Influence of molecular steric factors on the sorption of organic chemicals - [kulmulative Dissertation]

Abstract

Molekulare sterische Effekte haben einen großen Einfluss auf eine Vielzahl von Prozessen, z.B. bei Verteilungsprozessen zwischen einer homogenen Phase und einer heterogenen Matrix. Das Ziel dieser Arbeit war es i) Verteilungsexperimente durchzuführen, welche durch sterische Effekte beeinflusst sind und ii) die untersuchten Verteilungsprozesse zu modellieren. Experimentell bestimmt wurde das Verteilungssystem α-Cyclodextrin (αCD)-Wasser. Die Resultate zeigten, dass der Bindungsprozess zu αCD deutlich von sterischen Effekten beeinflusst ist. Das αCD-Wasser Verteilungssystem wurde anschließend mit drei Modellierungsansätzen beschrieben. Das COSMO basierte 3D-QSAR Modell lieferte die beste Vorhersage und schloss als einzige Methode die sterischen Effekte mit ein. Die weitere Anwendbarkeit der 3D-QSAR Methode wurde mit einem prominenten Verteilungsprozess aus dem Bereich der Toxikokinetik getestet, der Verteilung zwischen bovinem Serumalbumin und Wasser. Die COSMO 3D-QSAR konnte erfolgreich experimentelle Verteilungskoeffizienten zwischen BSA und Wasser vorhersagen und umfasste auch die sterischen Effekte.

Molecular steric effects can strongly influence a variety of processes, e.g. partitioning processes between a homogeneous phase and a heterogeneous matrix. The aim of this work was i) to perform partitioning experiments and quantify partitioning coefficients, which are influenced by steric effects and ii) to model the investigated partition processes. The partition system α-cyclodextrin (αCD)-water was determined experimentally. The results show that the binding to αCD is clearly influenced by steric effects. The αCD-water partitioning system was then described with three different modeling approaches. The COSMO based 3D-QSAR resulted in the best predictions and it was the only modeling approach that was able to reproduce the molecular steric effects. The further applicability of the 3D-QSAR method was tested with a prominent toxicokinetic example, the partitioning between bovine serum albumin and water. The COSMO based 3D-QSAR predicted experimental BSA-water partition coefficients not only with an overall satisfying accuracy but it also captured the molecular steric effects.