Optische Kontrolle auf der Nanoskala durch photoschaltbare Verbindungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde eine Kurzzeitanlage aufgebaut, an der die Rolle von kohärenten Schwingungsbewegungen bei Photoschaltern untersucht werden konnte. Für ein Indolylfulgid konnten reaktive Schwingungsmoden identifiziert und die Photoproduktbildung durch entsprechende Pulsformung optimiert werden. Dieser Ansatz kann in Zukunft universell eingesetzt werden und sollte das rationale Design maßgeschneiderter Photoschalter unterstützen. Darüber hinaus werden solche Anregungsschemata die optische Programmierung von multiphotochromen Verbindungen, z.B. bei molekularen logischen Elementen ermöglichen. Mit Azobenzol-Spiropyran-Dyaden konnten bereits orthogonale Systeme gefunden werden, bei denen die Anregung der jeweiligen photoschaltbaren Einheit vom Rest des Moleküls entkoppelt ist. Im Bereich der indigoiden Photoschalter wurde in einem ersten Teilprojekt der bisher wenig charakterisierte Mechanismus des Hula-Twists, eine kombinierte Bewegung aus Doppelbindungsisomerisierung und Einzelbindungsrotation anhand eines speziell modifizierten Hemithioindigo Photoschalters untersucht. Durch den Einbau sterisch anspruchsvoller Liganden wird hier die Einzelbindungsrotation gehemmt, wodurch die Produkte der Kombinationsbewegung des Hula-Twists von denen der Doppelbindungsisomerisierung unterscheidbar werden und damit gezielt untersucht werden können. Diese auf zeitaufgelösten transienten Absorptionsdaten basierenden Ergebnisse sind der erste Schritt zum Verständnis des Hula-Twist-Mechanismus in HTIs und deuten darauf hin, dass es sich dabei um einen relevanten konzertierten Photoreaktionsweg handelt. In einem zweiten Teilprojekt wurden zwei molekulare Sonden für Schwingungsenergietransferstudien auf Basis der neuartigen Klasse der Iminothioindoxyl- (Iminothioindigo) Photoschalter konzipiert und deren Photodynamik charakterisiert. Es wurden 20-mal größere Signale im Vergleich zum etablierten AzAla-Donor beobachtet, was viele neue Möglichkeiten für die Untersuchung von VET in Proteinen eröffnet. Im Bereich der Photopharmakologie wurden photochemische Affinitätsschalter für Tubulin sowie den menschlichen Adenosin-A2A-Rezeptor untersucht. Mit hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung konnten hierbei molekulare Details der Ligandendissoziation und der Proteindynamik beobachtet werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Design of High-Performance Pyridine/Quinoline Hydrazone Photoswitches. The Journal of Organic Chemistry, 86(17), 11633-11646.
Mravec, Bernard; Budzák, Šimon; Medved’, Miroslav; Pašteka, Lukáš F.; Slavov, Chavdar; Saßmannshausen, Torben; Wachtveitl, Josef; Kožíšek, Jozef; Hegedüsová, Lea; Filo, Juraj & Cigáň, Marek
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Mechanistic Elucidation of the Hula-Twist Photoreaction in Hemithioindigo. Journal of the American Chemical Society, 145(27), 14811-14822.
Fischer, Tobias; Leitner, Jonas; Gerwien, Aaron; Mayer, Peter; Dreuw, Andreas; Dube, Henry & Wachtveitl, Josef
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Watching the release of a photopharmacological drug from tubulin using time-resolved serial crystallography. Nature Communications, 14(1).
Wranik, Maximilian; Weinert, Tobias; Slavov, Chavdar; Masini, Tiziana; Furrer, Antonia; Gaillard, Natacha; Gioia, Dario; Ferrarotti, Marco; James, Daniel; Glover, Hannah; Carrillo, Melissa; Kekilli, Demet; Stipp, Robin; Skopintsev, Petr; Brünle, Steffen; Mühlethaler, Tobias; Beale, John; Gashi, Dardan; Nass, Karol ... & Standfuss, Jörg
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Wavelength Selective Photocontrol of Hybrid Azobenzene‐Spiropyran Photoswitches with Overlapping Chromophores. Angewandte Chemie, 136(10).
Saßmannshausen, Torben; Kunz, Anne; Oberhof, Nils; Schneider, Friederike; Slavov, Chavdar; Dreuw, Andreas; Wachtveitl, Josef & Wegner, Hermann A.
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Enhancing the Potential of Fused Heterocycle‐Based Triarylhydrazone Photoswitches. Chemistry – A European Journal, 30(8).
Hegedüsová, Lea; Blaise, Nadine; Pašteka, Lukáš F.; Budzák, Šimon; Medveď, Miroslav; Filo, Juraj; Mravec, Bernard; Slavov, Chavdar; Wachtveitl, Josef; Grabarz, Anna M. & Cigáň, Marek
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Iminothioindoxyl Donors with Exceptionally High Cross Section for Protein Vibrational Energy Transfer. Angewandte Chemie International Edition, 63(9).
Feid, Carolin; Luma, Larita; Fischer, Tobias; Löffler, Jan Gerrit; Grebenovsky, Nikolai; Wachtveitl, Josef; Heckel, Alexander & Bredenbeck, Jens
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Isomerization dynamics of a novel cis/trans‐only merocyanine. ChemPhotoChem, 8(3).
Blaise, Nadine; Green, James A.; Benitez‐Martin, Carlos; Kaiser, Christoph; Braun, Markus; Schaible, Jonas M.; Andréasson, Joakim; Burghardt, Irene & Wachtveitl, Josef
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Kinetic Basis for the Design of Azobenzene-Based Photoswitchable A2a Adenosine Receptor Ligands. Journal of the American Chemical Society, 146(47), 32670-32677.
Saßmannshausen, Torben; Glover, Hannah; Trabuco, Matilde; Neidhart, Werner; Cheng, Robert; Hennig, Michael; Slavov, Chavdar; Standfuss, Jörg & Wachtveitl, Josef
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Photoswitch dissociation from a G protein-coupled receptor resolved by time-resolved serial crystallography. Nature Communications, 15(1).
Glover, Hannah; Saßmannshausen, Torben; Bertrand, Quentin; Trabuco, Matilde; Slavov, Chavdar; Bacchin, Arianna; Andres, Fabio; Kondo, Yasushi; Stipp, Robin; Wranik, Maximilian; Khusainov, Georgii; Carrillo, Melissa; Kekilli, Demet; Nan, Jie; Gonzalez, Ana; Cheng, Robert; Neidhart, Werner; Weinert, Tobias; Leonarski, Filip ... & Standfuss, Joerg
