title: Optimierung der Reaktionsbedingungen für den Einsatz von Fumarat als Kontrastmittel in der MRT-basierten Tumordiagnostik
Creators: name: Wienands, Laura
Publisher: name: UNSPECIFIED
Year: 2023

description: Ziel dieser Arbeit war es verschiedene Aspekte der Versuchsdurchführung zur Hydrierung von wässriger Acetylendicarbonsäure in NMR-Röhrchen zu analysieren und diese dann im Hinblick auf eine hohe Ausbeute bezüglich Fumarat sowie einer Unterdrückung der Folgereaktion zu Succinat zu optimieren. Des Weiteren sollten kinetische Überlegungen zum Reaktionsverlauf angestellt werden, sowie in einem PHIP-Experiment nachgewiesen werden, dass die optimierten Reaktionsbedingungen für diese Art von Experimenten geeignet sind. Zunächst konnten in dieser Arbeit die Probenvorbereitung verbessert und so reproduzierbar und effizient gestaltet werden. Dazu zählte zum einen die Reinigung der NMR-Röhrchen, die sich im Laufe der Experimente als äußerst wichtig erwiesen hat, da Verunreinigungen das Begasen durch nicht reproduzierbare Blasen, sowie Schaumbildung negativ beeinflusst haben. Zum anderen zählt die Probenvorbereitung an sich dazu. Es wurden die verschiedenen Einflüsse der Substanzen aufeinander durch den Lösungsvorgang durch ein neues Protokoll, in dem die Probenaufarbeitung in einer festen Reihenfolge beschrieben wird, minimiert und die Probenaufarbeitung vereinheitlicht. Des Weiteren konnte der Vorgang des Begasens durch die Etablierung von Zentrierhilfen für die Kapillare zur Wasserstoffeinleitung verbessert werden und zeitgleich reproduzierbare, gleich große Blasen während der Messungen erzeugt werden. Mit Hilfe eines erweiterten Pulsprogramms konnten die Messungen weiter vereinheitlicht und reproduzierbarer gemacht werden, da hier der menschliche Faktor bei der Durchführung der Experimente wegfiel. In den gezeigten Experimenten wurde die Reaktion von ADC zum Fumarat und schließlich zum Succinat auf ihre Abhängigkeit verschiedener Parameter untersucht. Bei diesen Parametern handelte es sich um die Temperatur, den Druck, die Na2SO3-, ADC- sowie die Katalysatorkonzentration. Auch die Probenstabilität wurde entsprechend untersucht. Nachfolgend werden die verschiedenen Parameter und die durch die Experimente bestimmten Optima erläutert. Die Temperatur wurde für die Experimente auf 88 °C festgelegt, da hier die größte Ausbeute an Fumarat in kürzester Zeit erzielt werden konnte. Bei dieser hohen Temperatur ist jedoch die Katalysatorstabilität zu berücksichtigen. Der Druck für die Begasung der Probe wurde in diesem Zuge auf 7 bar festgelegt, um die durch die hohe Temperatur und das Begasen entstehenden Verdampfungsverluste so gering wie möglich zu halten. Auch wenn der Mechanismus, der hinter dem Einfluss des Na2SO3 auf die Reaktion noch nicht zur Gänze aufgeklärt werden konnte, konnte das Optimum für die Na2SO3-Konzentration bei 250 mM gefunden werden. Nach verschiedenen Experimenten der Probenaufarbeitung konnte der pH-Wert und dessen Einfluss auf den Katalysator bestimmt werden. Somit sollte der Katalysator nur im Sauren bis maximal Neutralen gelöst werden, da er sich bei höheren pH-Werten zersetzt und die Effektivität des Katalysators deutlich negativ beeinträchtigt wird. Für die eigentlichen Messungen konnte die beste Ausbeute mit einem pH-Wert von 7,8 erzielt werden. Die optimale Konzentration für den Katalysator konnte auf 7 mM bestimmt werden. Bei dieser Konzentration konnte eine schnelle Fumaratbildung und eine verlangsamte Weiterreaktion zu Succinat beobachtet werden. Die Experimente mit unterschiedlichen ADC-Konzentrationen führten zu einem Konzentrationsoptimum von 250 mM, bei der in kürzester Zeit die höchste Ausbeute an Fumarat erreicht werden konnte. In weiteren Experimenten wurde die Stabilität der Probelösung untersucht, wobei sich herausstellte, dass die Probe im besten Fall frisch angesetzt und anschließend direkt gemessen werden sollte. Dennoch konnte auch gezeigt werden, dass die Probelösung über eine Stunde bei Raumtemperatur stabil blieb und auch das Einfrieren über mehrere Tage und das spätere Auftauen keinen Einfluss auf die Probe gezeigt hat. Eine Lagerung bei höheren Temperaturen führt jedoch in kurzer Zeit zur Zersetzung. Unter den gezeigten optimierten Bedingungen wurden schließlich erfolgreiche PHIP-Messungen durchgeführt, die einen Verstärkungsfaktor von ~3500 aufwiesen. Auch die Kinetik der Reaktion wurde untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass es sich mit großer Wahrscheinlichkeit bei den Folgereaktionen um Reaktionen 1. Ordnung handelt, die jedoch durch verschiedene Nebenreaktionen beeinflusst werden. So konnte der zuvor unbekannte, ausgefallene Feststoff in den NMR-Röhrchen als Bestandteile des Katalysators identifiziert werden. In einem nächsten Schritt, müsste nun der Zerfall des Katalysators bei den Reaktionen analysiert und nachvollzogen werden. Hier könnte es Möglichkeiten geben, die Stabilität des Katalysators mithilfe von z. B. Modifikationen über die gesamte Reaktion hinaus gewährleisten zu können. Falls dies nicht möglich ist, müsste nach einem alternativen Katalysator gesucht werden, der selektiv, temperaturstabil und ebenso wasserlöslich ist. In weiteren Experimenten könnten die gefundenen Wasserstoff-Isotopomere des Succinats untersucht und entsprechend bestimmt werden. Hieraus könnten neue Erkenntnisse zur gebildeten Succinatmenge gewonnen werden. Des Weiteren könnten weitere Experimente mit gepufferten Systemen durchgeführt werden, da hier eine unterdrückte Succinatreaktion vorlag.