Title: Development of improved fluorescence probe for detecting ascorbic acid: phthalocyaninatosilicon covalently linked to TEMPO radiacals
Language: English
Authors: Priessner, Martin 
Qualification level: Diploma
Keywords: Phthaolocyanin
Phthaolocyanin
Advisor: Linert, Wolfgang  
Issue Date: 2015
Number of Pages: 115
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Ascorbinsäure (Vitamin C) ist gut bekannt als wichtiger Nährstoff in Bezug auf biologische Funktionen wie beispielsweise die Carnitin Biosynthese, als Antioxidationsmittel oder als Anti-aging Mittel. Speziell vor kurzem hat Ascorbinsäure große Aufmerksamkeit auf sich gezogen durch seine Verwendung in der modernen Krebstherapie. Daher ist es äußerst wichtig, Fluoreszenz Proben zu entwickeln, die Ascorbinsäure in deren biologischen Rollen aufklären können. Fluorophore verbunden mit Nitroxidradikal (FN-Systeme) scheinen vielversprechende Kandidaten für die Detektion von Ascorbinsäure zu sein. Das Nitroxidradikal verursacht eine effiziente Fluoreszenz-Quenchung und reagiert vorzugsweise mit Ascorbinsäure. Daher ist zu erwarten, dass die FN-basierten fluoreszierenden Proben gut für die quantitative Bestimmung von Ascorbinsäure in wässrigen Lösungen geeignet sind. Für den Einsatz dieses Detektionsverfahrens von Ascorbinsäure im biologischen Umfeld müssen noch Verbesserungen an den FN Systemen vorgenommen werden. Der Grund ist der, dass neben Ascorbinsäure noch einige andere Stoffe wie die mitochondriale NADH oder Superoxide mit den Radikalen reagieren können. In diesem Forschungsprojekt wurde ein bereits erforschtes System aus Fluorophor und Nitroxidradikalen, welches in der Lage ist Vitamin C durch Fluoreszenz zu detektieren, verbessert. Es wurde ein einfach sulfonierter SiPc Komplex neu synthetisiert. Dieser wurde als Fluoreszenzprobe für die Ascorbinsäuredetektion in wässriger Lösung angewendet. Dieser Komplex wurde neu synthetisiert, und mittels ESI-MS, Absorptionsmessung, ESR und MCD gemessen. Als letzter Schritt wurde das Fluoreszenzverhalten mit dem der ersten Generation dieses Komplexes verglichen. Da die hydrophoben SiPc-TEMPO Derivate in Wasser unlöslich sind, wurden die Komplexe in Liposome für die Messung in wässriger Lösung eingekapselt. Die Fluoreszenz von liposomalen R2cS1 und R2c stieg für beide Komplexe nach der Zugabe von Ascorbinsäure. Die Sensitivität des neu synthetisierten R2cS1 Komplexes war jedoch 10 Mal höher als die des alten R2c Komplexes. Die erhöhte Sensibilität von R2cS1 gegenüber R2c wurde durch die erhöhte Polarität durch die installierte Sulfatgruppe der neuen Verbindung verursacht. Diese führt zu einem näheren Aufenthaltsortes zur polaren Außenwand im Liposom des Komplexes, welcher dadurch leichter mit dem ebenfalls polaren Vitamin C reagieren kann. - Außerdem wurde noch eine DFT-Berechnung durchgeführt, welche zusammen mit der MCD Messung eine mysteriöse zweite Q-Bande im Absorptionsspektrum des R2cS1 Komplexes erklären konnte. Diese wurde durch die neuentstandene Asymmetrie des Komplexes durch die neue Sulfatgruppe verursacht, da diese die Energie der Orbitale aufspaltete.

Ascorbic acid (Vitamin C) is a well-known and essential nutrient in relation to biological functions such as carnitine biosynthesis, as anti-oxidizing agents or as anti-aging agents. In particular, recently, ascorbic acid has attracted considerable attention for its uses in modern cancer therapy. Thus, it is extremely important to develop fluorescence probes to detect ascorbic acid for clarifying the biological roles. Fluorophores linked to a nitroxide radical (FN systems) are promising candidates for detecting ascorbic acid. The nitroxide radical provides efficient fluorescence quenching and preferably reacts with ascorbic acid. Thus, the FN-based probes have been expected to be applied to the quantitative determination of ascorbic acid in aqueous solutions. However, in contrast to aqueous solutions, improvements are required to apply the FN probes to the detection of ascorbic acid in biological environments, since, in addition to ascorbic acid, the nitroxide radical easily reacts with some biological reductants such as mitochondrial NADH and superoxide. [1] In this study, an already existing system of fluorophore with nitroxid radicals which was capable in detecting vitamin C by fluorescence was improved. One times sulfonated SiPc covalently linked to two TEMPO radicals was applied as fluorescence probe for detecting ascorbic acid in aqueous solution. This complex was synthesized and measured by ESI-MS, absorption-spectroscopy, ESR, MCD and the fluorescence capabilities were compared with the first generation of the complex which already showed these fluorescence properties. Since the hydrophobic SiPc-TEMPO derivatives are insoluble in aqueous solutions, they were encapsulated in liposomes for measurement in aqueous solutions. The fluorescence of liposomal R2cS1 and R2c increased for both after ascorbic acid addition. The sensitivity, however, of the new synthesized R2cS1 complex was 10-times better than for the R2c complex. The increased sensibility of R2cS1 over R2c is caused by the stronger polarity of the new complex due to the sulfate group. This results in a closer position to the polar regions of the liposomes which makes it easier to react with the also quite polar ascorbic acid. Furthermore a DFT calculation was carried out to explain a mysterious Q-band splitting in the absorption spectra of the R2cS1 complex. Together with the results of the MCD measurement it was discovered that the additional peak in the Q-band region is caused by a split of the orbital energies due to the asymmetry of the complex because of the sulfate group.
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-127403
http://hdl.handle.net/20.500.12708/14532
Library ID: AC12670798
Organisation: E163 - Institut für Angewandte Synthesechemie 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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