Enzyme im Labor nachgebaut
Enzyme im Labor nachgebaut – Biokatalysatoren arbeiten viel effizienter, als alle bisher entwickelten synthetischen Katalysatoren. Durch moderne Strukturaufklärungsmethoden ist es inzwischen möglich, die Funktionsweise der Enzyme zu entschlüsseln.
Nun ist es den Frankfurter Chemikern um Prof. Magnus Rüping in einem weiteren Schritt gelungen, Katalysatoren nach dem Vorbild der Natur zu synthetisieren.
Die dabei erhaltenen robusten und gut zugänglichen Verbindungen vereinfachen die industrielle Synthese von Aminen, die wichtige Bausteine für Naturstoffe und Pharmazeutika sind.
Als Modell diente die Glutamat-Dehydrogenase (GDH), ein wichtiges Enzym im Stickstoffzyklus. Sie katalysiert die Reaktion von Ammonium-alpha-Ketogluterat und NADH zu Glutamat und NAD+.
Dabei hat das Reaktionsprodukt eine bestimmte Chiralität: Es gibt eine linksund rechtshändige Variante des Moleküls, doch die beiden Enantiomere besitzen unterschiedliche chemische Eigenschaften.
So darf bei der Reaktion nur einer der Stoffe entstehen. Eine solche asymmetrische Synthese ist von großer technischer Bedeutung und im Labor nur schwer nachzuahmen.
Inspiriert vom Vorbild der GDH wählte Rüping beim Nachbau des Katalysators das chirale Molekül Binol-Phosphat und versah es mit vier verschiedenen Seitenketten. An Stelle des natürlichen Protonenspenders NADH benutzte er Hantzsch-Dihydropyridin.
So entstanden Amine, die man im Labor bisher nur unter hohem Wasserstoffdruck mit metallhaltigen Katalysatoren synthetisieren konnte.
Anders als sein biologisches Vorbild katalysiert das synthetische Enzym ein breiteres Reaktionsspektrum: So wendete der Frankfurter Degussa-Stiftungsprofessor das Prinzip der Säurekatalysierten Transferhydrierung nach dem Vorbild der GDH auch auf die Synthese von Chinolin-Derivaten an.
Die Ergebnisse sind vielversprechend: Ein Katalysatormolekül auf 10.000 Substratmoleküle reicht aus, um eine enantiomerenselektive Reduktion zu katalysieren.
Daraus lässt sich das große Potential der chiralen Binol-Phosphate für industrielle Anwendungen erschließen.
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