Übergangsmetallkatalysierte Synthese von Homopolypeptiden mit Phosphonat-Seitengruppen

Das Ziel dieser Arbeit ist die Synthese von Glycoprotein-Analoga zur Modifizierung von Titan-Oxidoberflächen basierend auf einem Polypeptid-Rückgrat, das Phosphonat- und Kohlenhydrat-Seitengruppen trägt. Außerdem soll der Einfluss der Sekundärstruktur auf die Beschichtungen untersucht werden. Zur Synthese von Polypeptiden mit Phosphonat- und Kohlenhydrat-Seitengruppen wurde als Rückgrat Poly(alpha,L-glutaminsäure) verwendet. Der Einsatz verschiedener Initiatorsysteme ermöglichte die Darstellung von Polypeptiden mit variierbarem Polymerisationsgrad. Anschließend wurden polymeranalog die verschiedenen Seitenketten mit dem Kupplungsreagenz 4-(4,6-Dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinchlorid (DMT-MM) an das Rückgrat angebunden. 
Die Beschichtung von Titanoxid-Oberflächen mit den Polypeptiden, die Phosphonat-Seitengruppen tragen, konnte erfolgreich durchgeführt werden, was über Ellipsometrie, Kontaktwinkel-, XPS- und RAIRS-Messungen nachgewiesen wurde. Die spektroskopischen Untersuchungen der Polypeptide vor der Beschichtung, d.h. in Lösung, und nach der Anbindung belegen eine Konformationsänderung von einer ungeordneten bis schwach helicalen zu einer geordneten, helicalen Struktur. Diese Konformationsänderung findet wahrscheinlich während des Temperatur-induzierten Anbindungsschritts statt. Wenn Phosphonat- und Kohlenhydrat-Seitenketten im Polypeptid vorhanden sind, sinkt die Schickdicke in Abhängigkeit von der Zuckerdichte. 
Die Polypeptide konnten in Abhängigkeit von der Phosphonat-Seitenkette, des Polymerisationsgrads und des Substitutionsgrads auf ihre Sekundärstruktur in Lösung untersucht werden. Ist als Seitenkette ein Phosphonatester am Rückgrat angebunden, dann ist bei niedrigen bis mittleren Substitutionsgraden ein Helix-Knäuel-Übergang zu beobachten und im sauren pH-Bereich eine vollständige helicale Anordnung möglich. Bei höheren Substitutionsgraden ist dieser Übergang nur sehr schwach oder gar nicht vorhanden. Nimmt die Hydrophilie der Seitenkette aufgrund chemischer Modifikationen zu, sinkt der helicale Anteil im Polypeptid, da die Wechselwirkungen der Seitenketten mit dem Rückgrat sowie der Solvatationseffekt wegen der höheren Polarität zunehmen. Grundsätzlich liegen die Polypeptide im neutralen pH-Bereich als ungeordnetes Zufallsknäuel vor, was dafür spricht, dass die helicale Konformation der Polypeptide, die nach der Anbindung auf Titanoxid-Oberflächen nachgewiesen werden konnte, während des Temper-Schritts der Anbindung stattfindet.