Eine kurze Chemoenzymatische Totalsynthese von (+)-Scandin

In diesem Projekt wird die Synthese zweier verwandter Naturstoffe mit interessanten, jedoch schwierig herzustellenden strukturellen Eigenschaften vorgeschlagen. Die dafür verwendeten Methoden beinhalten sowohl Aspekte aus dem Bereich der Chemie von natürlichen Eiweißmolekülen (sogenannte Biokatalysatoren), als auch Reaktionen die durch Spuren von Edelmetallen ermöglicht werden. Zusammen und unter den richtigen Bedingungen soll die Anwendung dieser und weiterer chemischer Reaktionen zur selektiven Bildung der richtigen räumlichen Struktur des Zielmoleküls führen. Zusammenspiele solcher Art sind auch für die effiziente und umweltfreundliche Herstellung von biologisch aktiven Materialien und Medikamenten von großer Bedeutung. Der entsprechenden Erforschung der Möglichkeiten in diesem interdisziplinären Bereich kommt daher eine wichtige Rolle in der (inter)nationalen Forschungslandschaft zu.

In diesem Projekt wurden Strategien zur Umwandlung von organischen Verbindungen von der Natur "abgeschaut" und im Labor nachempfunden, um so Moleküle mit interessanten biologischen Aktivitäten künstlich herzustellen. Es wurde eine Gruppe von stickstoffhaltigen organischen Molekülen untersucht, die in der Natur aus gezieltem Brechen einer Bindung bzw. Öffnung eines molekularen Ringes durch hochspezialisierte biologische Katalysatoren (Enzyme) entstehen. Dieser Vorgang ist für Chemiker sehr interessant, da dies schnell zu großen Änderungen im Zentrum einer Molekülstruktur und damit oft deren biologischer Funktion führt. Im Labor wurden in einer Reihe von Experimenten passende künstliche Reaktionsbedingungen identifiziert, um die Moleküle aufzubauen und die natürlichen Bindungsbrüche zu simulieren. Unter anderem wurde eine Abfolge von 16 aufeinander folgenden chemischen Reaktionen gefunden, mit der zum ersten Mal die künstliche Herstellung der Verbindung Casuarinin H gelang. Der Schlüssel zum Erfolg lag in der gezielten Spaltung einer Stickstoff-Kohlenstoff Bindung und der Öffnung eines molekularen Ringes. Durch den Einsatz der entsprechenden pflanzlichen Enzyme, die diese Spaltung in der Natur herbeiführen, konnte Casuarinin H sogar noch effizienter in nur neun Schritten hergestellt werden. Casuarinin H ist eine direkte Vorstufe des potenziellen Alzheimer Medikamentes Huperzin A, welches aber nur begrenzt aus natürlichen Quellen gewonnen werden kann. Die Erkenntnisse und Ergebnisse aus diesem Projekt bilden somit eine wertvolle Grundlage für zukünftige chemische und/oder biotechnologische Herstellungsprozesse von potenziellen Medikamenten wie Huperzin A, um es der Gesellschaft verfügbar zu machen.