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Abstract (German)

Fluoreszenzbasierte Untersuchungsmethoden gewinnen aufgrund ihrer hohen

Nachweisempfindlichkeit speziell in der biochemischen Analytik und medizinischen

Diagnostik zunehmend an Bedeutung. Häufig werden dabei fluoreszierende Farbstoffe als so

genannte Fluoreszenzsonden zur Markierung von Biomolekülen eingesetzt. Vor allem der rote

Spektralbereich bietet eine Reihe von Vorteilen, so dass es sinnvoll ist, Farbstoffe zu

verwenden, die oberhalb von 600 nm absorbieren und fluoreszieren.

Bisher gibt es nur wenige Klassen intensiv rot fluoreszierender Farbstoffe, wie z. B. Cyanine,

Oxazine, Carbopyronine und einige Xanthenderivate. 1971 wurde die erste Synthese einer

neuen Klasse langwellig absorbierender Farbstoffe beschrieben. Diese amidüberbrückten

Benzopyryliumfarbstoffe sind Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Es wurde eine große

Anzahl neuer Vertreter dieser Farbstoffklasse dargestellt und ihre spektralen Eigenschaften

untersucht. Neben der Strukturabhängigkeit der Absorptionswellenlänge wird die

Beeinflussung des Absorptions- und Fluoreszenzverhaltens durch Lösungsmittelumgebung,

pH-Wert und Temperatur vorgestellt.

Die Amidopyryliumfarbstoffe absorbieren zwischen 590 und 680 nm und zeigen eine

besonders große Stokes-Verschiebung von zirka 50 nm. Aus experimentellen Daten kann die

natürliche Lebensdauer der Amidopyryliumfarbstoffe zu 8 ns abgeschätzt werden. Bei

Raumtemperatur variiert die Fluoreszenzquantenausbeute der Farbstoffe in Abhängigkeit von

der Molekülstruktur zwischen 10 und 50 %. Auch die Lösungsmittelumgebung sowie

Viskosität und Temperatur haben einen starken Einfluss auf die Quantenausbeute.

Eine Verbesserung der Stabilität der Farbstoffe in basischem Medium konnte durch die

Einführung eines Carboxyphenylsubstituenten erreicht werden, da die Entstehung einer

farblosen Pseudobase verhindert wird. Es wurden außerdem Amidopyryliumfarbstoffe mit

koppelbaren Carboxylgruppen dargestellt, die als Fluoreszenzsonde eingesetzt werden

können.

Abstract (English)

The measurement of fluorescence has become a very useful tool in medical and biological

diagnostics as well as in environmental analysis and material sciences due to the high

sensitivity of fluorescence spectroscopy. Many techniques and analytical concepts use

fluorescent dyes for labelling of biological compounds. It is possible to enhance the

sensitivity of detection by using marker dyes that absorb and fluoresce in the red or near

infrared spectral region.

Only few dyes exhibiting intense red fluorescence have been known until recently, e. g.

cyanines, oxazines, carbopyronins and some xanthene derivatives. A new class of fluorescent

dyes for the red region of the visible spectrum is the topic of this thesis. The first synthesis of

the amide-bridged benzopyrylium dyes was published in 1971. A great variety of new dyes

belonging to this class of fluorescent dyes has been prepared. Their spectral properties, i. e.

absorption and fluorescence, have been studied with emphasis on temperature and

environmental (solvent, pH) influences.

The absorption maximum of the amidopyrylium dyes occurs, depending on the molecular

structure, in the region between 590 and 680 nm. A special feature of these dyes is the large

Stokes shift of about 50 nm. From experimental data a natural fluorescence lifetime of about

8 ns can be expected. The quantum yield of fluorescence of the dyes varies, depending on the

molecular structure, between 10 and 50 % at room temperature. The solvent, viscosity and

temperature have a strong influence on the quantum yield.

Amidopyrylium dyes can form a colourless pseudobase in alkaline media. It is possible to

protect the reactive centre by a spacious carboxyphenyl substituent. Such dyes are stable

towards base. Further it was possible to introduce coupling groups, e. g. COOH, without

affecting the optical properties of the dyes. Via an active ester such dyes can be coupled easily

to amino groups of proteins, nucleotides and other analyte molecules and thus can be used as

long-wavelength fluorescent labels.

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