Biokatalytische C-C Bindungsknüpfung mittels dem Enzym BBE

Organische Reaktionen zur C-C Bindungsknüpfung stellen das Herzstück der organischen Chemie dar um das Kohlenstoff-Grundgerüst der organischen Verbindungen aufzubauen. Überraschenderweise, gibt es nur eine sehr geringe Anzahl von enzymatischen C-C Knüpfungsreaktionen, die in der Organischen Chemie Anwendung finden. Das Enzym BBE (berberine bridge enzyme) katalysiert die Bildung einer äußerst bemerkenswerten intra- molekularen C-C Bindung bei der eine CH3-Gruppe an einem tertiären N-Atom aktiviert wird. Für diese enzymatische Umsetzung gibt es bis jetzt noch kein vergleichbares organisch-chemisches Äquivalent. Das einzige Reagenz, welches für die Aktivierung benötigt wird, ist molekularer Sauerstoff. Seit kurzem ist es nun möglich dieses Enzym in ausreichenden Mengen herzustellen, was nun eine intensive Untersuchung des Substratspektrums und des Mechanismus der Reaktion ermöglicht. Weiters ist auch kürzlich die Kristallstruktur publiziert worden, sodass eine genaue Studie der Bindungsmöglichkeiten der Substrate im Enzym möglich ist. Viel versprechende Experimente haben soeben gezeigt, dass BBE auch nicht-natürliche Substrate umsetzt. Selbst Substrate mit signifikanten Änderungen wie die Substitution einer phenolischen OH-Funktion gegen NH 2 bzw. gegen Wasserstoff wurden noch umgesetzt. Diese Beobachtung ging mit einer Reduktion der Aktivität einher, sodass Versuche zur Verbesserung der Aktivität mittels Enzym-Engineering geplant sind. Durch Optimierung der Reaktionsbedingungen (O2 -Druck, Katalase, Licht) werden präparative Umsetzungen mit diesem Enzym ermöglicht. Eine Änderung des Substitutionsmusters von N-Methyl zu N-Ethyl könnte eine chirale Induktion an einem neuen Kohlenstoff-Zentrum ermöglichen. Schließlich soll untersucht werden, inwieweit anstatt der intra- molekularen eine inter-molekulare C-C Bindungsknüpfung möglich ist. Als Beispiel dient hier eine Knüpfung zwischen N-Methyl isoquinolin mit Phenol Derivaten. Die durch BBE katalysierte kinetische Racemtrennung soll mit einer Racemisierung gekoppelt werden um im Idealfall einen Dynamisch kinetischen Prozess zu erhalten. Als Alternative um überhaupt die Herstellung von racemischen Substrat zu vermeiden soll ein neues Enzym nämlich eine Pictet-Spenglerase` zur Synthese der Substrate getestet werden. Dieses Projekt könnte neue Möglichkeiten aufzeigen, um enzymatische Umsetzungen in der organischen Synthese auszunutzen. Speziell die Anwendung von molekularem Sauerstoff als Aktivierungsreagenz zeigt welche unglaublich interessanten Möglichkeiten die Natur für Reaktionen besitzt, für die es bis jetzt in der Chemie kein Äquivalent gibt.

Organische Reaktionen zur C-C Bindungsknüpfung stellen das Herzstück der organischen Chemie dar um das Kohlenstoff-Grundgerüst der organischen Verbindungen aufzubauen. Überraschenderweise, gibt es nur eine sehr geringe Anzahl von enzymatischen C-C Knüpfungsreaktionen, die in der Organischen Chemie Anwendung finden. Das Enzym BBE (berberine bridge enzyme) katalysiert die Bildung einer äußerst bemerkenswerten intra- molekularen C-C Bindung bei der eine CH3-Gruppe an einem tertiären N-Atom aktiviert wird. Für diese enzymatische Umsetzung gibt es bis jetzt noch kein vergleichbares organisch-chemisches Äquivalent. Das einzige Reagenz, welches für die Aktivierung benötigt wird, ist molekularer Sauerstoff. Seit kurzem ist es nun möglich dieses Enzym in ausreichenden Mengen herzustellen, was nun eine intensive Untersuchung des Substratspektrums und des Mechanismus der Reaktion ermöglicht. Weiters ist auch kürzlich die Kristallstruktur publiziert worden, sodass eine genaue Studie der Bindungsmöglichkeiten der Substrate im Enzym möglich ist. Viel versprechende Experimente haben soeben gezeigt, dass BBE auch nicht-natürliche Substrate umsetzt. Selbst Substrate mit signifikanten Änderungen wie die Substitution einer phenolischen OH-Funktion gegen NH 2 bzw. gegen Wasserstoff wurden noch umgesetzt. Diese Beobachtung ging mit einer Reduktion der Aktivität einher, sodass Versuche zur Verbesserung der Aktivität mittels Enzym-Engineering geplant sind. Durch Optimierung der Reaktionsbedingungen (O2 -Druck, Katalase, Licht...) werden präparative Umsetzungen mit diesem Enzym ermöglicht. Eine Änderung des Substitutionsmusters von N-Methyl zu N-Ethyl könnte eine chirale Induktion an einem neuen Kohlenstoff-Zentrum ermöglichen. Schließlich soll untersucht werden, inwieweit anstatt der intra- molekularen eine inter-molekulare C-C Bindungsknüpfung möglich ist. Als Beispiel dient hier eine Knüpfung zwischen N-Methyl isoquinolin mit Phenol Derivaten. Die durch BBE katalysierte kinetische Racemtrennung soll mit einer Racemisierung gekoppelt werden um im Idealfall einen Dynamisch kinetischen Prozess zu erhalten. Als Alternative um überhaupt die Herstellung von racemischen Substrat zu vermeiden soll ein neues Enzym nämlich eine `Pictet-Spenglerase` zur Synthese der Substrate getestet werden. Dieses Projekt könnte neue Möglichkeiten aufzeigen, um enzymatische Umsetzungen in der organischen Synthese auszunutzen. Speziell die Anwendung von molekularem Sauerstoff als Aktivierungsreagenz zeigt welche unglaublich interessanten Möglichkeiten die Natur für Reaktionen besitzt, für die es bis jetzt in der Chemie kein Äquivalent gibt.