Erkennung und Detektion von Orthophosphat

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Evgeny Kataev
• Fachliche Zuordnung: Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275892083

Selektive Erkennung von Anionen ist immer noch eine Herausforderung in der Chemie. Obwohl schon viele Anionen-selektive Rezeptoren entwickelt wurden, sind die Meisten dieser Rezeptoren nur in organischen Lösungsmitteln funktionsfähig. Reale Anwendungen setzten die Bindung von Anion in wässrigen Lösungen voraus, ähnlich wie man es in natürlichen Proteinen beobachtet. Anion zu binden ist dabei eine größere Herausforderung als die Bindung von Kationen, weil Anionen unterschiedliche Geometrien aufweisen. Außerdem haben sie ein niedrigeres Oberfläche-Ladungs-Verhältnis im Vergleich mit isoelektronischen Kationen. In unserem Projekt fokussieren wir uns hauptsächlich auf die Erkennung und Detektion von Orthophosphat, weil Phosphate eine essentielle Rolle für alle lebenden Organismen spielen. Neueste Prognosen sagen eine starke Reduzierung und Erschöpfung der phosphorhaltigen Minerale in den nächsten 40 Jahren vorher. Das Verständnis um die Prinzipien der Bindung und Detektion von Orthophosphat in Wasser, ist von fundamentaler und technologischer Bedeutung. Wir stellen uns dieser Herausforderung mit der Entwicklung und dem Aufbau äußerst selektiver Rezeptoren zur Bindung von Orthophosphat in Wasser. Unsere Strategie enthält: 1) die Kombination von Bindungszentren, welche die verschiedenen, nicht-kovalenten Wechselwirkungen mit einem Anion gewährleisten. und 2) der gezielten Anordnung dieser Bindungszentren in der Struktur des Rezeptors, sodass die beste geometrische Anpassung zwischen einem Wirt und einem Gast erreicht werden kann. Letztes Jahr gelang uns die Synthese eines künstlichen Rezeptors mit beispielloser Selektivität für Orthophosphat in wässriger Puffer-Methanol-Mischung. Mit diesen Vorarbeiten planen wir: 1) die Synthese von neuen Rezeptoren mit 100%iger Löslichkeit in Wasser durch die Einführung wasserlöslicher Substituenten. und 2) die Herstellung von zyklischen Derivaten um die Selektivität und Affinität der Rezeptoren zu verbessern. Im zweiten Teil des Projektes schlagen wir eine Methode vor, zur Funktionalisierung der Rezeptorstrukturen, um turn-on Fluoreszenzsonden für Orthophosphate zu entwickeln. Diese Methode wird an verschiedenen Rezeptoren getestet, welche im ersten Teil des Projektes entwickelt wurden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen