Optimierung der Komplexbildungseffizienz von hochsubstituierten Bispidinen

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Comba
• Fachliche Zuordnung: Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 551508622

In diesem Projekt werden Dichtefunktionalrechnungen (DFT) dazu verwendet, den Mechanismus der Komplexbildung von hepta- bis nonadentaten Bispidinliganden mit Metallionen für theranostische radiopharmazeutische und für die Magnetresonanztomo-graphie (MRT) interessante Anwendungen (La3+, Lu3+, Ac3+, Bi3+, Pb2+, Mn2+, Zn2+) zu untersuchen. Für beide erwähnten Anwendungen der Bispidin-Systeme gibt es eine Reihe von publizierten experimentellen Daten, die zeigen, dass mit gewissen Kombinationen von Liganden und Metallionen die Komplexbildung sehr langsam oder gar unmöglich ist, während sie im Allgemeinen für Bispidinliganden auch unter physiologischen Bedingungen sehr schnell und effizient ist. Zudem wurde beobachtet, dass mit gewissen Metallion-Ligand-Kombinationen die Komplexstabilitäten, die Inertheit der Komplexe und auch die Relaxivität bei Mangan(II)komplexen viel kleiner sind als gewöhnlich. Wir haben experimentelle und auf vorläufigen Rechnungen beruhende Hinweise darauf, dass zunächst ein inaktiver „out-of-cage“ Komplex in einem Vorgleichgewicht gebildet wird, der unter Umständen nur sehr schwer oder gar nicht in den stabilen und inerten Zielkomplex umgewandelt werden kann. Aus diesen Gründen ist es unabdingbar, den Komplexbildungsmechanismus, der um ein Dutzend wichtige Zwischenstufen umfasst, genau zu studieren. Damit wird man dann die Grundlage haben, Bispidinliganden für spezifische Metallionen so zu optimieren, dass Zwischenstufen, die nur schwer in den Zielkomplex überführt werden können vermieden werden. Die Modellrechnungen werden folgende Schritte beinhalten: (a) Die Optimierung aller Intermediate, um die Thermodynamik mit allen gekoppelten Gleichgewichten genau berechnen zu können. (b) Die Berechnung der molekularen Eigenschaften aller Intermediate, die dann mit vorhandenen experimentellen Daten verglichen werden können. (c) Die Berechnung von Übergangszuständen, die für die Effizienz der Komplexbildung von entscheidender Bedeutung sein könnten. Mit der dann vorhandenen Kenntnis der Komplexbildungspfade sollen Liganden für spezifische Metallionen geplant und optimiert werden, die es erlauben werden die Qualität der Liganden für die oben erwähnten Anwendungen entscheidend zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen