewertet. In Thüringen übernimmt diese Aufgabe das Thüringer Landesamt für Umwelt, Bergbau und Naturschutz (TLUBN). Die dort etablierte umkehrphasenchromatographische LC-MS TOF Methode zur Analyse von PFAS in Oberflächenwasser basiert auf der Norm DIN 38407 42:2011 03. Schwächen dieser Methode bestehen jedoch in hohen systemischen Blindwerten sowie einem limitierten Analysespektrum. Daher bestand ein Bedarf zur Optimierung der Methode. Aufgrund des wachsenden Bewusstseins bezüglich der schädlichen Effekte von PFAS ist eine künftige Verschärfung der Grenzwerte zu erwarten, weshalb auch eine Senkung der Nachweis- und Bestimmungsgrenzen angestrebt wurde. Während der Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Applikationen und Einflussfaktoren getestet, um eine verbesserte Methode zur Analyse von PFAS zu entwickeln. Basierend auf der bereits am TLUBN etablierten Methode konnte durch Anpassungen an Säule, Laufmittelgradient und Fluss erfolgreich eine neue umkehrphasenchromatographische Methode etabliert und verifiziert werden. Diese stellt eine relevante Verbesserung zur Ausgangsmethode dar. Durch Einsatz einer vorgeschalteten Delay-Säule konnten die Blindwerte der Analyten minimiert oder sogar vollständig eliminiert werden. Des Weiteren konnten sowohl die Nachweis- und Bestimmungsgrenzen aller Analyten herabgesetzt als auch das Analysenspektrum um die zwei Analyten PFPeA und PFDA erweitert werden. Mittels der Etablierung einer zusätzlichen Methode basierend auf der Hydrophilen Interaktionschromatographie (HILIC) konnten darüber hinaus Verbesserungen bezüglich der Peakform des zuvor nicht analysierbaren kurzkettigen Analyten PFBA erzielt werden. Diese HILIC-Methode konnte aufgrund auftretender Matrixeffekte jedoch noch nicht verifiziert werden. Die Anpassungen der Methode zur PFAS-Analyse im Rahmen dieser Arbeit können damit größtenteils als Erfolg gewertet werden, es besteht jedoch weiterhin ein Bedarf zur Optimierung.